مدیریت کلید در شبکه های حسگر بی سیم

پیشرفت های اخیر در زمینه الکترونیک و مخابرات بی سیم، توانایی طراحی و ساخت حسگرهایی با توان مصرفی پایین، اندازه کوچک، قیمت مناسب و کاربری های گوناگون را به وجود آورده است. این حسگرهای کوچک که توانایی انجام اعمالی چون دریافت اطلاعات مختلف محیطی، پردازش اطلاعات و ارسال آن ها را دارند، موجب پیدایش ایده ای برای ایجاد و گسترش شبکه های موسوم به شبکه های حسگر بی سیم شده اند. یک شبکه حسگر متشکل از تعداد زیادی گره حسگر است که در یک محیط به طور گسترده پخش می شوند. با توجه به این که ممکن است گره های حسگر در محیط های عملیاتی ناامن قرار گیرند، مخصوصا در کاربردهای نظامی، امنیت یکی از پارامترهای مهم و ضروری در این شبکه ها است. از این رو سرویس های امنیتی نظیر احراز اصالت و محرمانگی باید در این شبکه ها مورد استفاده قرار گیرند تا بتوان از عملکرد گره ها و در نهایت شبکه مطمئن بود. ارائه این سرویس ها در سطح شبکه مستلزم وجود یک زیر ساخت امنیتی بین گره های شبکه است که به شکل مناسبی کلید های مشترکی را برای احراز اصالت و محرمانگی گره ها فراهم نماید. چارچوبی که طی آن نیازمندی فوق برآورده می شود را مدیریت کلید می گویند. در چند سال اخیر روش های زیادی برای مدیریت کلید در شبکه های حسگر بی سیم ارائه شده است. اهم پروتکل های ارائه شده مبتنی بر سه روش توزیع کلید تصادفی، blom و چند جمله ای متقارن هستند. برخی از این روش ها از همبندی محلی و مقاومت مناسبی در قبال افشای کلید برخوردار هستند اما نیاز به صرف منابع زیادی در گره های حسگر دارند به طوری که استفاده از آن ها در گره های حسگر مقدور نیست. در مقابل، برخی دیگر از این روش ها از نظر مصرف منابع مناسب هستند اما با چالش های امنیتی و یا کارایی روبرو هستند. در این رساله ابتدا با بررسی و شناخت چالش های فراروی شبکه های حسگر سعی در طراحی پروتکل های مدیریت کلیدی است که قابل به کارگیری در گره های حسگر باشند و همچنین کارآمدی و امنیت آن ها در سطح قابل قبولی باشد. به این منظور، پس از شناخت مسائل پیرامون مدیریت کلید در شبکه های حسگر چارچوبی برای طراحی پروتکل های مدیریت کلید جدید ارائه می گردد و به دنبال آن چهار پروتکل با نام های skep، kelr، hkep و hkey به منظور استفاده در کاربردهای مختلف ارائه می گردد. در پروتکل های پیشنهادی با استفاده از ساختارهای منظم در گروه بندی گره ها در شبکه سعی می شود دو گره قبل از هر گونه تماس با یکدیگر از امکان تولید کلید مشترک با یکدیگر با خبر باشند. برای ارزیابی کارایی پروتکل های پیشنهادی و اهم پروتکل های در دسترس پارامترهای مختلفی از قبیل همبندی محلی، حافظه مصرفی، امنیت کلید های ارتباطی در مقابل تبانی گره های تسخیر شده و انرژی مصرفی از طریق شبیه سازی و یا اثبات ریاضی مورد مقایسه قرار می گیرند. به منظور مقایسه عادلانه پروتکل ها از نظر میزان حافظه و انرژی مصرفی در گره ها، شرایط امنیت کامل در نظر گرفته می شود. از سوی دیگر برای اینکه بتوان با یک مقایسه اجمالی کارایی پروتکل های مختلف را مشاهده نمود، با انتخاب یک گره حسگر معروف مقدار پارامترهای تأثیرگذار در کارایی پروتکل های مختلف به طور سرجمع مورد مقایسه قرار می گیرند. نتایج بدست آمده نشان دهنده کارایی مناسب پروتکل های طراحی شده، به ویژه پروتکل hkey، نسبت به سایر پروتکل های موجود است.