Purpose– The paper aims to address wireless sensor network (WSN) security by proposing new cluster-based mobile key management scheme (CMKMS). The growing demands of WSNs in variety of real-time and mission-critical applications increase the challenges in terms of energy efficiency, security and mobility. The security is important to avoid malicious attacks and improve the energy efficiency, while mobility helps to improve the reachability of network. The CMKMS algorithm focuses on the management and maintenance of keys under cluster-based mobile WSN network. Design/methodology/approach– The paper studied the related work in the area of key management and compared the different key management algorithms according to the technique used. The comparative study shows that the available key management algorithms are efficient in terms of security, but they are not scaleable enough to the changing conditions of network and do not work efficiently under node mobility. The research uses cluster-based approach for improving scalability, where cluster head (CH) acts as a key manager. The work developed by considering both static and mobile CH. Findings– The CMKMS considers two phases, first for key maintenance which establishes the two private keys, home key for own cluster and foreign key when node moves from one cluster to another. The second phase maintains the keys when CH moves from one cluster to another. The proposed algorithm improves the efficiency of key management algorithm in terms of security, mobility, energy efficiency and scalability of network. The simulation of scheme in different realistic situation shows that proposed solution shows less computational overheads, energy consumption and delay as compared with state-of-art solution. Research limitations/implications– The research is validated using computer-based simulation, which limits the testing of research by considering external environmental conditions. Therefore, research can be further test using WSN test bed. Practical implications– The research address the issues in key management, developed the scaleable, and node mobility supportable key management algorithms, for addressing the demands of growing WSN applications. Originality/value– This paper accomplish the security of WSN using scaleable and mobility-supported key management algorithms

چکیده

هدف: در این مقاله، با پیشنهاد یک شِمای مدیریت کلید متحرک مبتنی بر خوشه (CMKMS) ، مسئله‌ی امنیت در شبکه‌ی حسگر بی‌سیم(WNS) را بررسی و حل‌وفصل می‌کنیم. افزایش رو به رشد تقاضا برای شبکه‌های حسگر بی‌سیم در بسیاری از اپلیکیشن های بلادرنگ و اپلیکیشن هایی که دارای مأموریت بحرانی می‌باشد، باعث شده تا چالش‌هایی برحسب بهره‌وری انرژی، امنیت و پویایی در این شبکه‌ها پدید آید. به منظور اجتناب از حملات و بهبود بهره‌وری انرژی، باید مسئله‌ی امنیت را مهم تلقی کرد، در حالی که قابلیت پویایی یا تحرک می‌تواند در دسترسی‌پذیری به شبکه مفید و کمک ساز باشد. الگوریتم CMKMS بر ری مدیریت و حفظ کلید تحت یک شبکه‌ی حسگر بی‌سیم سیار مبتنی بر خوشه متمرکز می‌باشد. طراحی/اسلوب‌شناسی/روش:در این مقاله به مطالعه‌ی فعالیت‌های مربوطه در حوزه‌ی مدیریت کلید پرداخته شده است و الگوریتم‌های مختلف مدیریت کلید را بر اساس تکنیکی که در آنها بکار گرفته شده است مورد مقایسه قرار داده است. این مطالعه‌ی مقایسه‌ای نشان میدهد که الگوریتم‌های موجود برای مدیریت کلید از نظر امنیت کارآمد می‌باشند ولی به‌اندازه‌ی کافی برای وفق پذیری در شرایط متغیر شبکه مقیاس‌پذیر نبوده و تحت شرایط تحرک و پویایی گره‌ها، عملکرد کارآمدی از خود نشان نمی‌دهند. در این پژوهش، از یک روش مبتنی بر خوشه به منظور بهبود مقیاس‌پذیری استفاده شده است که در آن، از سرآیند خوشه به عنوان یک مدیر کلید استفاده شده است. کاری که در این مقاله توسعه داده شده است، هر دوی سرآیندهای پویا و ایستا را در نظر می‌گیرد. یافته‌ها: در CMKMS، دو فاز در نظر گرفته شده است که فاز اول برای نگهداری کلید بوده و در این فاز دو کلید خصوصی تحت عناوین کلید خانه برای خود خوشه و کلید خارجی برای زمانی که گره از یک خوشه به خوشه‌ای دیگر می‌رود تعریف شده است. دومین فاز، در زمان حرکت سرآیند خوشه از یک خوشه به خوشه‌ای دیگر، اقدام به نگهداری کلیدها می‌کند. الگوریتم پیشنهادی باعث بهبود بهره‌وری الگوریتم مدیریت کلید برحسب امنیت، قابلیت پویایی، بهره‌وری انرژی و مقیاس‌پذیری شبکه گردیده است. شبیه‌سازی شِما در شرایط واقعی مختلف نیز نشان میدهد که راهکار پیشنهادی ما از سربار رایانشی، مصرف انرژی و تأخیر کمتری در مقایسه با راهکارهای مدرن برخوردار می‌باشد. الزامات و محدودیت‌های پژوهشی: این پژوهش، با استفاده از یک شبیه‌سازی کامپیوتری مورد ارزیابی قرار گرفته است که متأسفانه این شبیه‌سازی باعث محدود شدن تست ها و آزمون‌های پژوهشی می‌گردد، چرا که فقط شرایط محیطی بیرونی در شبکه را در نظر می‌گیرد. بنابراین این پژوهش را می‌تواند با استفاده از بستر تست شبکه‌ی حسگر بی‌سیم نیز مورد آزمون قرار داد. الزامات عملی: این پژوهش، مسئله‌ی مدیریت کلید را مورد بررسی و حل‌وفصل قرار داده است و الگوریتم‌های مدیریت کلید را با قابلیت پشتیبانی از مقیاس‌پذیری و تحرک گره را برای پاسخ به تقاضای رو به رشد به اپلیکیشن های WSN ارائه داده است. اصالت و ارزش: در این مقاله، امنیت شبکه‌ی حسگر بی‌سیم با استفاده از الگوریتم‌های مدیریت کلید با قابلیت پشتیبانی از تحرک و مقیاس‌پذیری برقرار شده است.

1-مقدمه

شبکه‌ی حسگر بی‌سیم(WSN) را می‌توان شبکه‌ای متشکل از گره‌های حسگر دانست که با استفاده از کانال رادیوئی با هم ارتباط برقرار می‌کنند. امروزه از شبکه‌ی حسگر بی‌سیم در کاربردهای بلادرنگ و با مأموریت بحرانی زیادی استفاده می‌شود ( ژآئو و همکاران 2007). استفاده از شبکه‌ی حسگر بی‌سیم در کاربردهایی با مأموریت‌های بحرانی می‌تواند نیازمندی جدیدی را برای کاربرد این شبکه‌ها ایجاد نماید. این نیازمندی‌ها، شامل نیازمندی امنیتی و قابلیت تحرک ( پویایی) می‌باشد...