自組網(wǎng)是由無線節(jié)點組成的不需要固定基站的臨時性的計算機通信網(wǎng)絡。以提供安全、可靠的保密通信為目標的密鑰管理方案和協(xié)議的設計是自組網(wǎng)安全中一個重要的研究課題，自組網(wǎng)的多跳通信和資源受限等固有特性使得密鑰管理面臨許多挑戰(zhàn)。該文在基于團的快速分簇算法的基礎上，提出了一種基于簇的分層密鑰預分配方案。分析表明，相比于傳統(tǒng)隨機密鑰預分配方案，新方案不僅能夠提高網(wǎng)絡的連通性，而且可以減少節(jié)點所需存儲空間。
關 鍵 詞 自組網(wǎng); 分簇; 預密鑰分發(fā); 安全性

自組網(wǎng)[1]由一些相互通信的移動節(jié)點組成，節(jié)點間的通信不需要通過已存的通信設施。在其無線通信范圍內的節(jié)點是直接通信的，而一些相隔很遠的節(jié)點間的通信要通過中間節(jié)點來傳遞消息。盡管自組網(wǎng)很容易快速部署和方便地移動，但是這種網(wǎng)絡與生俱來的弱點(如受到竊聽、偽造、拒絕服務等攻擊)使得它很容易受到惡意的攻擊。為保證自組網(wǎng)絡安全運行，節(jié)點間的通信應加密，重要的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)需認證。要達到此目的，首先必須解決密鑰分配問題，在相互通信的節(jié)點間建立會話密鑰。
由于自組網(wǎng)絡特性，不宜采用公鑰密碼[2]，應采用對稱加密算法、低能耗的認證機制和Hash函數(shù)。在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中使用的基于可信第三方的密鑰分配協(xié)議[3]也不適用于自組網(wǎng)絡。目前普遍認為可行的方法是采用密鑰預分配方案(Key Pre-distribution Scheme，KPS)，把需要的密鑰預先分發(fā)給節(jié)點。
1 相關工作
KPS有多種實現(xiàn)方法。文獻[4]提出一種隨機密鑰預分配方案R-KPS(Random Key Pre-distribution Scheme)，自組節(jié)點在部署前，從生成的密鑰池(Key Poo1)中隨機選取一定數(shù)目的密鑰子集，節(jié)點部署到指定簇后，通信雙方在各自的密鑰子集中尋找共同密鑰，每對節(jié)點協(xié)商密鑰時，只需在各自的密鑰子集中找到一個共同密鑰。在此方案基礎上，文獻[5]提出q重隨機密鑰預分配方案(q-Compositerandom Key Pre-Distribution Scheme)，如果一對節(jié)點之間要進行安全通信，則必須在各自的密鑰子集中找到至少q個共同密鑰。文獻[8]利用正交向量表快速生成cover free family，并進行密鑰預分配，同時在連通性和抗合謀兩方面取得較好的性能。文獻[9]基于LU Deco- mposition提出了計算復雜度較低的密鑰預分發(fā)策略。文獻[6]在隨機密鑰分配方案基礎上，提出一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡的利用部署和位置信息的KPS方案。本文受文獻[6]研究工作的啟發(fā)，在分簇算法的基礎上，針對自組網(wǎng)特性進行改進，消除了節(jié)點需定位的缺點，并考慮兩兩鄰居簇間不同重疊因子，提出了基于簇的隨機密鑰預分配方案(Cluster-Based Random Key Pre-distribution Scheme，CB-KPS)。網(wǎng)絡進行分簇算法后，覆蓋范圍劃分為較小的簇，節(jié)點按照所屬簇部署密鑰，在一定程度上能提高相鄰節(jié)點共享密鑰的概率。