Abstract
We can obtain useful information by deploying large scale sensor networks in various situations. Security is also a major concern in sensor networks, and we need to establish pairwise keys between sensor nodes for secure communication. In this paper, we propose new pairwise key establishment mechanism based on clustering and polynomial sharing. In the mechanism, we divide the network field into clusters, and based on the polynomial-based key distribution mechanism we create bivariate Polynomials and assign unique polynomial to each cluster. Each pair of sensor nodes located in the same cluster can compute their own pairwise keys through assigned polynomial shares from the same polynomial. Also, in our proposed scheme, sensors, which are in each other's transmission range and located in different clusters, can establish path key through their clusterheads. However, path key establishment can increase the network overhead. The number of the path keys and tine for path key establishment of our scheme depend on the number of sensors, cluster size, sensor density and sensor transmission range. The simulation result indicates that these schemes can achieve better performance if suitable conditions are met.
센서 네트워크는 다양한 환경에 설치되어 대상 탐지나 환경 감시 등, 유용한 정보를 제공하는데 사용될 수 있다. 이러한 센서 네트워크에서 센서 노드 간 키를 설정하는 것은 안전한 통신을 위한 가장 기본적인 요구 사항이다. 따라서 본 논문에서는 센서 네트워크에서의 효율적 키 설정을 위해 클러스터에 기반한 구조와 다항식(polynomial)을 사용한 pairwise key 설정 방법을 제안하였다. 제안한 메커니즘에서는 네트워크를 클러스터링하여 각 클러스터 별로 유일한 다항식을 할당하고, 동일 클러스터에 있는 센서들은 클러스터헤드로부터 분배받은 다항식 부분정보(polynomial share)를 사용하여 자신의 전송 범위에 있는 이웃 노드들과 pairwise key를 생성할 수 있다. 그러나 통신하고자 하는 두 센서가 서로의 전송 범위 내에 있으나 다른 클러스터에 존재할 경우 클러스터헤드를 통하여 두 센서 간의 경로키를 전송하여 공유함으로써 두 센서는 안전하게 통신할 수 있다. 경로키의 수가 많아지는 경우 오버헤드가 높아지므로 경로키 수가 적을수록 유리한데, 그 수는 클러스터의 크기, 센서 노드의 수, 센서의 전송 범위, 센서의 밀집도에 따라 다르게 나타나고 시간도 이에 따라 다르기 때문에 적절한 조건을 제공함으로써 경로키 설정을 줄일 수 있다. 따라서 적절한 클러스터 크기와 센서의 전송 범위를 고려하면 제안한 메커니즘의 효율성을 더욱 높일 수 있음을 시뮬레이션을 통해서 확인할 수 있었다.
