無線傳感器網絡安全技術解析

周天熠?葛軍

摘要：信息技術的快速發展，使得網絡安全問題也日漸凸顯，各種安全技術開始出現。為保證無線傳感器的網絡應用質量，需要做好相應安全技術研究與應用。文章將通過對無線傳感器網絡安全基本情況的介紹，對網絡安全框架協議進行分析，并在此基礎上對無線傳感器網絡安全技術展開深度探討，旨在提高無線傳感器網絡安全整體應用水平，實現理想化無線傳感器網絡應用模式。

關鍵詞：無線傳感器網絡技術；網絡安全；安全技術；安全框架協議；網絡密鑰管理

無線傳感器網絡技術應用為民眾日常生活以及生產辦公帶來了極大的便捷，使用范圍以及使用重要性逐漸提升。為確保無線傳感器網絡技術應用能夠達到理想狀態，避免出現信息泄露或者其他方面安全問題，需要做好網絡安全技術的應用，在明確無線傳感器網絡安全基本情況的基礎上，制定出合理的安全技術應用方案，以便實現對網絡安全的有效保護。

一、無線傳感器網絡安全基本情況介紹

（一）基本情況分析

通過對無線傳感器網絡安全要求的分析可以發現，其是以網絡自身條件限制以及傳感器節點為基礎，通過對內存大小以及睡眠模式等各項要素進行管控的方式，保證部署環境以及網絡使用的安全性。網絡較常出現的安全問題主要以惡意攻擊和威脅為主，不法人員在進行攻擊活動時，會通過非法獲取相應服務以及改變信息等方式，對網絡安全造成威脅。較為常見的攻擊主要以物理層攻擊、鏈路層攻擊以及網絡層攻擊等內容為主。出于經濟性方面考量，在進行無線傳感器網絡節點設置過程中，并沒有展開防篡改功能設置，導致很容易會出現節點或物理被攻擊和捕獲的情況，攻擊者很容易會獲取網絡信息關鍵性內容，并做出內容篡改等一系列非法行為。

（二）安全要求探討

①需要保證數據保密性，不能將網絡節點所收集到各項信息直接傳輸給相鄰節點，需要通過運用密鑰手段進行數據加密之后再傳輸；②需要對網絡數據進行驗證，需要對數據來源進行調查，通過運用對稱機制，完成發送者和接收者使用密鑰的保護，以便更好地對信息來源進行確定，降低非法信息入侵可能性；③需要對傳感器網絡通信安全性以及數據完整性進行保護，確定數據在傳輸過程中是否存在被攻擊或者被篡改的可能性，在確認無誤之后，才能夠對其進行應用；④需要保證數據的時效性，不得對可能被攻擊過的舊信息進行應用。

二、網絡安全框架協議

網絡安全框架協議，主要包括網絡鏈路層架構以及安全路由協議兩部分內容。安全鏈路層架構是保證數據保密性以及完整性等功能于一體的架構模式，會通過對RC5加密方式的應用，運用計數器以及鄰居表等進行節點處理，通過進行兩次加密的方式獲得新加密效果，實現對各種攻擊的有效預防。因為無線傳感器網絡具有發包速度較為緩慢以及重復難度大等方面特點，所以采用此種方式，能夠最大限度地保證數據安全。路由協議架構包括認證和加密兩部分內容，會通過進行安全加密操作的方式，對稀少通信量的應用，對數據有效性以及身份真實性等各項內容進行保護；會通過對證流廣播的應用，負責發送認證信息，減少不必要的計算量以及數據量，能夠將中間節點相互認證優勢充分發揮出來。

三、無線傳感器網絡安全技術

（一）SNEP安全協議

SNEP安全協議是針對無線網絡數據信息認證以及完整性等安全特點所制定的安全協議內容，主要包括數據保密性以及通信雙方數據認證等安全機制保護和傳感器網絡廣播認證協議等內容。通信開銷相對較低，能夠保證無線傳感器網絡安全。會通過共享主密鑰的方式，展開安全引導模型建設，確保能夠從主密鑰中衍生出其他密鑰，進而通過基站協商的方式展開安全通道的建設。會通過對消息認證碼的應用，保證點對點認證以及消息信息的完整程度，確保能夠通過對隨機數機制的合理使用，保證數據的時效性以及完整性。廣播認證協議會通過運用基站密鑰，展開單向散列密鑰鏈建設的方式，運用延遲公開廣播認證密鑰手段，展開非對稱驗證操作，做好基站廣播認證以及節點廣播認證，會通過密鑰建設、廣播密鑰、傳感器節點自舉以及認證數據包幾個過程，完成對數據的認證。

（二）密鑰管理

密鑰管理是較為常見的傳感器網絡安全管控方法，經過多年發展，密鑰管理的種類和應用價值也得到了切實拓展，較為常見的密鑰管理方法主要有以下幾方面內容，在此，將逐一對其進行介紹：

1.共享密鑰預分配管理模式

此種分配方式能夠保證網絡節點通信有效性，提高通信安全水平，通過在節點預先進行存儲的方式，做好會話密鑰的使用，對節點之間的通信進行加密處理，確保能夠通過對預共享密鑰進行應用的方式，達到對通信過程進行加密保護的目標。這種方式并不需要對基站進行應用，計算相對較為簡單，節點之間能夠利用共享密鑰特性，保證在某節點被俘獲之后，其他節點信息仍然處于加密狀態，不會被泄露或者被篡改。此種方式對于節點儲存能力要求相對較為嚴格，在網絡拓展性方面也稍顯不足，如果已經完成網絡分配密鑰部署，可能會出現新增節點，很難加入網絡的情況，需要根據具體需求，按照其使用優勢和不足確定是否進行使用，并設置相應使用方案。

無線傳感器網絡中普通節點和基站會共同使用一對主密鑰，節點對于儲存空間并沒有較高要求，在進行計算或者存儲操作過程中，主要以基站中操作為主。在集成性網絡中，此種密鑰管理優勢較為突出，可以完成匯聚節點和所有節點的通信操作。但此種方法也存在一定不足之處，沒有具備較為理想的DOS攻擊防御能力，會導致其容易被俘獲，會對網絡信息安全造成直接影響。

2.隨機密鑰預分配管理

管理隨機密鑰分配時，需要確保任意節點通信安全，降低對于節點資源的要求，通過在進行節點部署之前，以隨機方式進行對稱密鑰密鑰池中密鑰選取的方式，對節點進行密鑰環加密保護，并進行事先存儲，確保在通信過程中隨機密鑰，能夠對通信過程進行有效保護。在對密鑰環進行使用過程中，保證擁有n個密鑰節點相同密鑰概率能夠達到要求，保證其數值能夠高于預先設定概率數值，節點之間能夠使用相同密鑰，通過共同密鑰管理模式，保證通信暢通性。

完成節點部署后，相鄰節點之間會展開通信，需要通過對廣播密鑰環中密鑰ID的應用，完成相同密鑰節點查詢，利用共享密鑰展開會話加密操作，提升通信安全水平。在具體進行安全管控過程中，會圍繞一個或者多個節點進行處理，如果存在沒有共享密鑰狀況，會通過形成孤立節點的方式，利用隨機進行密鑰分配的方法，提升網絡節點部署密度，確保節點通信信號傳輸功率能夠得到切實增強，進而通過不斷增加通信半徑的方法，保證能夠準確找到更多鄰居節點進行密鑰通信。利用密鑰池進行實際預分配處理，可以保證節點之間安全鏈路的建設質量，能夠對節點儲存量進行有效控制，減少不必要的儲存操作。因為節點之間可能存在共同密鑰，所以可能會因為單個節點而出現被攻擊的狀況，會導致網絡中相同節點收到受到威脅，所以此種處理方法也需要不斷進行改進和完善。

3.q-composite隨機密鑰與分配管理

此種隨機密鑰預分配模式，在具體使用過程中會通過構建基本模型的方法，確保相鄰節點密鑰環中至少擁有一個共享密鑰，節點之間會進行q個密鑰的共享，進而達到增強網絡抵抗能力的效果。此種隨機密鑰分配方案會通過對網絡中任意節點之間進行安全連通的方式，保證起連通度能夠超過q以上，通過對密鑰池進行縮小的方式，保證節點共享密鑰重復度能夠達到理想狀態，進而展開后續處理。此種方式在應用過程中會因為密鑰池不斷減少，而出現節點之間共享密鑰個數不斷增加的情況，導致其遭受不法人員攻擊，致使部分節點出現泄露問題，會因為泄露部分的不斷增加，造成整體網絡空間安全受到威脅。鑒于此，需要通過合理設置密鑰池規模的方法，確保整體安全保護效果能夠達到預期目標。

此種隨機密鑰預分配過程和隨機密鑰基本分配模式相對較為相似，分配模型的整體過程也較為相同，但強調鄰居節點共享密鑰樹必須要保持在q以上。會在確定相鄰節點間共享密鑰數超過q以上之后，通過對所超過數的合理使用，生成新的密鑰，進而將其作為兩節點之間共享密鑰，通過計算的方式獲得相同通信密鑰，進而完成相關的加密處理。

4.EBS動態密鑰管理

此種管理模式屬于密鑰動態化管理模式，包含會話密鑰和管理密鑰兩部分。管理密鑰是密鑰生成密鑰，無法對通信數據直接進行加密操作，能夠對內部密鑰事件展開應用，進行密鑰系統建設以及更新等各項操作；會話密鑰會在完成動態密鑰系統建設之后，生成在線會話密鑰，完成相關內容與特殊節點數據加密。動態密鑰管理模式屬于三元組集合模式，包括節點數、分配給節點的管理密鑰數量以及密鑰更新的信息數量。用戶可以按照自身需求，完成密鑰子集以及多個密鑰的建設。管理系統中擁有諸多廣播數據包內容，能夠對節點所擁有全部密鑰進行更新和取消處理，可以通過對該節點進行剔出網絡處理的方法，保證整體網絡的安全性。

（三）網絡入侵檢測技術

在對該項技術進行應用過程中，會對存在破壞網絡活動或者未授權的各項活動進行檢測。網絡節點主要布置在較為惡劣環境之中，容易受到侵害和攻擊等各項干擾，需要通過對入侵檢測技術的合理使用，對惡意節點進行分辨，明確異常節點情況，以便科學展開后續處理，保證整體網絡安全。節點資源會受到限制干擾，采用傳統入侵檢測方式，無法達到對傳感器網絡進行科學檢測的目標，需要運用入侵響應以及入侵檢測等各種方法，完成對傳感器網絡入侵檢測操作。系統會按照入侵檢測具體內容，根據網絡內部具體情況，對是否存在入侵行為進行測試，并在發現入侵行為之后，會利用入侵跟蹤手段對該行為進行跟蹤，并通過執行入侵響應的方式對該行為進行預防攻擊處理，可以達到對異常行為以及非法行為進行有效處理的效果。

（四）網絡路由安全技術

網絡安全技術中擁有諸多路由協議，在進行路由協議的制定過程中，會考慮到效率以及能耗等方面的問題，但對于安全問題的考慮相對較少，非法入侵者可能會利用協議這一漏洞，對網絡協議進行攻擊，進而通過偽造路由信息等方式，導致網絡無法進行準確信息傳送，或出現在傳輸過程中被隨意更改的情況，會直接增加節點能耗問題，造成網絡使用受到干擾，出現使用期限縮短的狀況。強化路由協議安全性時，會通過采用路由信息廣播認證以及消息加密等一系列處理方式，利用各項機制完成信息準確性以及完整性的保護。對節點冗余性進行合理應用，確保能夠利用原節點完成目的節點之間多路徑路由模式建設，通過構建從數據原節點到目的節點之間主路徑的方法，配合備用路徑進行整體網絡運行管控，確保數據能夠從主路徑入手進行數據傳輸，保證能夠通過對低速傳送數據模式的應用，對數據有效性進行維護，進而保證在主路徑出現問題時，可以通過從備用路徑進行處理的方式，達到相同的數據傳輸效果，進而通過選擇最優路徑的方法，確保數據傳輸不會受到干擾。

四、安全技術應用總結與展望

由于無線傳感器網絡很容易會受到攻擊和干擾，所以對網絡安全性以及安全技術應用方法展開研究，是保證網絡高質量應用的重要手段。雖然無線傳感器網絡技術的整體應用時間相對較短，還處于不斷完善的狀態，但各種安全技術的研究已經取得重大進步，雖然仍然面臨著較大挑戰，但整體應用前景仍然十分可觀。業界學者需要進一步加大對傳感器網絡技術的研究力度，做好網絡安全技術優勢和不足的分析，進一步加大對無線傳感器針對性網絡安全管控方式的管理，需要根據具體應用場景，對網絡安全問題產生原因以及具體處理方法進行分析，以便制定出有效的預防處理方案，實現對相應攻擊問題的切實預防。需要以安全級別為設計點，展開后續安全技術一系列設計，確保安全技術的應用效果能夠得到不斷完善，可以更好地對網絡安全形成保護。

就現階段無線傳感器網絡安全協議設置情況以及應用情況來看，安全協議是按照特定應用場景具體要求進行布設的，沒有構建起較為完善的安全體系結構。所以在今后的研究之中，需要進一步加大對安全體系結構的建設力度，要針對密鑰管理以及協議管理容錯性的特點，通過對非對稱密鑰管理以及其他有效安全管理措施的不斷研究和調整，保證各項安全技術應用效果能夠達到最佳，可以更好地完成各項網絡安全保護任務，避免無線傳感器網絡受到非法侵害。

五、結束語

由于無線傳感器網絡是重要的網絡類型，也是保證數據傳輸的有效通信手段，所以需要進一步加大對網絡通信安全性的研究力度。不僅要明確網絡安全的基本情況以及安全框架協議內容，同時還要結合無線傳感器網絡的特點，制定出可行性較高的安全技術應用方案，確保密鑰管理技術以及安全協議管理等技術能夠得到科學應用，能夠通過對各項安全技術的優勢和不足的分析，確定最佳技術應用組合和應用方法，進而達到對網絡運行情況進行有效保障的目標，保障數據傳輸安全可以得到合理保護，進而達到最優化的無線傳感器網絡應用效果。

作者單位：周天熠 葛軍 安徽風雪網絡安全測評有限公司

參? 考? 文? 獻

[1]鐘華.無線傳感器網絡安全密鑰管理技術分析[J].電子技術與軟件工程，2021（09）：257-258.

[2]郭順文.基于無線傳感器網絡安全技術及應用實踐的研究[J].網絡安全技術與應用，2021（02）：71-72.

[3]王榮福.無線傳感器網絡安全認證技術研究[J].南方農機，2020，51（12）：89.

[4]羅亞東.試論無線傳感器網絡安全技術[J].山西青年，2019（16）：162.

[5]李瑋，朱森森.無線傳感器網絡安全技術專利申請狀況分析[J].中國科技信息，2019（09）：18-20，12.

[6]侯曉云.基于無線傳感器網絡安全技術及應用實踐的研究[J].科技資訊，2018，16（28）：79，83.

[7]孫浩.無線傳感器網絡路由安全技術分析[J].無線互聯科技，2018，15（17）：26-27.

[8]吳文平，潘正高，張曉梅.無線傳感器網絡WSN的路由安全技術的分析與研究[J].貴陽學院學報（自然科學版），2018，13（01）：17-19.

[9]旭日.無線傳感器網絡安全技術及運用實踐微探[J].數碼世界，2017（01）：126-127.

[10]朱鋒.無線傳感器網絡安全技術及應用實踐探微[J].無線互聯科技，2016（14）：30-31.

[11]陳顯龍.無線傳感器網絡安全組網技術的運用分析及研究[J].網絡空間安全，2016，7（07）：51-53.