Simple and flexible random key pre-distribution schemes for wireless sensor networks using deployment knowledge

Abstract

KABLOSUZ DUYARGA AĞLARI Ç N KONUŞLANDIRMA B LG S KULLANILANBAS T VE ESNEK, RASTLANTISAL ÖN YÜKLEMEL ANAHTAR DAĞITIMŞEMALARISinan Emre TAŞÇIÖZETDuyarga düğümleri genellikle değişik alanlara belirli bir tipteki veriyi algılamakmaksadıyla dağıtılan küçük, düşük enerjiyle çalışan ve pil gücü zayıf elektromekanikcihazlardır. Hafızaları ve sayısal hesaplama kabiliyetleri kısıtlı olduğundan dolayı açıkanahtarlı şifreleme sistemleri (PKC) duyarga düğümlerinin güvenliğini sağlamak içinkullanılmaya uygun değildir. Açık anahtarlı şifreleme sistemlerinin yerine özel(tek) anahtarlışifreleme teknikleri tercih edilmektedir fakat duyarga düğümlerinin hafıza kısıtlarından dolayıhala özel anahtarlı şifreleme sistemlerinin kullanımıyla ilgili sorunlar mevcuttur. Bir duyargadüğümüne yüklenebilecek anahtar sayısı o düğümün eldeki hafıza miktarı tarafından belirlenirve özel anahtarlı şifreleme yöntemlerinin kullanılmasını da sınırlandırır. Böylelikle birduyarga düğümüne dağıtılan anahtar sayısını azaltabilecek yeni anahtar dağıtımmekanizmalarına ihtiyaç ortaya çıkmaktadır.Duyarga düğümlerinin hafıza sorunlarının üstesinden gelebilmek için rastlantısal önyüklemeli anahtar dağıtım mekanizmaları önerilmiştir. Bu mekanizmalar duyarga ağlarınıngüvenliğinin sağlanmasında genel kabul görmüşlerdir. Basit olarak bu mekanizmalar her birduyarga düğümüne yüklenen anahtar sayısını azaltmaya çalışırken aynı zamanda duyargaağlar için kabul edilebilir seviyede güvenlik sağlamaya çalışmaktadırlar.Şu ana kadar önerilen rastlantısal ön yüklemeli anahtar dağıtım mekanizmalarının bazıeksiklikleri vardır. Bazıları çok karmaşık, bazılarının ise uygulaması çok zordur. Önerilenmekanizmaların uygulanabilir olanlarının gerçek dağıtım senaryoları düşünüldüğünde gerçekdışı kabullenmeleri mevcuttur. Bu tezde uygulanması ve dağıtılması kolay rastantısal önyüklemeli anahtar dağıtım mekanizmaları önerilmektedir.Bu tezde öncelikle genel bir ön yüklemeli anahtar dağıtım şeması önerilmiştir. Dahasonra bu genel mekanizmanın üzerine bina edilmiş üç rastgele ön yüklemeli anahtar dağıtımmekanizması önerilmiş, bunların simülasyon neticeleri sunulmuş ve literatürde iyi bilinenşemalarla karşılaştırmaları yapılmıştır. Genel mekanizma dağıtım ihtiyaçlarına göre farklışemaların türetilmesine olanak tanır. Ayrıca basit, kolaylıkla dağıtılabilen, kabul edilebilirbağlantı oranı ve dayanıklılık sağlayan mekanizmalar önerir.

SIMPLE AND FLEXIBLE RANDOM KEY PRE-DISTRIBUTION SCHEMES FORWIRELESS SENSOR NETWORKS USING DEPLOYMENT KNOWLEDGESinan Emre TAŞÇIABSTRACTSensor nodes are tiny, low-power and battery constrained electromechanical devicesthat are usually deployed for sensing some type of data in different types of areas. Because oftheir memory and computational restrictions, public key cryptography (PKC) systems are notsuited for sensor nodes to provide security. Instead, private key cryptography is preferred tobe used with sensor networks and there has been considerable work in this area, but there stillexist problems with private key cryptography because of memory restrictions of sensor nodes.Number of keys that can be deployed into a sensor node is determined by the availablememory of that node which is limited even private key cryptographic techniques are applied.So, new key distribution mechanisms are required to decrease number of pairwise keys thatare deployed into a sensor node.Random key pre-distribution mechanisms have been proposed to overcome memoryrestrictions of sensor nodes. These mechanisms are widely accepted for sensor networksecurity. Simply, these schemes try do decrease the number of keys to be deployed in eachsensor node in a sensor network and provide reasonable security for the sensor network.Random key pre-distribution schemes proposed until now have some deficiencies.Some of these schemes are too complicated and too difficult to be applied. Schemes that seemdeployable involve unrealistic assumptions when real world scenarios are considered. In thisthesis, we propose random key pre-distribution mechanisms that are simple and easilydeployable.In this thesis, we first developed a generalized random key pre-distribution scheme.Then we proposed three random key pre-distribution mechanisms based on this generalizedscheme and we provided their simulation results and their comparison to well-known randomkey pre-distribution schemes in the literature. Our generalized scheme allows differentsystems to be derived according to deployment needs. It offers simple, easily deployabledistribution mechanisms and provides reasonable connectivity and resiliency with respect toits simplicity.