WSN安全綜述

付蔚 張繼柱 李威 劉威 蔡信露

摘 要：在萬物互聯(lián)的大背景下，生活中越來越多的物品通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全日益得到人們的重視。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成主要由傳感器，感知對象和觀察者三部分組成。節(jié)點之間的相互通信的安全需要通過加密技術(shù)來實現(xiàn)。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全的研究主要集中在以下幾個方面：密碼技術(shù)的發(fā)展；密鑰的建立和管理機制；路由安全的協(xié)議；多種數(shù)據(jù)融合的安全等等。

關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；安全；密碼；密鑰

中圖分類號：TN918.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）16-0030-02

Abstract： In the context of the interconnection of all things， more and more objects are connected to the network through wireless sensor network in our life， and the security of wireless sensor network is paid more and more attention. The composition of wireless sensor network is mainly composed of sensor， perceptual object and observer. The security of communication between nodes needs to be realized by encryption technology. At present， the research of wireless sensor network security mainly focuses on the following aspects： the development of cryptography； the establishment and management mechanism of secret key； the routing security protocol； the security of multiple data fusion， and so on.

Keywords： wireless sensor network； security； password； secret key

引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在我們的生活中使用的越來越多，比如我們部分地區(qū)的抄表，小米推出的智能家居套裝等等，這些東西離人們的生活越來越近，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全影響的方面會越來越多，造成的影響也越來愈大。因此網(wǎng)絡(luò)安全需要被重視已經(jīng)到了刻不容緩的地步。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由傳感器節(jié)點連結(jié)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)中使用跳轉(zhuǎn)、路由等操作，實現(xiàn)采集信息、處理周圍信息的能力。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有一些不太一樣，其只擁有有限的系統(tǒng)資源，網(wǎng)絡(luò)的配置、數(shù)據(jù)的傳輸速率、信息包的大小、反應(yīng)時間和通道的誤差率都受到了一定程度的限制。網(wǎng)絡(luò)所工作的環(huán)境也是比較嚴(yán)峻，收到的挑戰(zhàn)較多。通?？赡苡幸韵鲁Ｒ姷陌踩珕栴}：比如竊聽信息，偽裝為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，節(jié)點密鑰泄露，注入式攻擊，飽和式攻擊等?？v觀以上網(wǎng)絡(luò)安全的事件，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所面對的問題非常嚴(yán)峻。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遭受的攻擊

在介紹無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的攻擊介紹之前，先簡單介紹一下網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，以便后續(xù)可以更好地理解面對的攻擊。

2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

看到以上的相當(dāng)多的攻擊，人們必須要認(rèn)真分析問題的癥結(jié)到底在那里。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中遍布網(wǎng)絡(luò)的是節(jié)點，節(jié)點收集信息，然后匯總到網(wǎng)關(guān)節(jié)點處，之后再將相應(yīng)的信息通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸給觀察者。

處于特定場景下高度組織起來的節(jié)點，在網(wǎng)關(guān)節(jié)點的控制和調(diào)度的策略下，對其所部署的區(qū)域進(jìn)行傳感與監(jiān)控。網(wǎng)關(guān)節(jié)點在這里的作用是實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域管理、任務(wù)調(diào)度、數(shù)據(jù)的融合、狀態(tài)的監(jiān)控和維護等一系列的功能。經(jīng)過網(wǎng)關(guān)節(jié)點的處理和融合，相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之后的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息，可以根據(jù)相應(yīng)的需求，接入到不同的網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)信息的傳遞。

2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)遭受攻擊的方面

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也屬于計算機網(wǎng)絡(luò)的一種組網(wǎng)形式，它的OSI模型可以分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。底層的數(shù)據(jù)比特流主要在物理層傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是將底層傳過來的數(shù)據(jù)流封裝成幀傳輸?shù)侥康牡刂?，將網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)解析，傳輸?shù)较鄳?yīng)的物理層。在數(shù)據(jù)鏈路層還具有對數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯檢測的功能。網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)是將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)，通過路由器將其從一個網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)中去，把傳輸層產(chǎn)生的報文段或用戶數(shù)據(jù)報封裝成組或包進(jìn)行傳送。傳輸層的主要任務(wù)是向兩個主機進(jìn)程之間通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，常見的協(xié)議有TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。應(yīng)用層的主要任務(wù)是做位于不同的主機之間的多個應(yīng)用進(jìn)程之間的通信和協(xié)同的工作，常見的操作如DNS解析域名。

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常遭受的攻擊可以根據(jù)以上計算機的模型進(jìn)行分類。在物理層經(jīng)常可能遭受到的攻擊有擁塞攻擊，物理破壞和碰撞攻擊。在數(shù)據(jù)鏈路層經(jīng)常遭到的攻擊是耗盡攻擊，非公平競爭的攻擊，丟棄和貪婪破壞攻擊和匯聚節(jié)點的攻擊。在網(wǎng)絡(luò)層可能遭受到的攻擊有方向誤導(dǎo)攻擊，黑洞攻擊。在傳輸層經(jīng)常遭受到的攻擊有泛洪攻擊和失步攻擊。這些攻擊在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各個層都可能使整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓，因此無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)安全必須要提到足夠高的高度。

2.3 面對攻擊的解決辦法

攻擊和防護是天然對立的兩個方面，有攻擊的時候，自然而然就需要去防護。目前來說，防護會從無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰管理兩個方面去做。

2.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議

為了保障數(shù)據(jù)的機密性，數(shù)據(jù)的完整性和信息認(rèn)證以及數(shù)據(jù)的新鮮性等必要的安全的特性，設(shè)計一些有效的安全防護的機制是必不可少的，這樣才可以保證整個網(wǎng)絡(luò)的安全。我們可以選擇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全協(xié)議有SPINS。SPINS有兩個方面的安全模塊：SNEP與μTELSA。μTELSA是傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣播認(rèn)證的協(xié)議。為了保證數(shù)據(jù)機密性，雙方數(shù)據(jù)鑒別和數(shù)據(jù)新鮮度還建立起來了SNEP機制。

2.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全密鑰管理

無線傳感器密鑰的實現(xiàn)是其安全的基礎(chǔ)保證。讓所有的節(jié)點都是用同一個密鑰來進(jìn)行匹配加密，顯然不能夠滿足正常的網(wǎng)絡(luò)安全的需求。在下面介紹一些傳感器網(wǎng)絡(luò)密鑰的管理方法。密鑰管理可以分為隨機密鑰分配，預(yù)共享密鑰分配，使用部署知識密鑰三種模式。隨機密鑰分配從密鑰池中選出密鑰鏈，建立安全通道。預(yù)共享密鑰可以分為節(jié)點與基站、節(jié)點與節(jié)點之間密鑰分配。使用部署知識密鑰的分配模式可以減少密鑰分配的連通性。

3 發(fā)展和展望

隨著萬物互聯(lián)概念的不斷為人們所知，有相當(dāng)多數(shù)量的物品將會在不久的將來接入網(wǎng)絡(luò)。生活中常見的家用電器如空調(diào)，微波爐，洗衣機等等都會接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，甚至智能安防的概念也已經(jīng)落地發(fā)展。在工業(yè)領(lǐng)域，隨著工業(yè)4.0和中國制造2025的概念廣為人知，3D打印技術(shù)不斷發(fā)展，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)也勢必將要跳出目前每個工廠自組網(wǎng)的情景，進(jìn)而實現(xiàn)用戶直接連接到生產(chǎn)車間的情況。因此在當(dāng)下需要不斷推進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全機制的發(fā)展，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更加可靠的為人類服務(wù)。

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