Розподіл ключів у бездротових сенсорних мережах методом випадкового вибору каналу
DOI:
https://doi.org/10.31861/sisiot2026.1.01020Ключові слова:
бездротові сенсорні мережі, розподіл ключів, випадковий вибір каналу, генератор випадкових чисел, криптозахистАнотація
В статті розглядається можливість застосування методики розподілу ключів в безпровідній сенсорній мережі по аналогії із методом квантового розподілу ключів. Передбачається, що безпровідна сенсорна мережа створена з використанням апаратного забезпечення яке дозволяє використовувати, наперед визначених N каналів зв’язку в сеансі розподілу ключів, з усіх можливих (Nmin ≤ N ≤ Nmax). Ініціалізацію процедури розподілу ключів розпочинає ведучий пристрій/центральний вузол. У визначений час ініціатор переходить в режим передачі, а ведені пристрої в режим прийому. Ведучій пристрій формує k посилок двійкового коду (пів-байт, байт) кількість яких визначена наперед. Кожна посилка передається по випадково вибраному каналу nTX з діапазону N. Ведені пристрої приймають дані посилки по випадковому вибраному каналі nRX з діапазону N. На основі отриманих посилок ведучі та ведені пристрої формують ключ для обміну даними в парі. Алгоритм формування ключа є наступним: ведений пристрій вибираючи випадково канал прийому із послідовних k посилок з яких є кількість співпадінь каналів q, з достовірними даними (nTX = nRX). Решта (k – q) прийнятих посилок є недостовірні, тому що містять випадкові дані (неспівпадіння каналів nTX ≠ nRX). Ведений пристрій передає ведучому пристрою двійкову посилку із послідовністю номерів каналів власного прийому. Ключ шифрування-дешифрування для пари ведучій-ведений формується на основі q достовірних посилок які також визначає ведучий пристрій із отриманої посилки послідовності каналів прийому. Криптографічна стійкість згенерованого ключа залежить від кількості прийнятих посилок q, що містять достовірні дані, заданої кількості каналів N веденого пристрою мережі, а також від кількості каналів ідентифікованих потенційним зловмисником. Розглянуто методи програмної та апаратної реалізації даного алгоритму, та проведено аналіз експериментальних результатів використання запропонованого алгоритму.
Завантажити
Посилання
H. Zhang, M. Zhang, T. Qin, W. Wei, Y. Fan, and J. Yang, “An Energy Consumption Optimization Strategy for Wireless Sensor Networks via Multi-Objective Algorithm,” Journal of King Saud University – Computer and Information Sciences, vol. 36, no. 1, p. 101919, 2024.
L. Eschenauer and V. D. Gligor, “A Key-Management Scheme for Distributed Sensor Networks,” in Proceedings of the 9th ACM Conference on Computer and Communication Security (CCS 2002), ACM, Nov. 2002, pp. 41–47.
S. N. F. M. A. Antony and M. F. A. Bahari, “Implementation of Elliptic Curves in the Polynomial Blom Key Pre-Distribution Scheme for Wireless Sensor Networks and Distributed Ledger Technology,” Journal of Sensor and Actuator Networks, vol. 12, no. 1, Art. no. 15, 2023.
A. Perrig, R. Szewczyk, J. D. Tygar, V. Wen, and D. E. Culler, “SPINS: Security Protocols for Sensor Networks,” Wireless Networks, vol. 8, no. 5, pp. 521–534, 2002.
U. Gulen, A. Alkhodary, and S. Baktir, “Implementing RSA for Wireless Sensor Nodes,” Sensors, vol. 19, no. 13, p. 2864, 27 Jun. 2019.
S. Md. Habibullah, S. Alam, S. Ghosh, A. Dey, and A. De, “Blockchain-Based Energy Consumption Approaches in IoT,” Scientific Reports, vol. 14, no. 1, Art. no. 28088, 15 Nov. 2024.
C. H. Bennett and G. Brassard, “Quantum Cryptography: Public Key Distribution and Coin Tossing,” in Proceedings of the IEEE International Conference on Computers, Systems and Signal Processing, Bangalore, India, 1984, pp. 175–179.
B. Zan and M. Gruteser, “Random Channel Hopping Schemes for Key Agreement in Wireless Networks,” in Proc. IEEE 20th Int. Symp. Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Tokyo, Japan, Sept. 2009, pp. 1–5.
IEEE, IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks (IEEE 802.15.4-2020), 2020.
P. M. Shpatar, B. S. Nichyi, and S. V. Nichyi, “Key Distribution in a Wireless Sensor Network Using the Random Channel Selection Method,” in X International Scientific-Practical Conference Physical and Technological Problems of Transmission, Processing and Storage of Information in Infocommunication Systems, Chernivtsi, Ukraine, 15–17 May 2025, p. 163.
P. Shpatar, B. Nichyi, and S. Nichyi, “Study of energy efficiency of LoRa technologies in wireless monitoring networks,” International Scientific-technical journal «Measuring and computing devices in technological processes», 2024, Issue 3, pp. 166–174.
“CC2530 Zigbee Low Power Module GB2530-L,” Bossgoo.com, Xiamen Gban Electronic Technology Co., Ltd. [Online]. Available: https://www.bossgoo.com/product-detail/cc2530-zigbee-low-power-module-gb2530-44037167.html. Accessed: 1 Feb. 2026.
Texas Instruments, CC2530F32, CC2530F64, CC2530F128, CC2530F256: A True System-on-Chip Solution for 2.4-GHz IEEE 802.15.4 and ZigBee Applications, SWRS081B, Apr. 2009, revised Feb. 2011.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Безпека інфокомунікаційних систем та Інтернету речей
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
