Eschenauer随机密钥预分配方案(E-G方案)原理及分析

Eschenauer随机密钥预分配方案(E-G方案)原理及分析

Eschenauer和Gligor提出的随机密钥预分配方案(简称E-G方案)是无线传感器网络(WSN)中一种重要的密钥管理方案。该方案旨在解决WSN中节点资源受限和通信环境复杂带来的安全挑战。

E-G方案原理

E-G方案主要包含三个阶段：

1. 密钥预分配阶段:

部署前，部署服务器首先生成一个包含大量密钥(总数为P)的密钥池和相应的密钥标识。每个节点从密钥池中随机选取k(k << P)个不同的密钥。这种随机预分配方式使得任意两个节点有一定概率拥有共享密钥。

2. 共享密钥发现阶段:

节点部署后，两个相邻节点可以通过交换密钥标识来判断是否拥有共享密钥。如果存在共享密钥，则随机选择其中一个作为双方的配对密钥；否则，进入下一阶段。

3. 密钥路径建立阶段:

如果两个相邻节点没有共享密钥，则可以通过与其他拥有共享密钥的邻居节点进行多跳路由，最终建立一条双方共享的密钥路径，实现安全通信。

E-G方案分析

优点:

• 高效性: 节点只需存储少量密钥即可实现较高的网络连通概率。
• 灵活性: 密钥预分配不需要节点的先验信息，例如位置信息、连通关系等。
• 分布式: 密钥协商过程不需要中心节点(Sink)参与，具有良好的分布式特性。

案例分析:

假设一个拥有10000个节点的WSN，为了保证网络几乎保持连通，每个节点只需要从包含100000个密钥的密钥池中随机选择250个密钥即可。

结论:

E-G方案作为一种经典的随机密钥预分配方案，有效解决了WSN中资源受限和安全通信问题，为WSN的广泛应用提供了重要的安全保障。