高效传感器网络加密方案.doc
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1、-范文最新推荐- 高效传感器网络加密方案 一、引言近年来,随着无线通信、集成电路、嵌入式计算及微机电系统等技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型无线传感器开始在世界范围内出现。这些传感器具有低成本、低功耗、多功能等特点和无线通信、数据采集、信息处理、协同合作等功能。由这些微型传感器节点构成的传感器网络,能够协调地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些数据进行处理,从而获得详尽而准确的信息,将其传送到需要这些信息的用户。因此,传感器网络1是信息感知和采集的一场革命,它能够在任何时间、任何地点和任何环境条件下提供大量详实可靠的信息,因而可以
2、被广泛应用于军事斗争、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业和反恐抗灾等领域。由于传感器网络一般配置在恶劣环境、无人区域或敌方阵地中,加之无线网络本身固有的脆弱性,因而传感器网络安全2,3引起了人们的极大关注。传感器网络的许多应用(如军事目标的监测和跟踪等)在很大程度上取决于网络的安全运行,一旦传感器网络受到攻击或破坏,将可能导致灾难性的后果。如何在节点计算速度、电源能量、通信能力和存储空间非常有限的情况下,通过设计安全机制,提供机密性保护和身份认证功能,防止各种恶意攻击,为传感器网络创造一个相对安全的工作环境,是一个关系到传感器网络能否真正走向实用的关键性问题。传感器网络的研究始于2
3、0世纪90年代末期,但安全问题的研究成果近几年才陆续出现,各种安全方案413不断被提出。但由于传感器网络还未被真正地模型化和量化,无线传感器网络安全方案正处于理论研究阶段,距离实际应用和形成普遍接受的标准还相差甚远。的组织结构如下:第2节给出了无线传感器网络的安全需求;第3节全面描述了消息加密方案中有关的协议和算法;第4节详细分析了方案的安全性和效率;第5节对全文进行总结得出结论。二、无线传感器网络的安全需求传感器网络具有许多鲜明特点,如通信能力有限、电源能量有限、计算速度和存储空间有限、传感器节点配置密集和网络拓扑结构灵活多变等,这些特点对于安全方案的设计提出了一系列挑战。一种比较完善的无线
4、传感器网络解决方案应当具备如下基本特征24:机密性:传感器网络不应当向其他网络泄漏任何敏感的信息,且因密钥泄漏造成的影响应当尽可能控制在一个小的范围内,从而使得一个密钥的泄露不至于影响整个网络的安全。真实性:节点身份认证或数据源认证在传感器网络的许多应用中是非常重要的。在传感器网络中,攻击者极易向网络注入信息,接收者只有通过数据源认证才能确信消息是从正确的节点处发送过来的。完整性:在通信过程中,数据完整性能够保证接收者收到的信息在传输过程中没有被攻击者篡改或替换。新鲜性:为防止攻击者进行任何形式的重放攻击,我们必须保证每条消息是新鲜的。简单地说,新鲜性是指发送方传给接收者的数据是在最近时间内生
5、成的最新数据。扩展性:传感器网络的可扩展性表现在传感器数量、网络覆盖区域、生命周期、时间延迟、感知精度等方面的可扩展极限。因此,给定传感器网络的可扩展性级别,安全解决方案必须提供支持该可扩展性级别的安全机制和算法,来使传感器网络保持良好的工作状态。可用性:传感器网络的安全解决方案所提供的各种服务能够被授权用户使用,并能够有效防止非法攻击者企图中断传感器网络服务的恶意攻击。同时,安全性设计方案不应当限制网络的可用性。三、基本协议协议中所用到符号的意义:表示x在集合N中随机地选取,分别表示两个不同的碰撞自由的单向散列函数(如MD5和SHA-1),表示字符串连接操作符,表示使用秘密密钥Ki对消息M进
6、行加密,表示使用密钥Ki生成M的消息认证码。1.会话密钥建立协议在传感器网络中,一个完整的会话密钥建立过程通常包括三个阶段,即密钥预分发、单跳密钥发现和多跳密钥建立。(1)基站产生n个密钥及其对应的标识符(),这些密钥和标识符形成一个密钥池P,即其中ki为基站生成的密钥,IDi为密钥ki对应的标识符。(2)基站从n个密钥中随机选出r个密钥,组成某个传感器节点A的密钥环RA,并将密钥环加载到A的存储器中,即:其中IDAi为密钥kAi对应的标识符。基站保存每个传感器节点的密钥环(包括r个密钥及其对应的标识符)。(3)传感器节点A计算与基站共享的密钥KBA并将其加载到存储器中。其中,IDB表示基站的
7、身份标识。至此,密钥预分发阶段结束,该阶段保证了簇内任意两个节点能够以某一概率在各自的密钥环上找到双方共享的会话密钥。(4)传感器网络配置时,节点A被随机或者特定地散布在指定的感知区域内。在簇形成过程结束后,它广播一个信息:*表示节点A所在簇内的任意节点,LA表示节点A的位置信息。(5)收到该信息的所有节点将确信它在节点A的传输范围内,即二者在同一个簇中,并通过遍历其密钥环,检查是否存在与A广播的密钥标识符集相交的元素。假定节点C在其密钥环上发现存在与A标识符集相交的元素IDAC,则证明节点C与A共享有与IDAC对应的会话密钥KAC。于是,节点C返回给A一响应消息:(6)A使用共享会话密钥KA
8、C对响应消息进行解密,确信其密钥环与节点C有交集。单跳密钥发现过程使得节点能够通过广播消息的方式,找到簇内与其共享有密钥环上某个会话密钥的节点。在单跳密钥发现过程结束后,节点A保存已找到共享实体的密钥,并将密钥环上其余密钥删除。(7)对于簇内尚未与A建立共享密钥的节点来说,可以通过如下过程生成会话密钥。假定节点D在单跳密钥发现过程结束后,仍未与节点A建立共享密钥,但它找到与节点C共享的会话密钥KDC,且节点A与节点C也共享有密钥KAC。此时,A发送一个挑战信息给节点C在对其进行身份认证后,该信息包含A和D共享的密钥KAD及A的位置信息LA(8)节点C解密消息,并将其使用密钥KDC对消息再次加密
9、后转发给节点D:(9)节点D验证挑战消息的合法性,并发送一个响应信息给节点A:其中,nonce是一个随机数,LD是节点D的位置信息。(10)节点A使用共享密钥KAD对响应消息进行解密,确信与D共享的密钥已经建立。在多跳密钥建立过程结束后,簇内任意两个节点之间都共享有一个会话密钥。2.消息加密协议传感器网络中的会话密钥建立后,任意两个节点之间即可遵循消息加密协议进行安全通信。(1)假定节点A需要与节点C进行通信,他首先计算加密密钥Ke和认证密钥Km:(2)节点A使用加密密钥、认证密钥和计数器C对消息M进行加密并将其发送给节点C,发送的消息格式如下:(3)节点C收到A,发送来的消息后,重新根据共享
10、密钥KAC来计算Ke和Km,并验证消息的合法性。三、性能分析1.安全性分析节点A和C在会话过程中,使用了共享密钥KAC对消息进行了加密,节点C和D、D和A在会话密钥建立时也采取了相应的共享密钥加密的方法,使得攻击者无法获知传输消息的内容,因而机密性得到了保证。由于通信双方共享唯一的会话密钥,该会话密钥具有与数字签名相似的身份认证功能,接收者可以通过数据源认证确信消息是从正确的节点处发送过来的,从而确保了消息的真实性。消息认证码要求将共享密钥和待检验的消息连接在一起进行散列运算,根据散列函数的强无碰撞特性,对数据的任何细微改动都会对消息认证码的值产生较大影响,从而能够有效地防止攻击者对截获的信息
11、进行篡改,保证了消息的完整性。本方案将计数器信息包含在待加密消息中,共享密钥加密确保了攻击者无法获知和篡改计数器的信息,计数器的内容又能使接收者确信收到的数据是在最近时间内生成的最新数据,即消息是新鲜的。在本方案中,会话过程不需要基站的参与,认证密钥和加密密钥可由通信双方根据共享的会话密钥自主地计算,从而有效地降低了基站的工作负荷,避免基站成为网络通信的瓶颈,这使得方案具有很好的可扩展性。由于引入了认证密钥、加密密钥和计数器,本方案具备了身份验证、消息保密和内容保鲜等诸多功能,并能够有效防止各种攻击(如重放攻击),从而使得其可用性大大提高。2.效率分析在构建传感器网络加密方案时,我们充分考虑到
12、节点计算速度、电源能量、通信能力和存储空间非常有限的特点,会话密钥建立协议和消息加密协议都设计得比较简单,参与各方在通信过程中需要传输的内容尽可能地少,并采取科学的分簇方法,合理确定簇的规模,确保通信的质量,减少因节点通信能力有限造成会话失败的机率。同时,本方案避开了代价昂贵的公钥运算,通过引入对称密钥、散列算法和计数器,来达到公钥基础设施的类似功能,并通过减少会话步骤、简化计算方法来降低节点的工作负荷,从而使得整个方案的计算、存储和通信开销都非常小,大大提高了方案的执行效率。四、结论提出了一种传感器网络中的加密方案,该方案不需要基站的参与,认证密钥和加密密钥可由通信双方根据共享的会话密钥自主
13、地计算,因而具有良好的可扩展性;方案在加密过程中使用了计数器和消息认证码,从而较好地满足了传感器网络的安全需求。同时,考虑到传感器节点计算速度、电源能量、通信能力和存储空间非常有限的实际情况,方案中有关的协议和算法设计得都比较简单,并使用对称加密算法来代替了代价昂贵的公钥算法,从而使得方案的各种开销都比较小,执行效率大大提高。为了进一步促进我市计划生育技术服务工作的健康发展,有效调动全体医护人员的工作积极性,充分发挥现有技术服务资源的综合作用,增强市计划生育技术指导站活力,最大限度地满足广大育龄群众的生殖健康需求,特制定本方案。一、指导思想以决定和计划生育技术服务管理条例精神为指针,以开展生殖
14、保健服务为契机,进一步解放思想、转变观念,充分发挥计划生育技术指导站在全市计划生育技术服务中的龙头作用,提高计划生育技术服务和管理水平,促进计划生育技术服务工作向深入开展,实现社会效益和经济效益的双丰收。二、改革内容按照社会主义市场经济规律的要求,分别对市技术指导站的用人机制、管理机制、分配机制进行改革,达到更新服务观念、增强服务功能、提高队伍素质的目的。(一)用人机制改革全面推行以竞聘上岗制为主要内容的用人机制改革,有效提升计划生育技术服务队伍素质。1、定岗定员按照科室设置和工作需要确定竞聘岗位及人数。具体确定为:门诊室:医生3人;住院处:医生3人、护士4人;超室:医生1人;化验室(优生试验
15、室):化验员1人;药局:药剂员1人;男性保健门诊:医生1人。2、竞聘上岗(1)、竞聘条件:在市技术指导站从事技术服务的工作人员必须具备执业医师资格方可参加竞聘。(2)、竞聘程序:申请:符合竞聘条件的技术服务人员对拟竞聘岗位提出书面申请。资格审查:由市计生局对提出申请的技术服务人员竞聘资格进行审查,对符合竞聘条件的技术服务人员名单和拟竞聘岗位上榜公布,接受群众审查。竞聘方法:采用理论笔试、实际操作和群众评议相结合的方法进行综合打分,对参与竞聘的技术服务人员择优录用。所有竞聘人员的考试成绩统一张榜公布。(3)聘任时限:为了保证工作的连续性,技术指导站技术服务人员每三年进行一次竞聘。3、职称晋升技术
16、指导站已具备晋升职称资格的技术服务人员在三年内要完成职称晋升任务,不具备晋升职称资格的要加强学习,争取职称尽早晋升。鼓励技术服务人员积极参加技能培训和业务进修,不断提高自身工作能力和业务素质,对不思进取的技术服务人员将调离现工作岗位或予以分流。4、管理考核:对已聘任技术服务人员实行岗位责任制、以效计酬制和考核评估制,采取平时抽查、半年初评、年末全面考评的方法,全方位进行考核评估。对年度考核不称职者予以警告,连续两年不称职者予以解聘。(二)管理机制改革采取综合措施,强化市技术指导站的规范化管理。1、以制度规范行为建立健全值班、交接班制度、入、出院工作制度、医嘱制度、病历书写制度、护理工作制度、查
17、房制度、病案管理制度、医疗管理、统计制度、急诊室工作制度、抢救室工作制度、手术室工作制度、注射室工作制度、分娩室工作制度、化验室工作制度、超室工作制度、住院处工作制度、病房管理制度等工作制度和推行承诺服务管理细则、市技术服务工作人员管理考核细则等管理制度,严格以制度规范行为,实行规范化管理。对违反制度的技术服务人员予以警告、罚款、留用察看直至开除。2、全面推行目标管理根据市技术指导站工作性质和各科室岗位工作要求,市技术指导室要与所属各科室、各科室与所属技术服务人员分别签订年度目标管理责任状,细化、量化工作指标,明确岗位职责,把责任落实到人头。技术服务人员完成当年目标管理责任状的情况与评定年终考
18、核档次和晋级、调资、发放福利等待遇挂钩。3、严格执行操作规程技术服务人员实施技术服务中要严格执行技术服务操作规程,杜绝医疗事故的发生。对违反操作规程造成不良后果的,视情节轻重分别给予罚款、留职查看、辞退等处罚。4、强化医德医风建设在市技术指导站开展争做“新时期最可爱的人”活动,树立敬业爱岗、服务群众、钻研业务、乐于奉献等良好医德医风。推行承诺服务,技术人员接待群众要热情,解答政策要耐心。对群众反映服务态度不好、服务不到位的技术服务人员,一经查实,扣发当月工资;对利用职权私自开药、留药、卖药、收费不开处方的,查实后视情节轻重予以扣发当月工资或开除处理。(三)分配机制改革引进经济管理手段,把技术服
19、务人员的业绩与工资待遇结合起来,充分调动技术服务人员的工作积极性。1、核定经济指标根据市技术指导站现有医疗设备、技术人员的实际情况,以科室为单位科学核算服务量,制定经济指标。核算方法为:各科室当年经济指标基数该科室最近三年总经济收入的年平均值。年技术指导站经济指标总数为30万元,各科室具体经济指标如下:门诊室:7万元;住院处:18万元;超室:3万元;化验室(优生试验室):1万元;男性保健门诊:1万元。2、签订经济指标责任状在核定年度经济指标的基础上,科室与技术服务人员签订年度经济指标责任状。签状后,技术指导站技术人员每月只开基础工资,其余部分作为当年抵押金,待年终视经济指标完成情况进行发放。3
20、、奖励与处罚年终完成经济指标的技术服务人员,当年抵押金全部返还本人,并对其完成经济指标后超额部分按五五分成进行经济奖励,在技术服务站评优、评模、晋级时予以优先考虑。年终未完成经济指标的技术服务人员,其未完成部分经济指标用本人当年抵押金补齐。如补齐后抵押金尚有结余,则将余额返还本人;如抵押金不能补齐经济指标差额,所缺部分向其本人收取。对连续三年完不成经济指标的技术人员,进行为期一年的留用察看,期间只开70%的基础工资;如在一年留用察看期中仍完不成经济指标的,予以辞退。三、几点要求1、要加强对技术指导站改革工作的领导,为技术指导站改革创造良好的条件。2、做好舆论宣传和思想发动工作,切实转变技术服务
21、人员思想观念,动员技术服务人员积极参与。3、要有组织地对技术服务人员进行学历教育和业务培训,提高技术服务人员的综合素质和工作能力。4、积极探索增强技术指导站活力的新经验,在实践中不断加以完善,确保技术指导站改革取得成效。计划生育服务站企划方案小胥老师 巩固发展省卫生城市成果,是创建国家卫生城市的基础,也是全面建设小康社会、构建和谐*的内在要求。我市自20*年3月重新确认为省卫生城市已经4年,按照省级卫生城市每4年复审一次的要求,今年我市将迎接再次复审,并且是按照20*年新修订的省卫生城市(县城)标准的第一次复审。根据市委、市政府统一部署,特制定本工作方案。一、总体要求省卫生城市(县城)考核鉴定
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