無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全研究

劉慶俞 王琨 任威

摘 要：現(xiàn)如今整個(gè)社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)信息化時(shí)代，由于處于這個(gè)網(wǎng)絡(luò)信息化時(shí)代，所以無線通信技術(shù)以及電子器件技術(shù)也得到了相當(dāng)快速的發(fā)展。文章研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全。更多的低成本、低能耗以及多樣功能的無線傳感器，得到了越來越廣泛的開發(fā)和應(yīng)用，在未來的發(fā)展中，高性能、高效的無線傳感器將會(huì)成為一種趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)際的情況分析研究發(fā)現(xiàn)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全是絕大部分用戶都比較重視的一個(gè)環(huán)節(jié)，并且在大多數(shù)的應(yīng)用環(huán)境中對(duì)其安全能力都有著較高的要求。所以，制約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵就在于其安全問題是否得到有效保障。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)；無線傳感器；安全

根據(jù)相關(guān)資料顯示，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，是伴隨著信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而來的，并且同時(shí)也是信息產(chǎn)業(yè)相結(jié)合的產(chǎn)物。從近些年的發(fā)展情況看來，無線通信技術(shù)和電子器件技術(shù)的快速崛起，成為無線傳感器開發(fā)應(yīng)用的前提條件。需要了解的是，無線網(wǎng)絡(luò)傳感器的組成要素主要包括傳感器部件、數(shù)據(jù)整理部件以及通信組件等。正是這些組件共同形成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所以，必須要切實(shí)實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全[1]。

1 無線傳感器和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念

一般來說，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營是需要配置大規(guī)模的傳感器的，這樣可以十分有效地降低成本，分析無線傳感器的本質(zhì)可知，無線傳感器非常容易受到資源受限問題的困擾，無線傳感器的傳感器節(jié)點(diǎn)通常情況下只有幾十兆赫茲的處理能力，在存儲(chǔ)空間上大約也只有十幾千字節(jié)，并且寬帶也非常的有限。另一方面，在無線傳感器的運(yùn)用過程中，在某些應(yīng)用環(huán)境中，無線傳感器節(jié)點(diǎn)根本不能展開較好的沉淀，而且傳感器節(jié)點(diǎn)自身所具備的電能也是很有限制的，這樣一來，能量資源也就成了傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用較為突出的限制因素。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)往往是被隨意分布在被監(jiān)測(cè)的區(qū)域之中，并且節(jié)點(diǎn)還以自組織形式構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)，這種形式會(huì)給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行帶來一定程度上的影響。正是因?yàn)槿绱?，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的這些特點(diǎn)將會(huì)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性能提出更高的要求，在這樣的要求背景之下，勢(shì)必會(huì)使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制和安全協(xié)議較難應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)之上，種種的限制因素，最終就導(dǎo)致了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制成了一個(gè)頗具難度的技術(shù)性工作，有關(guān)人士必須要切實(shí)展開分析研究，力求解決好無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問題[2]。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全機(jī)制以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧問題

根據(jù)相關(guān)資料的研究發(fā)現(xiàn)，無線網(wǎng)絡(luò)傳感器的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧一般是由物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層以及應(yīng)用層組成的。這些組成要素在無線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，各自具有各自的安全性能。物理層的作用主要就是保障各種數(shù)據(jù)的傳輸、加密工作。鏈路層主要針對(duì)的是無線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)通信資源的分配以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建問題。網(wǎng)絡(luò)層當(dāng)中一般應(yīng)用路由協(xié)議，并且在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，路由協(xié)議的種類是很多的。但是在路由協(xié)議運(yùn)行過程中，絕大多數(shù)的路由協(xié)議并沒有切實(shí)考慮到相應(yīng)的安全需求，這樣一來，這些路由協(xié)議也就在很大概率上容易受到攻擊，進(jìn)而整個(gè)無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)難免會(huì)出現(xiàn)較多的崩潰問題。無線網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成在很大程度上，都是將路由技術(shù)作為其關(guān)鍵技術(shù)的，因此，路由技術(shù)的安全性應(yīng)當(dāng)?shù)玫较鄳?yīng)的重視，毫不夸張地說，路由協(xié)議的安全性能或多或少地影響著整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全問題[3]。

針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸層來說，目前情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在大多數(shù)的應(yīng)用過程中，并沒有產(chǎn)生較大的影響，這就說明了這個(gè)部分的重視程度不及其他部位。除了路由協(xié)議需要加大重視以外，應(yīng)用層的安全問題也應(yīng)當(dāng)加大重視，應(yīng)用層為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各種實(shí)際應(yīng)用提供了前提條件，所以其受到的安全問題也是多種多樣的。在這個(gè)部分，密鑰管理以及安全組播是整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制的重要基礎(chǔ)性條件，因此，相關(guān)人士必須要對(duì)其展開詳細(xì)的分析。

3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全研究的技術(shù)特點(diǎn)

3.1 大規(guī)模

有關(guān)行業(yè)人士應(yīng)當(dāng)清楚明白的是，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模技術(shù)特性當(dāng)中，這個(gè)大規(guī)模往往包含著傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量大和分布范圍較為廣泛的特點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的傳感器節(jié)點(diǎn)，在整體上顯得較為密集，而且數(shù)量相當(dāng)巨大，這個(gè)數(shù)量很可能包括幾百甚至幾千的，又或者是更多的情況。另一個(gè)層面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布，是可以在廣泛的地理區(qū)域展開分布的，并且整個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和用戶數(shù)量進(jìn)行比較可知，無線網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量基本與用戶數(shù)量持平，也呈現(xiàn)著較大的規(guī)模性。因?yàn)闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大規(guī)模特點(diǎn)，從而使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)維護(hù)工作較難得到有效的開展，具有一定的困難性，更為嚴(yán)重的是，某些時(shí)候還不能展開相應(yīng)的維護(hù)工作?？傊?yàn)闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有大規(guī)模的特性，這樣也就決定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)當(dāng)中的軟硬件必須要具有較高的容錯(cuò)性。值得注意的是，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大規(guī)模的特性，使得無線傳感器在空間上具有開放性，這種開放性所帶來的問題是，很多網(wǎng)絡(luò)安全攻擊者較容易對(duì)有關(guān)信息內(nèi)容展開損壞盜取，這樣也就使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全受到了極大的威脅，相關(guān)人員必須要對(duì)此加大研究力度，力求科學(xué)地處理這個(gè)問題。

3.2 實(shí)際應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用具有很多較為鮮明的特點(diǎn)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)完全技術(shù)具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很有可能會(huì)因?yàn)闊o線傳感器的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)而發(fā)生失效等改變，這種不穩(wěn)定性的動(dòng)態(tài)性特點(diǎn)將會(huì)使得路由和密鑰管理變得較為困難。所以，有關(guān)行業(yè)人士在處理這種問題的時(shí)候，首先在設(shè)置上就應(yīng)當(dāng)要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠切實(shí)地實(shí)現(xiàn)這種變化，進(jìn)而使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠具備一定的可重構(gòu)性以及自我調(diào)整性。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的自組織網(wǎng)絡(luò)以及感知數(shù)據(jù)流量巨大的技術(shù)特點(diǎn)，首先對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行分析，通常來說，單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的通信能力是很有限的，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性能也應(yīng)當(dāng)通過自組織網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其主要的方式是通過多跳中繼的方式，這樣一來才能將感知信息傳送給用戶，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全性才能得到一定程度上的保障。因?yàn)闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有這樣的動(dòng)態(tài)性特征，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織性必須要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。

其次便是感知數(shù)據(jù)流巨大的問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都往往產(chǎn)生著較大的流式數(shù)據(jù)，這種流式數(shù)據(jù)還具有一定的實(shí)時(shí)性。各個(gè)傳感器的節(jié)點(diǎn)往往具有一定的有限計(jì)算資源，從而當(dāng)面臨著巨大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流時(shí)，這種問題往往較為難以得到處理。這也就從側(cè)面上要求了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，應(yīng)當(dāng)具有強(qiáng)有力的分布式數(shù)據(jù)管理、挖掘的方式。

3.3 加密特點(diǎn)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)是具有一定的機(jī)密特性的，因此也就決定著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)具有一定的加密特性。加密對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全來說是相當(dāng)重要的，并且其是一種最為基本的安全機(jī)制，通過相應(yīng)的加密密鑰將傳感器節(jié)點(diǎn)間的通信消息轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的密文，之后再對(duì)密文進(jìn)行一定的識(shí)別。在加密技術(shù)當(dāng)中，有一種被稱為“對(duì)稱密鑰密碼算法”的技術(shù)，它主要包含著具有密鑰相同算法的加密密鑰和解密密鑰，而“不對(duì)稱加密密鑰”的相應(yīng)內(nèi)容與此相反。

在對(duì)稱密鑰密碼系統(tǒng)當(dāng)中，要求保密通信雙方事先就應(yīng)有一個(gè)共享的密鑰，因此這個(gè)密鑰被稱之為單鑰密碼系統(tǒng)。單鑰密碼系統(tǒng)這種算法也被分成了分組密碼算法和流密碼算法兩種算法方式。但是在不對(duì)稱密鑰密碼系統(tǒng)當(dāng)中，每個(gè)用戶僅僅擁有兩種密鑰，具體來說就是公開密鑰和秘密密鑰，公開密鑰可以對(duì)所有人進(jìn)行公開，而秘密密鑰則只是用戶自身可以知曉，這樣的分類，對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的性能保護(hù)，是較為周全的。

3.4 身份認(rèn)證技術(shù)

身份認(rèn)證技術(shù)的特點(diǎn)主要作用是，通過了解通信雙方擁有什么以及知道什么來確定通信的雙方是否合法，這就從側(cè)面上保證了無線傳感器的安全性能。身份認(rèn)證技術(shù)當(dāng)中的密碼技術(shù)，一直都是起著至關(guān)重要的作用的。根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，如果所用密碼的體制是不同的，主要分為兩種類型，這兩種類型主要是對(duì)稱密鑰技術(shù)的身份認(rèn)證以及源于公開密鑰的身份認(rèn)證，這兩種身份認(rèn)證都會(huì)在絕大多數(shù)情況下，切實(shí)維護(hù)好無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全。

4 結(jié)語

文章從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的整體上著手分析，之后再對(duì)相關(guān)的安全機(jī)制以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議展開討論，最后著重分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的技術(shù)特點(diǎn)，這些都是為了能夠有效保障無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全而進(jìn)行分析的?？偠灾?，有關(guān)行業(yè)人士必須要對(duì)此展開科學(xué)的研究討論，從而真正有效帶動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全發(fā)展。