传感器网络安全技术综述

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无线传感器网络安全标准研究综述

２００９年第９期信息技术与标准化
ｈｔｔｐ：打Ⅵ—眦ｉｔｓ．ｃｅｓｉ．ｃｎ
回应用层帧
应『｛１层（ＡＩ，Ｌ）ＺｉｇＢｅｅ设备对象（ＺＤＯ）
应用支持于甚（ＡＰＳ）
ｆ７审计、日志
ＡＰＳ爱伞管理Ａｐｓ消息者１『反射管理
ＺＤ０
安全管理
嘲络层（ＮＷＫ）
管理平面
信息库
ＮＷＫ安全管理｜ＮＷＫ擢ｉ患者１｜路由管理ｉ网络管理Ｉ
１．４ＷＩＡ－ＰＡ标准安全方案２００８年１０月３１日，我国自主研发的用于工业过程
自动化的无线网络规范ＷｌＡ—ＰＡ获得了国际电工委员会（ＩＥＣ）全体成员国９６％的投票。成为与ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ被同时承认的两个国际标准化文件之一。ＷＩＡ—ＰＡ网络采用分层实施不同的安全策略和措施，在不同层次采取不同安全策略，构成一个完整的无线工业控制网络安全体系架构。
备内的安全管理对象ＤＳＭＯ和网络中安全管理器进行交互式管理。同时ＩＳＡ提出了包括使用对称密钥／非对称密钥的安全措施，并期望囊括目前所有流行的技术，给用户很大的选择空间。
１．２无线ＨＡＲＴ标准安全方案ＨＡＲＴ通信基金会是国际非营利性组织，负责管理和
支持全世界的ＨＡＲＴ通信技术。ＨＡＲＴ通信基金会于１９９３年成立，是ＨＡＲＴ协议的技术所有者和标准设置实体，会员单位包括了全世界１５０多家公司。２００７年ＨＡＲＴ通信基金会公布了无线ＨＡＲＴ协议，无线ＨＡＲＴ采用强大的安全措施，确保网络和数据随时随地受到保护。这些安全措施包括信息保密（端到端加密）、消息完整性校验、认证（信息和设备）和设备人网的安全过程。如图２所示。
１国际无线传感器网络安全相关标准的研究与提案情况
传感器网络涉及的相关国际标准化组织较多，目前ＩＳＯ／ＩＥＣＪＴＣｌ、ＩＥＥＥ、｜ＴＵ和ＩＥＴＦ等组织都在开展传感网标准研究工作。在世界范围内，与传感器网络安全相关的标准组织也在不同的应用领域开展了多样的研究与探索。

无线传感器网络应用技术综述

无线传感器网络应用技术综述摘要：传感器被越来越多地布置到实际的网络环境中，用于实现某些应用。

无线传感器网络已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。

通过总结相关方面的工作，综述在不同领域中无线传感器网络的实际应用，并对具体应用的一些重要特性进行分析，在此基础上提出若干值得继续研究的方面。

关键词：无线传感器；网络应用一、无线传感器网络简介随着微机电系统的迅速发展，片上系统SoC(System on Chip)得以实现，一块小小的芯片可以传递逻辑指令，感知现实世界，乃至做出反应。

无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)，这一由大量具有片上微处理能力的微型传感器节点组成的网络，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。

传统的传感器网络通常由两种节点：传感器节点(sensor)和接收器节点(sink)组成。

传感器节点负责对事件的感知和数据包的传输；接收器节点则是数据传输的目标节点，一般具有人机交互界面，并可以接入其它类型的网络体系。

传感器网络以其低成本、低功耗的特点，在军事、环境监测、医疗健康等领域都有着广泛的应用。

在本文中，对大量现有无线传感器和无线传感器网络的应用进行分析，从节点移动性、节点互联方式、网络数据规模、网络分层结构等方面进行分析和比较。

并在此基础上，提出若干值得继续研究的方面，为挖掘传感器网络新的应用打下基础。

二、无线传感器网络的特点目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域网、蓝牙网络、ad hoc网络等，与这些网络相比，无线传感器网络具有以下特点：（1）硬件资源有限。

节点由于受价格、体积和功耗的限制，其计算能力、程序空间和内存空间比普通的计算机功能要弱很多。

这一点决定了在节点操作系统设计中，协议层次不能太复杂。

（2）电源容量有限。

网络节点由电池供电，电池的容量一般不是很大。

任何技术和协议的使用都要以节能为前提。

（3）自组织。

无线传感器网络技术的应用及前景分析

无线传感器网络技术的基本原理是利用无线传感器节点之间的无线通信，形成一个自组织的网络，实现对环境或物体的感知和监测。这种技术具有很多优点，如灵活性、可扩展性、自组织性、鲁棒性等。
无线传感器网络技术的应用非常广泛。在智能家居领域，可以利用无线传感器网络技术实现对家电设备的远程控制和监测，提高家居的智能化水平。在环境监测领域，可以利用无线传感器网络技术实现对空气质量、水质、气象等环境因素的监测，为环境保护提供数据支持。在智能交通领域，可以利用无线传感器网络技术实现对车辆的监测和控制，提高交通效率和安全性。
2、技术创新推动未来，无线传感器网络技术将不断进行技术创新和研发，实现更高效、更稳定的网络连接和更精准、更快速的数据传输。例如，利用人工智能技术对无线传感器网络数据进行处理和分析，能够实现更精准的预测和决策；采用5G技术可以让无线传感器网络具有更高速的数据传输速度和更稳定的网络连接。
3、应用场景拓展未来，无线传感器网络技术的应用场景将不断拓展，涵盖农业、林业、海洋、能源等多个领域。例如，在农业方面，通过布置土壤、湿度、气象等传感器，可以实现农作物的智能化生产和科学管理；在林业方面，通过安装环境传感器和视频监控设备，可以实现森林环境的实时监测和火险预警；在海洋方面，通过部署水文、气象、生物等传感器，
一、无线传感器网络技术的概述无线传感器网络是指由一组能够自组织形成网络的低功耗、微
二、无线传感器网络技术的应用案例
1、智能家居领域在智能家居领域，无线传感器网络技术的主要应用包括环境监测、电器控制、安全监控等。例如，通过在家庭环境中布置温度、湿度、光照等传感器，可以实现对家庭环境的实时监测和控制；通过安装门窗传感器、红外传感器等，可以实现家庭安全的有效监控。

无线传感器网络安全

无线传感器网络安全随着无线传感器网络的广泛应用，其安全问题越来越受到人们的。

无线传感器网络的安全性是保证其可靠运行的关键因素之一，也是防止未经授权的访问和数据泄露的重要保障。

本文将介绍无线传感器网络的安全威胁和防范措施。

无线传感器网络通过无线通信进行数据传输，因此通信安全是其主要的安全问题之一。

通信安全的主要威胁包括：窃听、阻断、篡改和假冒。

这些威胁会导致数据泄露、数据完整性受损以及未经授权的访问等问题。

无线传感器网络的另一个安全问题是传感器节点的安全性。

由于传感器节点通常具有资源限制的特性，因此其安全性比传统的计算机网络更为复杂。

传感器节点的安全威胁主要包括：物理破坏、能量耗尽、恶意软件和拒绝服务攻击等。

无线传感器网络的拓扑结构也是其安全问题之一。

拓扑结构的选择将直接影响网络的性能和安全性。

一些常见的网络拓扑结构包括星型、树型和网状等。

不同的拓扑结构具有不同的优点和缺点，因此需要根据具体的应用场景选择合适的拓扑结构。

加密技术是保障无线传感器网络安全的重要手段之一。

通过对传输的数据进行加密，可以防止未经授权的访问和数据泄露。

常用的加密算法包括对称加密算法和非对称加密算法。

在选择加密算法时，需要考虑其安全性、计算量和资源消耗等因素。

节点认证和授权是保障无线传感器网络安全的重要措施之一。

通过对节点进行认证和授权，可以防止未经授权的节点接入网络，同时也可以防止未经授权的节点访问网络中的数据。

常用的认证和授权技术包括基于密码的认证和基于角色的授权等。

入侵检测和防御是保障无线传感器网络安全的重要手段之一。

通过对网络中的数据进行分析和处理，可以检测出是否有恶意攻击行为发生，并采取相应的防御措施。

常用的入侵检测和防御技术包括基于统计分析的入侵检测技术、防火墙技术等。

网络拓扑结构优化是保障无线传感器网络安全的重要措施之一。

通过对网络拓扑结构进行优化，可以提高网络的性能和安全性。

常用的优化方法包括：选择合适的拓扑结构、优化节点布局、动态调整拓扑结构等。

无线传感器网络安全路由协议技术研究综述

１引言
随着无线电、传感、嵌入分布式、无线通信等技术的发
由所用资源等几个方面．因此攻击者主要从这几个方面实施
入侵和破坏。例如主动攻击路由请求和建立过程中存在的漏
ｃｕｒｉｔｙｏｆＬＥＡＣＨｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｉｔｒｙｃｌｕｓｔｅｉｎｒｇｏｕｒｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｅｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｓｅｃｕｒｅｒｏｕｔｉｎｇｐｏｔｒｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｅｍｕｈｉｃａｓｔｒｏｕｔｉｎｇ
洞，通过破坏正常无线路由广播信息的准确性和合理性，或者
展，无线传感器网络在工业、农业、军事、航空等多个领域
得到了广泛应用。部署的传感器节点自身具有无线通信、监
恶意修改、删除正常通信过程中的路由控制信息。另外，篡改
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＳｕｒｖｅｙｏｎＳｅｃｕｒｅＲｏｕｔｉｎｇＰｒｏｔｏｃｏｌｓｆｏｒｒＮｅｔｗｏｒｋｓ
ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｅｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｒｏｕｔｉｎｇｐｏｔｒｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｅｍｕｃｈｒｏｕｔｉｎｇｐｏｔｒｏｃｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｒｅｐｒｅｓｅｎ — ｔａｔｉｖｅｓｅｃｕｉｒｔｙｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｓｅｃｕｉｔｒｙｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｒｅｓｅａｒｃｈｄｅｍａｎｄ

传感器技术文献综述

传感器技术文献综述摘要:传感器技术是综合多种学科的复合型技术，是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术.本文通过将所看的传感器相关文献总分为传感器、智能传感器以及无线传感器网络三个类别，对每一类别进行综述,分析每类别传感器研究中所存在的不足，探讨了相应的解决方案。

关键词：传感器1.引言传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代化传感器技术，是涉及微机械与微电子技术、计算机技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术以及模糊控制理论等多种学科的综合性技术，而该技术也广泛应用到了军事、太空探索、智能家居、农业、医疗等领域。

在伴随着“信息时代”的到来，作为获取信息的重要手段——传感器技术得到飞速发展，其应用领域越来越广，人们对其要求越要越高,需求也越来越迫切。

但传感器技术的广泛应用以及飞速发展并不代表着该技术已经成熟，相反在很多方面它还只是一项新兴的技术，依然存在很多的问题等待我们去解决。

如何能够让我们的传感器装置很快的适应周围的环境，迅速准确的处理传输客户所需求的信号，并可以根据客户的要求作出相应的反应以及如何可以尽量的延长传感器装置的生存时间等等.这些问题都是我们在研究传感器技术的过程中所应该解决的问题。

2．传感器传感器是一种物理装置，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、温度、湿度等）或化学组成，并将探知到的信息传递给其他装置。

该装置相当我们的人类的眼睛、鼻子、舌头、耳朵以及皮肤等一些感知器官。

这样，精确快速地感受外界的信号就是迅速正确作出反应实施行动的前提条件。

现在的物理传感器、生物传感器都是力图解决感知、精确以及快速这三个难题。

例如文献[1]中的气体流量监测就有很多种的感知方法，但每种方法都存在着精确以及反应速率方面的问题，所以还需要不断的改进。

然而，有很多的问题大自然已经很好的为我们解决了，我们应该取其精华。

因此,我认为仿生传感器一定会解决很多传感器方面的问题.文献[2］就模仿沙漠蚂蚁利用太阳偏振光在沙漠中很好的辨别方向机理设计了偏振测角传感器。

无线传感器网络安全技术综述

Abstract: The current situations of sensor network security, the security challenges and the security problems were presented. From the aspects of key management, secure routing, authentication, intrusion detection, DoS attack, access control, all the security techniques of sensor networks were introduced and discussed, and the comparisons were made to help researchers select and design the security solutions for a particular sensor network application environment. At last, the further direction of sensor network security techniques was summarized and discussed. Key words: sensor networks; key management; secure routing; intrusion detection; DoS attack
摘要：详细阐述了传感器网络安全现状、面临的安全挑战及其需要解决的安全问题。从密钥管理、安全路由、
认证、入侵检测、DoS 攻击、访问控制方面讨论传感器网络的各种安全技术，并进行综合对比。希望通过这些说
明和对比，能够帮助研究者为特定传感器网络应用环境选择和设计安全解决方案。最后总结和讨论传感器网络安

传感器网络中的数据融合技术综述

传感器网络中的数据融合技术综述一、引言随着无线通信、传感技术的不断进步，传感器网络技术正在成为当前互联网技术与工业自动化技术的热门领域之一，在环境监测、智能交通、医疗卫生、安全监控、智能家居等领域中有着广泛的应用。

然而，由于传感器网络中数据的大量生成和传输，怎样高效地利用这些数据是一个重要的研究方向，数据融合技术就是在这个领域中起到了重要的作用。

二、传感器网络数据融合技术的概述1.传感器网络中数据融合技术的定义数据融合技术是一种将从不同传感器节点上采集到的原始数据整合、筛选和组合在一起，形成更全面、准确、可信的数据信息的技术。

通过数据融合技术的应用，可以提高数据的可靠性、准确性、全面性和通用性，从而提高传感器网络中数据的价值。

2.传感器网络中数据融合技术的特点数据融合技术的特点主要有以下几个方面：（1）可靠性：数据融合技术可以降低单个传感器节点所采集的数据对整个系统的影响，从而提高数据的可靠性。

（2）准确性：通过对不同传感器节点上采集到的数据进行分析和处理，可以消除数据中的噪声和误差，减少数据的不确定性，提高数据的准确性。

（3）全面性：数据融合技术可以整合不同传感器节点上采集到的数据，使得数据的覆盖范围更广，提高数据的全面性。

（4）通用性：数据融合技术可以使得不同传感器节点所得到的数据具有一定的通用性，从而提高数据的应用范围。

3.传感器网络中数据融合技术的分类根据不同的融合方式和目标，传感器网络中数据融合技术可以分为以下几种类型：（1）低层数据融合：低层数据融合是指对同一传感器节点所采集到的多个数据进行整合和融合，以提高数据的准确性和可靠性。

（2）中层数据融合：中层数据融合是指对同一区域内不同传感器节点所采集到的数据进行整合和融合，以提高数据的全面性和准确性。

（3）高层数据融合：高层数据融合是指对多个区域内的数据进行整合和融合，以提高数据的通用性和应用范围。

4.传感器网络中数据融合技术的应用传感器网络中数据融合技术应用广泛，主要应用在以下几个领域中：（1）环境监测：在环境监测领域中，传感器网络可以采集不同地点、不同特征的数据，利用数据融合技术进行处理和分析，得到更准确、更全面的环境数据信息。

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认证
安全认证：对身份的核实和认可
➢数字签名 ➢消息认证 ➢口令 ➢特征识别
安全路由
互联网上的安全路由技术是指如何在IPSec VPN隧道上实现动态路由选择技术。安全路由技术将路由技术、VPN技术、安全路由技术——防火墙技术集成于一身。
实现安全路由技术，关键在于建立一种特定的SA （Security Association），该SA既允许动态路由协议包通过，也同样允许两端所有用户的数据通过。
密钥
密钥是一种参数，它是在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的参数。密钥分为对称密钥与非对称密钥。
非对称密钥加密又称公钥密钥加密。它需要使用不同的密钥来分别完成加密和解密操作，一个公开发布，即公开密钥，另一个由用户自己秘密保存，即私用密钥。信息发送者用公开密钥去加密，而信息接收者则用私用密钥去解密。公钥机制灵活，但加密和解密速度却比对称密钥加密慢得多。
非对称加密算法RSA：由 RSA 公司发明，是一个支持变长密钥的公共密钥算法，需要加密的文件块的长度也是可变的（公匙加密法）
密钥管理
密钥管理就是指对密钥进行管理的行为，如加密、解密、破解等等。
➢ 密钥生成 ➢ 密钥分发 ➢ 验证密钥 ➢ 更新密钥 ➢ 密钥存储 ➢ 备份密钥 ➢ 密钥有效期 ➢ 销毁密钥
物理破坏碰撞攻击耗尽攻击非公平竞争
丢弃和贪婪破坏汇聚节点攻击方向误导攻击
黑洞攻击
泛洪攻击失步攻击
物理捕获
防御方法
调频、消息优先级、低占空比、区域映射、模式转
换
破坏证明、伪装和隐藏纠错码
设置竞争门限短帧和非优先级策略
冗余路径、探测机制加密和逐跳认证机制出口过滤、认证监视机制认证、监视、冗余机制
Arvinderpal S.等在Atmega128L上实现了ECC和 RSA并对它们的能耗进行了比较
Malan等在 MICA2 节点上利用椭圆曲线密码实现了Diffie-Hellman密钥交换
R.Watro等在MICA2节点上实现基于RSA的认证协议
传感网密钥管理
传感器网络安全技术综述
网络安全相关概念
密码密钥管理认证安全路由入侵检测 DoS攻击访问控制
密码
密码是一种用来混淆的技术，它希望将正常的（可识别的）信息转变为无法识别的信息。当然，对一小部分人来说，这种无法识别的信息是可以再加工并恢复的
登录网站、电子邮箱和银行取款时输入的“密码” 其实严格来讲应该仅被称作“口令”，因为它不是本来意义上的“加密代码”，但是也可以称为秘密的号码。
客户端谜题认证
动态网络和身份认证硬件保护、自毁装置
敏感信息加密
主要安全技术
• 安全加密技术 • 密钥管理技术 • 安全认证技术 • 安全路由技术 • 入侵监测技术 • 其他研究热点
传感网加密算法选择
传感器网络缺乏网络基础设施，资源受限等特性使得诸多现有的密码算法难以直接应用
目前主要使用是对称密码算法
散列链的安全性依赖于单向散列函数的单向性，即从Wn推导Wn-1很容易，但Wn-1不能推导出Wn
散列链主要一次性口令、微支付、即无线网络的安全性等方面
非对称加密（公共密钥）的尝试
随着技术的发展,传感器节点的能力越来越强,原来被认为不可能应用的公钥算法的低开销版本开始在传感器节点上实现
Gura等在8位微控制器上实现ECC和RSA,并比较它们的性能
传感网网络安全的挑战
通信能力的限制能力供应的限制计算能力的限制大规模、广泛分布的传感器动态网络数据流的动态、突发性
传感网安全设计目标
目标
可用性
机密性完整性
Байду номын сангаас
意义
主要技术
确保网络能够完成基本的冗余、入侵检测、容错、任务，即使受到攻击，如容侵、网络自愈和重构 DoS 攻击
访问控制
按用户身份及其所归属的某项定义组来限制用户对某些信息项的访问，或限制对某些控制功能的使用的技术。
访问控制通常用于系统管理员控制用户对服务器、目录、文件等网络资源的访问。
➢ 防止非法的主体进入受保护的网络资源。 ➢ 允许合法用户访问受保护的网络资源 ➢ 防止合法的用户对受保护的网络资源进行非授权的访问
消息认证并不用于防止信息被窃取，而是用于证明原文的完整性和准确性，也就是说，消息认证主要用于防止信息被篡改
散列链（ Hash Chain ）
散列链的具体方法是由用户选择一个随机数，然后对其进行多次散列运算，把每次散列运算的结果组成一个序列。该序列即称为散列链。产出机制： W0←W1←W2←……←Wn-1←Wn
访问控制等也会使用低开销的非对称密码算法
对称密码
消息认证码(MAC)：消息/身份认证，不使用数字签名
Hash链：构造高效率单向Hash链，从而减少带宽使用，或减少存储和遍历的情况
消息认证
消息认证是指通过对消息或者消息有关的信息进行加密或签名变换进行的认证，目的是为了防止传输和存储的消息被有意无意的篡改，包括消息内容认证（即消息完整性认证）、消息的源和宿认证（即身份认证)、及消息的序号和操作时间认证等。在票据防伪中具有重要应用（税务的金税系统和银行的支付密码器）
保证机密信息不会暴露给信息加、解密未授权的实体
保证信息不会被窜改
MAC、散列、签名
可信度实时性和有效性
信息源发起者不能够否认自己发送的信息
保证用户在指定时间内得到所需要的信息
签名，身份认证、访问控制
网络管理、入侵检测、访问控制
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安全攻击与防御
网络层次
攻击手段
物理层
拥塞攻击
链路层网络层传输层物理实体
入侵检测
入侵检测（Intrusion Detection），顾名思义，就是对入侵行为的发觉。他通过对计算机网络或计算机系统中若干关键点收集信息并对其进行分析，从中发现网络或系统中是否有违反安全策略的行为和被攻击的迹象。
DoS攻击
DoS是Denial of Service的简称，即拒绝服务，造成DoS的攻击行为被称为DoS攻击，其目的是使计算机或网络无法提供正常的服务。最常见的DoS攻击有计算机网络带宽攻击和连通性攻击。