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农田信息采集系统中传感器网络簇首认证方案研究_图文

浙 江农 业 学 报 A t A r u ua  hj n e s   2 1 : 1  ̄ 1 ,0 0 ca gi h reZ ei g n i 2 ( ) 1 4 1 8 2 1   c a s

农 田信 息采集 系统 中传 感器 网络簇 首认证方 案研究 
何  菊 。 明洲 。 陆  
(  南京 中医 药 大 学 信 息 技 术 学 院 , 江苏 南京 20 2   京 农 业 大 学 工 学 院 , 苏 南 京 2 0 3 ) 10 9;南 江 10 2 

摘 要 : 农 田信 息采 集 系 统 的 传感 器 网络 中引 入分 簇 结 构 , 提 升 系 统 吞 吐量 、 低 系 统延 迟 以及 节 省 能 量 。 在 可 降   但 已有 的 分簇 方 案 并 未 在簇 形 成 及 稳 定 阶段 对 簇 首 身 份进 行 认 证 。 章 针 对簇 首认 证 问题提 出 了 B .E C   文 AL A H
协 议 , 通 过 仿 真试 验 表 明 协 议 以较 低 的能 耗 增 强 了系 统 中分 簇传 感 器 网络 的安 全性 。 并  

关 键 词 : 田信 息 采集 系统 ; 感 器 网络 ; 首 认 证  农 传 簇
中 图分 类 号 : P 1 .  T 2 26 文 献 标 识 码 :  A 文章 编 号 :0 4 1 2 ( 0 0 0 — l — 5 1 0 — 5 4 2 1 ) 1 0l 4 0  

Cl se   a   u h n i a i n s he e f r W S   n f r l n   n o m a i n c le . u t r he d a t e tc to   c m   o   Ns i   a m a d i f r to   o lc  
to   y t m   in s se ‘  

HE J   L   n —h u  u . U Mig z o  
(nom t nT cn l yA ae yo aj gU i ri  r ioa  h eeMe in , aj g2 02 ,hn ;   fr ai   ehoo   cdm   I o g fN ni  nv syo a t nl i s n e t fT d i C n   dc N ni  10 9 C i   i e n a
2n i ei   ol e N ni g i h r U & m  ̄, aj g2 0 3 , i ) E gn r g C l g , aj gA r u ud  n e i N ni   1 0 2 C n   e n e n c n h a
Ab t a t C u t r d s n o   ew r sh sb e  nr d c d i t  Nso  n i n n a  n t r g s s m    g c 1 sr c : l se e  e s rn t o k   a   e n i t u e  n o WS   fe vr me t l o o mo i i   y t i a 6 u . on e n   tr   r d c in, ih h s b e   h wn t  e ic e sn l  e e ca  o i c e sn   y t m  h o g p t d c e sn   ue p o u t o whc   a   e n s o   o b   n r a ig y b n f i l t  n r a i g s se tr u h u , e r a i g i

s se   ea , n   o s r ig e e g .Ho v r te e it g cu t r d s h me i n t p o i e uh n iai n fr y t m d ly a d c n e vn   n r y we e ,   xsi   l se e   c e  dd o  r vd  a t e t t   o   h n c o
cu trh a  n i  e u   h s   n   t a y p a e lse   e d i t s t p p a e a d se d   h s .He c ,h ssu y p o i e   A? EAC , h c   a     e   e u t  s n e t i t d   r vd d B L H w ih w s a n w s c r y i s l t n f rc u t rh a   u h n ia in a d c u d b   ep u  o e h n e t e s c r y i  l se e   e s rn t o k   ou i     l se   e d a t e t t   n   o l  e h lf lt  n a c   h   e u t  n cu t rd s n o  ew r s o o c o i
wih c mpaa iey l we   n r   o s mpt . t  o r tv l o re e g c n u y i   on Ke   r y wo ds:a m ln  n o ma in c le to  y tm ; r l s  e o   t r cuserhe d a t e ia in fr a d if r to   o lci n s se wie e ss ns rnewo k; l t   a   u h nt to   c

无线 传 感 器 网络 ( N ) WS s 通常 由大 量 资源 受  限 的传 感 器节 点 以及 少 量 资 源 不 受 限 的基 站 组 
成, 网络一 般 随机地 部 署在 一定 区域 。 责感 知 、 负  

距 离 远 , 以部署 在农 田 中以采 集农 业 生产 实 时  可

数 据并 对 这些 数据 进 行处 理 , 得详 尽 而准 确 的  获 信 息并传 送 给基 站 ,由基 站通 过 Itre 或 卫 星  nen t
发 送给 网络部 署者 。网络 部署 者进 而能够 根据 网 

处理 数据 并 实现 这些 数 据 的通 信 ] 。由于 WS s N 
能 有 效 地 部署 在 偏 远 或 不 适 宜 人 类 活 动 的 区域 

络 监测 数据 对 农作 物 生 长环境 做 出人为 干 预 , 使  得农 作物 更好 的生 长 。   传感 器 节点 通 过 电池供 电 , 节 点本 身 存储  且 计 算 资 源都 很 有 限 . 于节 能考 虑 , 感 器 网 络  出 传

以 监 测环 境 ,因此 在 很 多 领 域 都 有 广泛 应 用 前  景 , 其 中包括 农 田生 产 信息 采集 。农作 物 的生  这 长受 到光照 、温度 和湿 度 等 自然 条件 的影 响 , 传 

统 有 线 网络并 不适 合 于部 署在 农 田生 产环 境 中 。  
而 WS s 用 成 本 低 、 N 应 网络 结 构 灵 活 、 据 传 输  数

可 采用分 簇结 构 ̄3 分簇 传感 器 网络 中节 点被 组  23 ,。
织 成簇 , 个 簇 内一个 簇 首 , 责 聚 合簇 内节 点  每 负 感知 数据并 传送 给基 站 。   L AC E H算 法 [是传 感 器 网络 中第 一 个 被 提  4  

收 稿 日期 : 0 9 0 — 4 20 — 6 0  

出来 的单 跳 分簇 算 法 . 其思 想 贯穿 于其 后 发展 起  来 的众 多分簇 协议 , T E P G SS等 等 。农  如 E N,E A I

作者 简 介 : 菊 (9 9 , , 苏 常 州人 , 师 , 士 , 线 传 感 器  何 1 7一)女 江 讲 硕 无 网 络 安全 、 据 库 技 术 。E'alhoh 2 . r; e 18 3 1 8 7 数 m i:jj@16cn T 1 3 18 1 6  o :



菊等 : 农田信 息采集系统中传感器 网络簇 首认证方案研究 

?15?     1

田信 息 采 集 系统 的传 感 器 网络 部 分 的拓 扑结 构 
拟采用 基于 L AC E H的分 簇结 构 。 由于 L A H协  E C

保 障是 远远 不够 的 .由于 L A H方 案 中未 引入  E C
对簇 首 的认 证 。 击 者可 以在簇 首 选举 阶段声 称  攻 自己是簇 首并 发 出广 播 消息 。 引诱 普通 节 点加 入  形成 簇 , 节点 监测 的数 据 经过恶 意簇 首 的 任意 修  改 发送 给基 站 , 站将 错误 的数 据 发送 给 农 田信  基
息 监测 者 . 导监 测者 做 出错误 的判 断并 实施 不  误 恰 当 的改变农 田生产 环境 的措 施 , 攻击 者 达到 攻  击 系统 的 目的 ; 击者 也 可 以在 成 为簇 首后 不 断  攻

议 存 在 安全 缺 陷 , 易受 到 如 拥 塞 、 泛 以及 重  容 洪
放等攻 击 , 文主 要研 究 改进该 协议 以加 强其 安  本

全性 .使 得农 田信 息采 集 系统 能够 更 加安 全 、 高 
效 地 运 行 

1 L A H 简介 及 其 安 全 缺 陷   E C  
1   L A H算 法描述  . 1 E C L A H 算法基 本思想 是 : 过等概 率周期 性  E C 通

给簇 内成员 节点 发布 查询 命令 . 成员 节 点忙 于  使 接受 命令 并 做不 必要 的监 测工 作 , 大量 消 耗节 点 
能量  加快 节点死亡 速度 。     ‘

地选 择簇 首 , 将整 个 网络 的能 量负 载平 均 分配 到  每 个传感 器 节点 ,从 而达 到 降低 网络 能量 耗 费 、   延 长 网络 生 命 周 期 的 目的 。每 一 个周 期 称 为 一 
轮 。每轮 又分 为 “ 形成 阶段 ” 稳定 阶段 ”  簇 和“ 。 在簇 形成 阶段 , 点 自主 决定 是 否成 为簇 首  节 节 点 ,成为 簇首 的节 点 向周 围节 点广 播 消息 , 其 

本文 针对 该安全 缺 陷提 出安 全 加强 措 施 . 在 
簇 形 成 阶段 以及 稳定 阶段 针 对簇 首 节 点 的广 播  消息进 行认 证 。从 而阻止 恶意节 点成 为簇 首并 杜 

绝 恶 意节 点 冒充合 法 簇 首 发 布伪 造 的 查 询命 令 
的情 况 。  

它 节 点根 据 接 收 到 的 广播 消 息 的 信 号 强度 来 选  择 它所 要加 入 的簇 , 并告 知 相应 的簇 首 。在稳 定  阶段 .非簇 首节 点把 数据 发 送给 自己的簇 首 , 簇  首进 行数据 融合 并把数 据发送 给汇 聚节点 。簇 首 
节 点工 作任 务 比较繁 重 ,需要 完成 数 据融 合 、 与 

2 加 强簇 首认 证 的 L AC 方 案    E H
Z u等 提 出 了一 种 传感 器 网络 内部 节点 广  h 播认 证机 制 . 但该 机制 并 不能 应用 于对 簇 首 的认 
证, 本部 分根 据分 簇协 议 特点 , 进该 方案 , 其  改 使

基 站通信 等任务 , 以能耗较 大 。因此 , 所 每一 轮结 
束需 要重新 选择 簇首 。  
1   L A H 簇 首 选 择 方 案  . 2 E C

适 用于农 田信息采 集 系统 的分簇 传感 器 网络 。  
对 1 . 中簇 首 选 择 阈 值 分 析 可 以得 到 结  2节 论 : 轮 中所 有 节点 都 会 当 选且 仅 当选 一 次簇  1   首。 称该 l , p轮为 一个“ 环” 假 定 当前 轮 为 r则  循 , , 该 轮所处 的循环 为 r 除 (/) 记为 c 在此 基础  整 1 , p 。 上我们 提出一种 安全加强 的分簇方 案 .记方 案为 
B —E C B od at uh nia 0—E C 。 A L A H( ra cs A te t t nL A H)    ci

簇首 的产生 是簇形 成的 基础 ,E C L A H算法 各  轮的簇形 成阶段 .每个 节点产 生一 个 0 1 间 的   之 随机数 。 如果 这个 数 小 于 阈值 T n , 该节 点 向 ()则  

周 围节点 广播它 是簇首 的消息 。T n 的计算公 式  ()
为:  

21 网络部署 前 的准备  .  

( )网络 部 署 前 生 成 一个 大 小 为 Q 的密 钥  1 ( : lp [ ro ( / ] …    ) { _ × r d I   o p)
0   其 他  其 中 P为理 想 情 况 下 的簇 首 节 点应 占 的百  分 比 , 为 轮次 , r G为 在前 1 轮 中还 未 成 为簇 首   

池, 为每 个节 点 分配 一个 全局 唯一 的节点 标识 符 
I x以这 个标识 符作 为种 子输 入伪 随机 数产 生器  D,
P N Pe d — a d m N m e  e ea r 产 生  R G( su oR n o   u brG n rt ) o 

个伪 随机 数 . 这  个 随机数 分别 对 Q取余 得  将 到  个 余数 记 为 尺 ,从 密钥 池 中选 择  个 与 R    

的节点集合 。 使用 该 阈值 , 有节点 在经过 l 所 / p轮 

后 都会 当选一次 簇首 。  
1   L A H 算法 安全缺 陷分析  . 3 E C

对 应的密钥 加载 到各节 点 :  
( )基 站选 择 一个 随机 数 尺 2 Ⅳ,利 用 单 向散  列 函数 H 重 复 计 算 R 日( + , 中 , ≤ ≤  :   。 其 ) 0     (/) 1P为 系统参 数 。 由此基 站 产生 一个 长度  1 一, p 为(  ) 尺 1 的 Ⅳ链 。 基站 为每个 节点 计算 网络运行 

L A H协议 本身 考虑 了安 全性 问题 , 议 中  E C 协 簇 首角 色 阶段性 地 由众 多节 点轮 流担 任 . 这使 得 
攻击者 难 以定位 簇首发 动针对 簇首 的攻击 。  

然 而 . 仅从 簇 首 的阶段 性 变化 来提 供 安全  仅

第 一次 循环 所使 用 的密 钥 K  H( j l   )其   . I l I = D IR , s

?

l 6? 1  

浙 江农 业 学 报

第2 2卷

第 1 (0 0年 1月 ) 期 21  

中 s表示 轮次 , ≤s 1 一 , 这 (,) 密 钥  0 ≤( ) 1 将 1 个 p
. 

求 消息 j i_e . 消息 包 含簇 首标 识 符 、 点标  o rq 该 n 节

形成 密钥 集 

, 下标 0表示 该 密钥 集 是  。(

识符 、 以及 r 为 保 证 节 点 身 份 的认 证 性 , 用 r , 使   所 对 应 的 密 钥  _ 对 j i rq计 算 M r _ 针 on e _ AC并 发  送 给 C j即非 簇首 节点 单播 信息 : H,  


在 网络 部署 后 的第 1 循环 中使用 , 环 次数 从  个 循
0开始计 数 ) 载到 ,   加 D 对应 的节点 中。  

( )每个节 点 中都加 载 P N 3 R G以及一 个 与基 
站共 享 的对称密钥  . 以保 证节 点 当选 为簇 首  船,

l 删  I C (  r I I  ̄ll n e    l MA K l, I lloc )   Dm I l Oc rn
(I  I)

后 跟 基 站直 接 通 信 的安 全 以 及 基 站 向其 公 布 下 


( )簇首 收 到所有 加入请 求信 息后 ,向各 申 6  
请 加入 自己的节点 发 送确 认 消 息 ,该 消 息包 含 :  

循 环密 钥集 的通信 安全 。每个节 点 中维护 一个 

计数 器 r记 录 当前 工作 的轮 数 , 始值 为 0 网络  , 初 , 部署 后每 推进一 轮 r 递增 1  。
2   B .E C . 2 A L A H簇 形成 阶段 

簇 首标识 符 I c 以及各簇 成员 对 应 的工作 时 隙 , DH i  

使 用 O C 上 第 一 个 密 钥 O   计 算 得 到 的  日  HC
MA C值 。 非簇 首节点 收 到该广播 消 息后首 先缓存 
它 , 待 Ma。 间后 , 首公 布前 一 时 间段 的认  等 x时 簇 证 密钥 , 所有 节点 都 可 以正确 认 证 收到 的簇 首 广  播 的确 认信息 。  
23 B —E C 稳 定 阶段  .   AL A H

( )基站广 播 “ 1 开始 ” 命令 , 使用  ̄ E L  广  T S AE   播认 证 方案 认证 该命 令 , 有 节点 验证 命 令 的合  所
法性 。若 验证正 确 , 所有 节点 转 ( ) 则 2 操作 ;   ( )节点在 0到 1 间 随机选 取一个 数 并与  2 之

阈值 T n 比较 , 该 数 小 于 T n 则 节点 在 本 轮  () 若 ()
中将成 为簇 首 ( 为 C i, H 首先 产 生 一个 用  记 H )C i 于 广播认 证 的单 向散 列链 O c , HCl 记该 单 向散列  t i

稳 定 阶段 的操 作 主要 包 括 : 内节 点 在各 自 簇  
活动 时 间间 隔 内监 测 环 境 数据 并 以认 证 的方 式 

将 数 据发 送 给簇 首 , 首 聚合后 将 数据 发 送给 基  簇 站 : 外 一个 重要 操 作就 是簇 首 节 点将 自己存 储  另
区域 的 当前 轮密 钥集 删 除 , 基站 向当前 轮 各簇 首 

链 的约定 值为 cm  ̄, o mc 记其设 定 的簇 内广播 最大  i 时 间延迟 为 Ma。记 其单 向密钥 链 O c 第 z x, HC ̄上   个密钥为 D   。 C i 播 自己是 簇 首 的 消息  H广
av 该 消 息 中包 含 其 标 识 符 、 个 当前 值 n n e c, l 一 o c 

发送下 一循 环要使 用 的密钥 集 。   节 点传送 监 测数据 给簇 首 :  
/ 朋 I clo c I  D ID  ̄l n e / n 旧 , m 啪I   I   I   l 聊 e  I 加 ) (I) I   I 簇 首 将 聚 合 后 的数 据 发 送 给 基 站 :  


以及 cm H o mc ,并 且 使用 本 节 点 中加 载 的密钥 集  i
. 

( 网络 部署 后 的第 0循环 即为基 站直 接加  在
. 中 的第 s个密 钥 K伽.此处  。 )   (
I I   忸 ( 伽  K l I  

载 在节 点 中的 

的 s r d(/ )计 算 MA =  mo 1 ) p C值 。 即簇首 广播 :  
I clo c Io m ul x I C ( c.I c l O  ̄l n el m c l DMA i n c i Ma I K H , Hl i O i    

l L dt ̄ L ) I ,a , )  F( a
(V) I  

n nel m nl x)  oc lo mcl D ; c i Ma

() I  

其 中 , 聚合 函 数 。 站收 到簇首 的 聚合数  F为 基 据后 。向该 簇 首 发 送 下 一 循 环 即将 使 用 的密 钥 
集:  
ID   ( l 璐  锄  ,   I 嬲l 脚 ) , D l l ,   D  1  
(   V)

( )非簇 首节 点收集 所有 簇首 广播 消息 并 记  3

录广 播 信号 强 度 ; 站 广 播 “ 止 ” 令 , 有 节  基 停 命 所
点 停 止 广播 以及 缓 存 信 息 。进 入 等待 状 态 。停  “

止 ” 令 的认 证 过 程 同基 站 的 “ 始 ” 令 认 证  命 开 命
过程 :  

其 中 , . 在 网 络 部 署 前 加 载 在 节 点 中    船是 的保 证 与基 站 安全 通 信 的对 密 钥 。E( X) K, 表示 

( )基站 广播 R 至所 有节 点 ; 4    

( )非簇 首 节 点 收 到 R 后 ,计 算 K  日  5   锄. = (   I  ) 使 用 该 K . 证 步 骤 ( ) 尺 ,   验 2 中缓 存  的信 息 , 验 证 通 过 , 认 为 这 些 广 播 信 息 是从  若 则
合 法候 选簇 首 发送 过 来 的 . 广 播 消息 中 的簇 首  将 标 识 符 分别 送 往 P N R G产 生 W个 随机 数 .得 到 
,  

使用 密钥  对消 息  加 密 。  
若 稳 定 阶段 簇 首 没 有 任 何 聚合 数 据 发送 给 

基 站 , 在 当前 轮 最后 安排 一 个 发送 新 密钥 集请  则 求 消 息 , 首 向基 站单 播 该 消息 , 息 形 式类 似  簇 消
于簇 首 向基站发 送 聚合数 据 的消息 :  


计算 r   n ) 得到 与其 有 共享 密 钥  ∈(  m ,
_

I l  

I I NKS rqI C ( e  I MA  伽  I c l 嬲I I ul I I iD   D ,
_

的簇首 节 点集 合 , 从该 集 合 中选 取信 号 最强 的作  为 自己要 加 入 的簇 首 并 且 向该 簇 首 发 送 加 入请 

NKS rq  e)

(I V)  

其 中 . K _e N S rq表 示 该 消 息是 新 密 钥 集请 求 



菊等 : 田信息采集系统中传感器 网络簇首认证方案研究  农

?1   17?

消息 。基站 收 到该 请求 后 , 向该 簇 首发送 下 一循  环 使用 的密钥 集  。  
Im l l dl c  
( i vi)  

点 间通信 采用 d d 的情 形 , d平 均值 为 5     <n 取 0m, 则得 到 网络 内 部 节 点 间通 信 发 送 一个 字节 数 据  消耗 的能量 为 6 0nI 0  J B;而节点 跟基站 的通 信采  取 d ( 的情 形 , 约 定 d平 均值 取 10 m, 网  >f o 且 0  则

簇 首在簇 内广播 消息 :   I c lm lo c  C ( H D Hl dl neI i c n I MA O e ,I l  
/ 1e 27 ) 0 ̄

内节点 发送 信息 给基 站 的消耗 的能量 为 14 d   4 0,/
。  

该消息使用 C i 向密钥链 D 锄 上第 z H单 ⅣC  
个 密钥 O   计 算 MA 日C C,簇 内节 点 收到 广播 消  息后 将该 广播 消息 暂存 在缓 冲区 中 , 待簇 首公  等
布相 应 的 0 日 O。 经过 簇 内广 播 最 大 时延Ma。 t i x 

我 们 选 定 簇 首 数 量 分 别 为 4 68 1 1 , , ,0,2时 
对 比两 种 协 议 在 簇 形 成 阶 段 由 于 引 入 安 全 机 制 

网络 簇 首 节 点 和 簇 成 员节 点 分 别 所需 要 额 外 消  耗 的能量 ( J 。结果 如 图 1 图 2 图 3所示 。 m) , .  

后 , 首 广播 O   簇 HC 簇 内节点 收 到广播 认 证确 认 消息 后 . 先通  首

过计 算 H( HC删) 否等 于 O O z 是 HQ_ ( 轮 的 第    每


次广播认 证使 用 cmr ̄)验 证 D o ai c  e啪 的合 法 
『   避蛊  、 E\ 毽 =『 毽 匆 攒  醇篚 f

性 , 相 等 , 用 O   验 证 M C(  e , 一 若 则 He A D    
c Hi

lm lo c ) 验证 通 过 则接 收 广播 消息 , 0  l dl n e , c n 用 一

日C啪 替换 O  ̄ 否 则丢弃 消息 。其 中 ,m : HC_   啪; c d为 

簇 首广播 的命令 。  

3 B —E H 性 能仿 真 分 析    A L AC
Fr i er r e a等 】 O ie a等 [提 出 的 S E C   和 l i vr   LA H
图 l 单 轮 簇 形 成 阶段 簇 首能 耗 对 比   
Fi   Th   n r y c n u g.1 e e e g   o s mpt   o r s  fcuse   e d i  i c nta to   l tr h a  n on

及 S c E C 都 是 在 分簇 协 议 基 础 上 增 强 安 全  eL A H 性 的研 究 。 本部分将 S c E C e L A H与 B .E C 的  AL A H 能耗 在 M t b中作 了仿 真 比较 。 al a 根据 文献 『 ]约  6,
定 网络 中最大 数据包 长 4 B.其 中包 头长 8 类  0 B:

t e s t p p a e o er u d h   e u   h s   n  o n  

似 于 文 献 [ ] 定 网络 由 10个 节 点组 成 , 点  7约 0 节
随 机 分 布 在 坐 标 (= ,= ) ( = 0 y 10 的  x 0 y 0 及   l0,= 0 ) 区域 , 基站位 于坐标 (= 0 y 15 的位 置 ; B . x 5 ,= 7 ) 取 A  L A H 的参 数 p 4 考 虑 每个 循 环 中 网络 ( E C = %, 假 

定基 站资源 不受 限 ) 能量 消耗状 况 。P r g等 [ er i 2 ] 研 
究显 示 基 于 对 称 密码 的操 作 开 销相 对 于 通 信 能  量消 耗来 说要 小 得多 , 部仿 真忽 略方 案 因加 密  本

解密 、 计算 散 列值 、 C值所 消耗 的能量 。 MA 仅仿 真 
比较 两 种 协 议 由于安 全 考 虑 而 花 费 的额 外 通 信 
开销 。  
图 2 簇 形 成 阶段 成 员 节点 能 耗 时 比 
F g 2 T e e e g   o s mp in c n rs  fcu trme e  n i .   h   n r y c n u t   o t t   l s   mb ri   o a o e testpp ae h  eu   h s 

根 据 Fr i er r 的研 究H, 点接收 消息 能量  e a等 ] 节

消 耗 可 用 公 式 

( ) 1 Ek, 的 典 型 值 为  1= ×  k


B L A H 稳 定 阶段 的簇 内 广播 认 证 才 用  A.E C
T S A方 案 ,而 S cL A H 在稳 定 阶段 的广  EL e —E C

5 n/i 节点发 送 消息能 耗可用 公式  0J t b,
p ,, ,、

f E  lsxz   l +x ̄d ×  
l× l  k+ x  x 4 l e d 

d o  
o d 

播 认 证 只 能通 过 簇 首 针 对 各 个普 通 节 点 分 别计  算 MA C并且 分别 发送 给相应 的节点 。 A L A H B .E C   稳定 阶段 还 需要 从 基站 获得 下 一循 环密 钥集 , 由  于参 数 p 4 = %,下 一循 环 密钥 集包 含 2 5个 密钥 ,  

… ’  

表示 , 中 , 1p /i , = . 1p /im , 其  = O J d s 0 0 3 J t   b m2   0 bl   故 d= 77m。为 性能对 比方便 , 们约定 网 内节  o8 .   我

浙 江 农 业 学报
一L 蜷 避 窖  r三 忙 篷燎 匿  蛊 餐 嫠 描 

第2 2卷

第 1 (0 0年 1 ) 期 21 月  

播认 证 的安 全 加 强 分 簇 算 法— —B .E C 在  A L A H.

L A H算 法 重要 参 数 P的基 础上 引人 “ 环 ” E C 循 概  念, 较好 地 解决 了每轮 候选 簇 首 向普通 节 点证 明  其合 法身 份 的认 证 问题 。方 案在稳 定 阶段 引入 簇  首 广播认 证技术 。仿 真结果 表 明该协议 满足传 感  器 网络 资 源有 限 的特 点 , 能够 应用 到农 田信息 采  集 系统传 感器 网络 中 。   B . A H 在 L A H 基 础 上 加 强 安 全 性  AL C E EC
4   5   6   7   8   9   1  0 1  1 1  2

能 , 是 一 种 单 跳 分簇 算 法 , 进 一 步 降低 农 田 也 为  

簇 的 数 量 

信 息采 集 系统 传感 器 网络 中的节 点能 耗 , 未来 应 
考 虑 如 何改 进 B —E C 使 其 能 适 用 于 多跳 分  AL A H
簇 传感 器 网络 。   参考 文献 :  
[ ] A yli I ,u W ,a krsba na Y,ta.Wi ls 1  k i z F S   Sn aau rmaim  e 1 d    r es e  

图 3 簇 形成 阶段 所 有 节 点 能 耗 对 比 
F g   I   n r y c n u t n c n r s  fal n d s i  i .3  e e e g   o s mp i   o t t o   l o e   n o a   testpp ae h  eu   h s  

最大 为 15 因此 式 ( 消 息需 要 2 7 我 们 在  7 B, V) 2 B,

仿 真 中考 虑 了这 一 通 信 开销 ,结 果 如 图 4显 示 

( 能耗 单位 : J 。 方便 比较 , m )为 假定 每一 轮簇首 在 
簇 内广播命 令 一次 ; 一 轮 中簇首 有 2 %的可 能  每 0
不需要 向基 站发送 数据 。即每一轮 中簇 首 以 2 %  O

sno  e rsasre [] C m ue  ew rs 0 2 3  e srnt k : uvy J. o p t N tok ,2 0 ,8 wo r
( )3 3 4 2 4 :9 - 2 .  

[ ] P r gA,zw zkR, nV,t . P N : crypooos 2 er   Se cy  We  e a S I S s u t rt l i   1 e i c   fr e srntok [ . rce ig f t  n u  nen — o  no ew rs R] Poednso  hA n m Itra  s 7
t n lCo f r n e o   b l  o u i g a d Newo k , me, i a  n e e c   n Mo i C mp tn   n   t r s Ro o e   2 01 0 .  

的概 率需要 发送式 ( I新密钥 集请 求消 息 。 V)  

[ ] Z uSXuSS t   ,ta E tbi igpi i  esfrB— 3 h  ,   ,ei S e 1 s lhn  a ws ky o e a  . a s r e  
c r  o u e c mmu i a in i     c ewo k : p o a i si   p   n c to   n Ad Ho  n t r s   r b l tc a - b i

poc [ .E E Poedn so  e1t E E Itra oa rah A] IE . rceig fh  l I E  nent nl t h i  

C neec nN tokPooo [ ]A l t, eri: l , ofrn eo   ew r  rt l C ,t naG og Wiy  c a a e
Jhn& S n ,n opoae 2 03  o o s Ic r rtd,0 .

[ ] F r i   C, i cMA,l er  B,t 1 O  h eui  f 4 er r A Vl   ea a O i i L e  . n tescryo  v a a t
c u tr b s d c mmu i a in p oo o s fr wi l s  e s r n t l se - a e   o n c to   r t c l o   r e ss n o   e—   e  

w rs [ . E E L c r  o si  o p t  cec ,  t ok A] IE . et eN t   C m ue Sine i 4h u e n r n   I E   tra oa C neec nN tokn ( N’5 [ , E E I e t n   o rn eo  e rig I 0 )C]  n n i l f w C
Be ln: p n e , 0 5: 4 — 5   ri S r g r 2 0 4 9 4 8 i

[ ] Oie aL Wo gHC,e   ,ta.ScE H arn o 5 l i   B, n  vr B r M e 1 eL AC — adm  n

图 4 稳 定阶 段 单 轮 簇 首 节 点 能耗 对 比 
F g   T e e e g   o s mp in c n r s o   l se   e d i   i .4 h   n r c n u t   o t t f cu t r h a  n y o a 
t   tad —tt  ha e o e r u   he se y sae p s  n  o nd

k y it b t n o u i n o r e u n  cu t r d e s r e? e  d sr u i  s l t  f  s c r g l se  s n o  n t i o o i e  

w rs A]I E . rceig f h  ihI E  ne t n l ok [ .E E Poedn so  eFf  E E Itmai a t t o  
S m o im o   ew r  o p t g a d A piai s ( C   y p s   n N t ok C m ui   n   p l t n N A’ u n c o

0 ) [ , sigo  D U A:E E C m ue Scey  6 C]Wahntn C, S IE   o p tr oi , t

从 以 上 分 析 可 以看 出 ,在 簇 形 成 阶段 B — A  L AC 的节 点 能 量 消耗 要 比 S c E H低 。稳  E H eL AC 定 阶段 B —E C 用 于簇 首 广 播认 证 的能 耗 要  ALA H
比 Sc E C eL A H低 。 因此 B .E C A L A H以更 低 的能量 

2 0 15 5 . 0 6: 4 —1 4 

[ ] Wad rA, uaN, br   e a. n ryA a s fP b  6 n e  G r  E el H,t 1 E eg  n yi o u - e   l s l - e  rporp yo  ma  rls  ei s [ . E E i K yC ytgah  nS l Wi esD vc c l e e R] IE  
I tr aina  o frn e o   ra ie C mp tn   n   m— nen t l C nee c  n Pev sv   o ui g a d Co   o
mu ia i n , wa i 2 0 . n c t s Ha i , 0 5  o

消耗 获得 了较 高的分簇 网络安全 性 。  

[ ] He zla   , hn rk a  B ar h a  A   p l  7 i em W C adaa n A,a k snn H. n A pi n n s l i —
c t n S e i c Poo o  c i cuefrW iee sMirsn o  ai —p cf   rtclArht tr    rls  co e sr o i e o

5 方案 小 结及 未 来工 作 
本 文 提 出 了具 备 候 选簇 首 认 证 以及 簇 内广 

N tok [j ew rs J.Wi ls o r es mmu i t n , E   rnat n  e  C nc i s[ E Tasci s ao E o
2 0 , ( )60 6 0 0 2 14 :6 — 7 .  

( 任编辑 责



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