6LoWPAN安全性分析與設計.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡集信息采集、信息傳輸、信息處理于一體，具有廣闊的應用前景，是當前網(wǎng)絡領域研究的熱點之一。IEEE 802.15.4工作組提出一個低數(shù)據(jù)率的WPAN(LR-WPAN)標準，該規(guī)范定義了物理層和媒體訪問控制層，而上層的協(xié)議并沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范。其中比較著名的是由ZigBee聯(lián)盟制定的ZigBee規(guī)范。 作為另一個研究熱點的IPv6解決了當前IPv4地址短缺的問題，同時還兼顧考慮了安全性、組播、移動性、地址自動配置等問題

2、，這些特點對無線傳感器網(wǎng)絡有很大的吸引力。于是，在IEEE 802.15.4的PHY/MAC層之上構建IPv6協(xié)議棧，即6LoWPAN(1Pv6 over IEEE 802.15.4)成為無線傳感器領域的一個重要研究熱點。 另外，隨著無線傳感器網(wǎng)絡深入到一些傳輸敏感信息的領域，如軍事、醫(yī)療、智能樓宇、工業(yè)控制等，就必須考慮網(wǎng)絡的安全性，以保證網(wǎng)絡本身以及傳輸數(shù)據(jù)的安全。本文以傳感網(wǎng)超輕量化IPv6協(xié)議棧研究課題為背景，在現(xiàn)有條件

3、允許的范圍內對6LoWPAN安全性進行分析與設計。本文的主要內容如下： 首先，簡要介紹IEEE 802.15.4規(guī)范，詳細分析IEEE 802.15.4 MAC層安全，包括安全功能以及對其進行評價，包括優(yōu)點和缺陷，作為后文的設計方案的可行性和可用性的考慮。從6LoWPAN安全性的研究現(xiàn)狀分析入手，提出6LoWPAN安全研究中面臨的主要問題，根據(jù)這些問題和現(xiàn)有條件提出了本文的設計目標，即引入適配層安全模塊，并根據(jù)現(xiàn)有開發(fā)平臺的支持

4、程度給出本文設計方案的可行性分析。 其次，本文從原有協(xié)議棧的三種節(jié)點角色和節(jié)點加入和退出PAN的過程入手，分析該過程中存在的安全漏洞，提出引入安全考慮的組網(wǎng)機制，此后提出為引入這些功能對原有協(xié)議棧進行的改動以及實現(xiàn)方法。 然后，從現(xiàn)有的幾種典型的密鑰管理協(xié)議的分析入手，分析了在適配層實現(xiàn)密鑰建立協(xié)議的考慮，并在此基礎上提出基于對稱密鑰的密鑰建立協(xié)議SKKE(Symmetric Key Key Establishment)

5、的設計方案。其次，給出了適配層密鑰建立協(xié)議在現(xiàn)有協(xié)議棧中的實現(xiàn)策略，包括協(xié)議報文的設計以及相關模塊和接口設計，并詳細介紹了構建該密鑰建立協(xié)議所需的相關密碼算法的功能以及實現(xiàn)方法。 最后，對適配層安全模塊的實現(xiàn)效果進行分析，從功能分析入手，闡述了適配層安全模塊的主要功能，并且通過實際的驗證結果證明了該安全模塊設計的有效運行。其次通過與不使用適配層安全模塊的原有協(xié)議棧的對比對適配層安全模塊進行性能分析，并從代碼量大小的估計分析該模塊