WSNs中基于三因素節(jié)點評估的安全認證方案

　　(3)存儲花費

　　Watro等提出的方案需要存儲公/私密鑰和系統(tǒng)參數，Wong等和Das等提出的方案需要存儲系統(tǒng)參數，而本文提出的方案需要存儲節(jié)點的信任度和系統(tǒng)參數，所以它需要占用更多的存儲空間，圖1給出了四個方案的傳感器節(jié)點存儲需求的比較。然而，隨著傳感器技術的不斷提高，傳感器節(jié)點的運算能力和存儲能力都會有較大提升。

　　(4)節(jié)點能量花費

　　節(jié)點能量花費包括計算花費和通信花費。在Watro等提出的方案中，節(jié)點需要進行對用戶請求的回復、隨機數認證、檢驗和產生和確認以及兩個公鑰的運行。在Wong等提出的方案中，節(jié)點需要進行表查詢、為產生參數而進行的哈希函數運算以及等待網關節(jié)點對用戶請求的回復。在Das等提出的方案中，節(jié)點需要進行對用戶請求的回復、時間戳認證以及為參數產生進行哈希運算。而在本文提出的方案中，節(jié)點會進行信任度計算、對用戶請求的回復和時間戳認證。此方案減少了哈希運算的能量花費，而且通過信任度計算，大大提高認證過程的安全性。

3.3 仿真實驗

　　為了評估這四種用戶認證方案的有效性，本文在NS2的仿真環(huán)境下驗證它們在有惡意節(jié)點的環(huán)境下用戶成功認證的概率。設置參數如下：用戶節(jié)點為15%，中繼服務器節(jié)點為5%，節(jié)點射頻通信距離為10，傳感器節(jié)點的最大、最小個數為100，網絡數目為400，執(zhí)行數為100。注意，85%的節(jié)點是與用戶認證的傳感器節(jié)點。圖2給出了仿真結果。從圖中可以看出，相對于其他的三種用戶認證方案，本文所提出的用戶認證方案在有惡意節(jié)點的環(huán)境下仍保持了比較高的用戶成功認證概率。

4 結語

　　無線傳感器網絡的認證技術在安全方面還存在很多的不足，同時還面臨諸多的威脅。本文提出了一種無線傳感器網絡基于三因素節(jié)點評估的安全認證方案，它引入了時間片、安全行動系數和交互頻度的輕量級的節(jié)點信任度計算方法，并與經過優(yōu)化的認證方案相結合來進行用戶認證。安全性分析、性能分析和仿真實驗的結果表明，該方案有效地提高了節(jié)點所提供信息的真實性和準確性，并且與之前的許多認證方案相比，它具有更高的安全性，很適合無線傳感器網絡。通過該方案，平衡了整個過程的能量消耗，從而更好地應對針對無線傳感器網絡的安全攻擊。未來的工作是進一步地完善該認證方案的性能，使其能夠在無線傳感器網絡中得到廣泛地應用。

參考文獻：

　　[1]向亦宏, 朱燕民. 無線傳感器網絡中高效建立干擾模型的研究[J]. 計算機工程, 2014, 40(8): 1-5.

　　[2]Watro R, Kong D, Cuti S, et al. TinyPK: securing sensor networks with public key technology[C].Proceedings of the 2nd ACM workshop on Security of ad hoc and sensor networks. Washington,USA:ACM, 2004,59-64.

　　[3]Wong K H M, Zheng Yuan, Cao Jiannong, et al. A dynamic user authentication scheme for wireless sensor networks[C].Sensor Networks, Ubiquitous, and Trustworthy Computing.Taiwan: IEEE,2006,1-8.

　　[4]Das M L. Two-factor user authentication in wireless sensor networks[J]. Wireless Communications, IEEE Transactions on, 2009, 8(3): 1086-1090.

　　[5]Chen Tienho, Shih W K. A robust mutual authentication protocol for wireless sensor networks[J]. Etri Journal, 2010, 32(5): 704-712.

　　[6]Kumar P, Choudhury A J, Sain M, et al. RUASN: a robust user authentication framework for wireless sensor networks[J]. Sensors, 2011, 11(5): 5020-5046.

　　[7]Qi Aiqin, Shen Yongjun. An authentication protocol based on Chinese remainder theorem in wireless sensor networks[C].Conference Anthology, IEEE. Lanzhou,China:IEEE, 2013,1-3.

　　[8]馬力,鄭國寧,孫朋.節(jié)點信任度模型的算法研究設計[J].計算機科學,2012, 39(B06): 81-85.

　　[9]Gu Chengjie, Zhang Shunyi, Feng Huibin, et al. A novel trust management model for P2P network with reputation and risk evaluation[C].E-Business and E-Government (ICEE).Nanjing,China:IEEE,2010,3544-3547.

　　[10]Wu Guowei, Du Zhuang, Hu Yibo, et al. A dynamic trust model exploiting the time slice in WSNs[J]. Soft Computing, 2014, 18(9): 1829-1840.

　　[11]Messerges T S, Dabbish E A, Sloan R H. Examining smart-card security under the threat of power analysis attacks[J]. Computers, IEEE Transactions on, 2002, 51(5): 541-552.

　　[12]Shah M D, Gala S N, Shekokar N M. Lightweight authentication protocol used in Wireless Sensor Network[C].Circuits, Systems, Communication and Information Technology Applications (CSCITA).Mumbai,India:IEEE,,2014:,138-143.

　　[13]Delgado-Mohatar O, Fúster-Sabater A, Sierra J M. A light-weight authentication scheme for wireless sensor networks[J].Ad Hoc Networks, 2011, 9(5): 727-735.

　　[14]Yu Yanli, Li Keqiu, Zhou Wanlei, et al. Trust mechanisms in wireless sensor networks: Attack analysis and countermeasures[J]. Journal of Network and Computer Applications,2012,35(3): 867-880.

　　[15]Lee C C, Hsu C W. A secure biometric-based remote user authentication with key agreement scheme using extended chaotic maps[J]. Nonlinear Dynamics, 2013, 71(1-2): 201-211.