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无线传感器网络(WSN)是由大量传感器节点组成的一个短距离无线通信网络,在众多领域均有着广泛的应用。安全性对其正常运行起到十分重要的作用。然而,传感器节点的自身限制决定了传统网络的安全体系和安全算法将不再适用。网络编码的应用,有效的提升了无线传感器网络的性能。网络编码的核心思想是中继节点可以对来自不同链路上的信息包进行编码操作,然后再转发给下游节点。然而,由于不可靠的多跳传输和任意的包重组,使得网络编码系统极易受到不同类别的安全威胁,如窃听攻击、链路分析攻击等。因此,如何结合传感器节点的自身特性,应对各类攻击,尤其在随机线性网络编码(RLNC)系统中,是本文研究的重点,也是无线传感器网络安全领域一个亟待解决和充满挑战性的问题。
针对上述课题,在研究了大量无线传感器网络安全资料的基础上,本文对基于网络编码的轻量级安全进行了深入分析。首先,文章对基于网络编码的WSN安全机制进行了分类研究,主要分析了密钥管理技术、路由协议和安全以及认证机制。接下来,文章结合网络编码,综合考虑了无线传感器节点自身存储、计算能力和自身电量等限制,对适用于无线传感器网络的轻量级安全进行了深入研究,提出了轻量级置换加密算法(LPEC)和适用于多源网络编码系统的轻量级认证机制(LANC)。LPEC的核心思想是基于对全局编码向量的两次加密过程;LANC以LPEC为基础,核心思想是将节点的认证信息嵌入到全局编码向量中。并对两种轻量级安全机制进行了详细介绍。最后,文章从代价开销、抗攻击能力等方面对其性能进行了分析。结果表明,与传统的加密及认证机制相比,轻量级机制的代价开销更低,能更有效地抵御各类攻击。同时,提高了无线传感器网络节点之间通信的安全级别。