自組網是由無線節(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議的設計是自組網安全中一個重要的研究課題，自組網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; 分簇; 預密鑰分發(fā); 安全性

自組網[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。盡管自組網很容易快速部署和方便地移動，但是這種網絡與生俱來的弱點(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。為保證自組網絡安全運行，節(jié)點間的通信應加密，重要的網絡數據需認證。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。在傳統(tǒng)網絡中使用的基于可信第三方的密鑰分配協議[3]也不適用于自組網絡。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。