摘 要

随着现在的无线通信技术的飞速发展，无线传感网络（WSN，Wireless Sensor Network）已经成为人们长期追求能够随时随地获取物体信息和方便快捷的操控物体的快捷服务的基础，无线传感网络也是物联网工程的最低传输介质，它由大量的具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等多功能的且成本低廉的传感器节点通过自组织构成。近年来无线传感网络在智能电网、车联网、无线体域网、军事、医疗、环保、智能家庭等诸多领域均表现出非常可观的应用前景,并因此受到学术界和工业界的高度重视。由于大多数用户对无线传感网络的安全性要求较高，而目前的无线传感网络有着节点计算能力较弱，资源携带能力较差，大多数传统的安全机制和安全协议难以直接应用于无线传感网络，因此有必要设计合适无线传感网络的安全性方案。

本文主要是对在无线传感网络中使用密码学中的秘密共享技术对网络中的敏感信息加密保护进行了深入的研究，研究内容包括：将秘密共享中的shamir门限技术和ZigBee无线传感网络进行结合，在ZigBee协议栈中设计shamir门限技术对无线传感网络获取的敏感信息进行加密过程与解密过程。在进行深入分析和研究的基础上，取得了如下研究成果：

1.针对加入无线传感网络的终端传感节点进行计数，然后根据加入此协调器的终端节点总数，选取一个合适的门限值K。

2.对于终端节点获取的敏感信息，协调器进行加密，而且分布式存储到与其连接的周围的节点中，当攻击者捕获了其中的一部分节点的信息，但是也不能获取到这个敏感信息的真实内容。

3.对于协调器需要此加密后的敏感信息时，它只需要获取大于门限值K个终端节点存储的X、Y信息后也可以破解此敏感信息。无线传感网络的容错率更好。

关键词：无线传感网络 秘密共享 分布式存储 ZigBee通信

abstract

With the rapid development of wireless communication technology now, wireless sensor networks (WSN, Wireless Sensor Network) has become a long-term pursuit to base to obtain fast service object information and convenient manipulation of objects in the minimum transmission medium whenever and wherever possible, the wireless sensor network is networking project, which is composed of a large number of sensor nodes with wireless function communication, data acquisition and processing, cooperation and low cost by self organization. In recent years, wireless sensor networks in smart grid, car networking, wireless body area network, military, medical, environmental protection, smart home and other areas showed the application prospect is very considerable, and it is highly valued by academia and industry. Since most users require a higher security of wireless sensor network, wireless sensor network has a current node calculation ability, resource carrying capacity is poor, most of the traditional security mechanisms and protocols cannot be directly applied to the wireless sensor network, it is necessary to design appropriate security scheme for wireless sensor networks.This paper is mainly on the use of secret sharing encryption to protect sensitive information in the network in wireless sensor networks is studied, the contents of the study include: the secret sharing threshold Shamir technology and ZigBee wireless sensor network with sensitive information technology in the design of Shamir threshold in ZigBee protocol stack to access wireless sensor network encryption and decryption process. On the basis of in-depth analysis and research, the following research results have been obtained:

1., the terminal sensor nodes added to the wireless sensor network are counted, and then a suitable threshold value K is selected according to the total number of terminal nodes added to the coordinator node.

2.for obtaining sensitive information of terminal nodes, the coordinator node is encrypted and distributed storage nodes connected to the surrounding, when the attacker captured some node information, but also can't get to the real content of the sensitive information.

3.when the coordinator node needs the encrypted sensitive information, it only needs to obtain more than the threshold value, and the X and Y information stored by the K terminal nodes can also be used to break the sensitive information. Fault tolerance is better in wireless sensor networks.

Keywords: wireless sensor networks, secret sharing, distributed storage, ZigBee communication

目录

第1章 绪论 - 1 -

1.1 无线传感网络背景 - 1 -

1.2 研究现状 - 2 -

1.3 研究内容及目标 - 3 -

1.3.1研究目标 - 4 -

1.3.2研究内容 - 4 -

第2章 概念 - 4 -

2.1系统模型简介 - 4 -

ZigBee系统模型 - 5 -

2.2工具简介 - 9 -

2.2.1 ZigBee - 9 -

2.2.2 IAR 嵌入式集成开发环境 - 9 -

2.2.3 烧写软件 - 9 -

2.2.4 CC2000 ZIGBEE 仿真器 - 9 -

2.2.5 串口调试助手 - 10 -

第3章设计工作 - 11 -

3.1系统模型和通讯模型 - 11 -

3.1.1系统模型 - 11 -

3.1.2 网络模型 - 12 -

3.2秘密共享技术 - 12 -

3.3 协议设计 - 13 -

3.3.1协调器流程图 - 14 -

3.3.2终端节点流程图 - 15 -

3.3.3系统整体的工作流程 - 15 -

第4章 安全性能和效率分析 - 16 -

4.1安全性 - 16 -

4.2效率分析 - 17 -

第5章 总结与展望 - 20 -

5.1总结 - 20 -

5.2 展望 - 21 -

参考文献 - 22 -

致谢 - 22 -

绪论

无线传感网络背景

1. 无线传感网络简介

无线传感网网络（WSN）是一种由大量的移动或静止的采集周围环境数据的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信技术以多跳的和自组织的方式为主的网络系统，其中，无线传感网络综合了传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术、微机电技术以及无线通信技术等，能够利用这些微型传感器以协作感知、采集、处理和传输覆盖区域内的被感知想对象的信息，然后将这些采集后的信息传送给网络使用者，让使用者实时了解被感知的对象，从而实现无处不在计算的理念。

2．无线传感网络特点

无线传感网络与传统的ad hoc网络相比具有如下独有的特点：

（1）传感器节点数量巨大，所以网络规模庞大；

（2）节点密集分布在目标区域；