基于可重构的可信SOPC平台的WSN安全系统(08-100)

　　3 系统功能

　　3.1 实现基于SPINS框架的密钥管理协议

　　本系统用硬件实现了RC5加密算法，MD5算法和随机数产生器，实现了基于SPINS框架的密钥管理协议，保证WSN网络中密钥的安全分发和节点之间的安全通信。

　　3.2 实现网络中节点的重构功能

　　以基站为中心的单跳簇网络中，基站是子网安全的瓶颈，一旦基站失效则会导致子网瘫痪。为了保证网络的稳定性和健壮性，本系统实现了节点的可重构机制，当子网基站失效后，某些节点会发生重构，代替原来的基站以保证网络稳定运行。

　　3.3 增强WSN网络内节点的抗篡改能力

　　传感器节点大都布置在非受控区域(如布置在敌方控制区域内等)，一旦节点被捕获后，内部存储的数据尤其是通信密钥泄露出去的话，会威胁整个网络的安全。本系统在保证通信安全的基础上增加了防篡改检测电路，一旦检测到敌方欲窃取里面存储的密钥等重要信息时，则立即将数据清零，从而增强了网络的安全。

　　4 系统原理与实现

　　4.1 WSN网络的原理与实现

　　本系统采用的通信协议如图5所示，DDL层以下采用IEEE802.15.4协议，网络层以上根据系统自定义通信协议。

　　图5 WSN网络通信协议

　　系统网络层协议的实现是基于XILINX公司的8位CPU软核PicoBlaze，用汇编语言编写模块控制部分，帧协议的分析用硬件实现。

　　4.2 网络节点的原理与实现

　　系统的总体设计如图7所示。系统主要由4部分构成：中心控制器，数据传输控制器，安全模块(TPM), 外围模块。

　　图6 网络节点的总体设计图

　　4.3 中心控制器

　　4.3.1 中心控制器总体结构

　　中心控制器是整个系统的控制中心，接受无线收发模块，数据采集模块,TPM模块和数据传输控制器的命令，并根据命令的内容控制各个模块之间的协调工作。

　　图7 中心控制器框图

　　4.3.2 中心控制器具体实现

　　传感器节点在不同时刻扮演不同的角色，如系统初始化过程中传感器节点需要等待四个密钥的输入，在基站工作模式下需要分发密钥协议相关包，在终端节点工作模式下需要接受密钥协议包和采集数据并且发送给基站，因此中心控制器根据节点的工作状态选择信号，重构为不同的工作模式。中心控制器的工作模式有：初始化工作模式，基站工作模式和终端节点工作模式。