1 引言

　　隨著網(wǎng)絡技術、傳感器技術、微機電系統(tǒng)（MEMS）和無線通信技術的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了一種新型的網(wǎng)絡技術­­――無線傳感器網(wǎng)絡技術（WSN）。眾多具有通信、計算能力的傳感器通過無線方式連接;相互協(xié)作，與物理世界進行交互，共同完成特定的應用任務，成為傳感器網(wǎng)絡。與傳統(tǒng)無線通訊網(wǎng)絡Ad Hoc 網(wǎng)絡相比，WSN的自組織性、動態(tài)性、可靠性和以數(shù)據(jù)為中心等特點，使其可以應用到人員無法到達的地方[1]，比如戰(zhàn)場，沙漠等，因此，WSN的潛在應用包括：地球物理監(jiān)視（地震活動），精確度農(nóng)業(yè)（土壤管理），棲所監(jiān)視（跟蹤動物牧群），跟蹤戰(zhàn)場目標，救災網(wǎng)絡等等。

2 安全分析

　　早期的研究集中在新的網(wǎng)絡協(xié)議發(fā)展方面，新的協(xié)議具有比其他ad-hoc網(wǎng)絡更嚴格的性能要求，包括節(jié)能、自組織能力、高數(shù)量節(jié)點的可測量性等。然而，傳感器網(wǎng)絡的多數(shù)應用面臨嚴峻的安全問題，包括竊聽、傳感器數(shù)據(jù)偽造、拒絕服務攻擊和傳感器節(jié)點物理妥協(xié)，這使得安全問題和其他傳感器性能問題同樣重要。以下具體分析對傳感器網(wǎng)絡安全威脅攻擊，并提出適當?shù)慕鉀Q機制，以適應這種新出現(xiàn)的特殊的ad-hoc網(wǎng)絡分類。

　一、路由安全
　　許多傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議是相當簡單的，并且不把安全放在主要目標。因此，這些協(xié)議比在一般ad-hoc網(wǎng)絡更易受攻擊。 Karlof等介紹了如何攻擊ad-hoc網(wǎng)絡和端對端網(wǎng)絡，同時也介紹了sinkholes和HELLO flood攻擊，我們簡要地介紹攻擊傳感器網(wǎng)絡的這兩類攻擊。
　　sinkholes攻擊-根據(jù)路由算法技術，sinkholes攻擊設法誘使幾乎所有通往衰竭節(jié)點的數(shù)據(jù)，在對方中心創(chuàng)造一個“污水池”。例如，攻擊者可能欺騙或重放一個虛假信息給通過衰竭節(jié)點的一條高質(zhì)量路線。如果路由協(xié)議使用一個端到端承認技術來核實路線的質(zhì)量，一個強有力的laptop類攻擊者可能供給一條特高品質(zhì)路線，以單跳方式提供足夠的能量到達目的地，就象早期的rushing攻擊。因為sinkholes攻擊意味很大數(shù)量的節(jié)點，他們能夠引起許多篡改交通流通的其他攻擊，例如有選擇性的向前。我們應該提及傳感器網(wǎng)絡由于自身的特別通信范例，對這類攻擊是特別脆弱的，所有節(jié)點必須發(fā)送感知數(shù)據(jù)到一個接收節(jié)點。因此，一個減弱的節(jié)點只有提供一條唯一優(yōu)質(zhì)路線給接收節(jié)點，為了感應潛在的大量節(jié)點。

　　sinkholes攻擊是很難防范的，特別是在集成的路由協(xié)議，結(jié)合數(shù)據(jù)信息例如剩余能量。另外，geo-路由協(xié)議作為抵抗sinkholes攻擊眾所周知，因為它的拓撲結(jié)構(gòu)建立在局部信息和通信上，通信通過接收節(jié)點的實際位置自然地尋址，所以在別處誘使它創(chuàng)造污水池變得就很困難了。

　　HELLO flood攻擊-這類攻擊對他們的鄰居節(jié)點發(fā)送多數(shù)路由協(xié)議必需的hello數(shù)據(jù)包。收到這樣數(shù)據(jù)包的節(jié)點也許假設，它在發(fā)送者的范圍內(nèi)。Laptop類攻擊者在網(wǎng)絡中能寄發(fā)這種數(shù)據(jù)包到所有傳感器節(jié)點，以使他們相信減弱的節(jié)點屬于他們的鄰居。這導致大量的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包到這個虛構(gòu)的鄰居。傳感器網(wǎng)絡中的幾個路由協(xié)議，例如directed diffustion ，LEACH，and TEEN [2]，易受這類攻擊，特別是當 hello包包含路由信息或定位信息進行交換。一種簡單的方式減少hello泛洪攻擊是驗證鏈接是否是雙向的。然而，如果攻擊者有一臺高度敏感接收器，一個信任的接收節(jié)點為了防止hello攻擊，對每個節(jié)點來說也許只選擇有限的鄰居節(jié)點。

        解決方法：SPINS安全框架協(xié)議-SPINS提出用于優(yōu)選的二個傳感器網(wǎng)絡安全協(xié)議框架，即SNEP和μTESLA。SNEP通過一個鏈接加密功能實現(xiàn)加密作用。這個技術在發(fā)送者和接收者之間使用一個共有的計數(shù)器，建立一個一次性密鑰的接收器防止重放攻擊并且保證數(shù)據(jù)新鮮。SNEP也使用一個信息驗證代碼保證兩方認證和數(shù)據(jù)完整性。μTESLA是TESLA的優(yōu)化形式，是為嚴格地提供被證實的廣播環(huán)境的一個新的協(xié)議。μTESLA需要在廣播節(jié)點和接收器之間實現(xiàn)寬松同步。
　　INSENS-INSENS是在傳感器網(wǎng)絡中通過修造傳感器節(jié)點和接收節(jié)點之間多個重復道路以繞過中間惡意節(jié)點提供闖入寬容的路由協(xié)議。另外，INSENS也限制了DOS類型泛洪攻擊，同時防止錯誤路由信息或其他控制信息克服sinkholes攻擊。然而，INSENS存在幾個缺點，最重要的是接收節(jié)點應該容錯，并且它不應該在休息時被攻擊者與網(wǎng)絡的其余節(jié)點隔離分開。

　　二、密鑰管理發(fā)布
　　雖然“密鑰管理”在保證機密和認證方面是重要的，但它在無線傳感器網(wǎng)絡中仍然存在著很多未解決的問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
　　密鑰前配置：在傳感器網(wǎng)絡設計安裝前，由于未知的物理拓撲結(jié)構(gòu)，predeployment密鑰被考慮作為唯一的實用選擇密鑰分發(fā)給相應的可信賴選項。然而，傳統(tǒng)密鑰配置計劃在無線傳感器網(wǎng)絡是不合適的，安裝的密鑰在每個節(jié)點要么是單一任務密鑰，要么是一套分離的n-1密鑰，與另一個私下配對分享。實際上，所有傳感器節(jié)點的捕獲都會危及整個網(wǎng)絡的安全，因為在傳感器捕獲偵查上有選擇性的密鑰撤銷是不可能的，反之在每個傳感器節(jié)點成對的密鑰分配解決需要存儲和裝載n-1個密鑰[3]。當使用超過10000個傳感器時，由于資源局限先前描述了，這就變得不切實際了。此外，因為直接的點對點通信是僅在數(shù)量極少的鄰近節(jié)點之間完成的，分享在所有兩個傳感器節(jié)點之間的私用密鑰是不能再用的。
　　共享密鑰發(fā)現(xiàn)：另一個富有挑戰(zhàn)性問題是每個節(jié)點在它分享至少一把密鑰的無線通信范圍內(nèi)需要發(fā)現(xiàn)一個鄰居。 因此，只有當他們分享一把密鑰時，鏈接存在兩個傳感器節(jié)點之間。一種好的共享密鑰發(fā)現(xiàn)方法不應該允許攻擊者知道其在每兩個節(jié)點之間的共有密鑰。

　　道路密鑰確立：對于不共享密鑰和以多跳方式連接的任一對節(jié)點來說，需要被分配道路密鑰來保證端到端的安全通信。道路鑰匙應該是與中介節(jié)點不成對地共享鑰匙，這一點很重要。

　　除了這些問題之外， 在傳感器網(wǎng)絡中密鑰管理還面對其他重要富有挑戰(zhàn)性問題，例如當可利用的密鑰過期時，能量效率重建密鑰機制，以及最小密鑰建立延遲。