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1. 无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，简称为WSNs）是一种跨学科技术，就是有部署在监测区域内的大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。无线传感网络有可快速部署、可自组织、隐蔽性强和高容错性的特点，这些特点为无线创赶往了赋予了广阔的应用前景。这些应用领域可以归纳为：军事、航空、反恐、防爆、救灾、环境、医疗、保健、家居、工业、商业等领域[1-10]。无线传感器网络信道完全暴露，所以其会受到窃听，硬件篡改和注入虚假信息的威胁。 因此，需要有效的安全系统来保护 WSNs 的完整性，准确性和隐私性。
许多WSNs密钥管理协议都使用对称加密技术，这需要两个相邻节点（在相互通信范围内）共享加密和解密密钥或验证它们的公共密钥。
现如今已经提出了许多不同的方法来管理 WSNs中的密钥。基本策略要求将所有密钥预先分配给节点，而不需要额外的机制或部署方案。两个基本的密钥管理方案是：
（1）普通全局密钥（plain global key，简称为PGK），其中所有节点使用相同的密钥；
（2）完全成对密钥（full pairwise key，简称为FPWK）[11-17]，其中每个节点具有每个其他节点的特定密钥，因此每个可能的链路都有自己的密钥。
虽然 PGK 的硬件开销较少，但它的安全性级别较低，这是因为俘获密钥的对手可以窃听网络中的所有链接。FPWK更安全，因为俘获密钥的对手只能窃听一个链接。然而，在大型网络的情况下，它需要大量的存储区域，因为每个节点必须存储每个其他节点的密钥。综上所述，PGK方案不能保证较高的安全级别，FPWK不适合应用于大型网络。
根据密钥管理方案的特点，可将其分到不同的种类中。例如，随机密钥分配族的特征在于私钥的预分配。每个节点保存从密钥池中随机选择的密钥环。如果两个节点拥有共享密钥，则可以通过使用共享密钥来进行加密操作，以建立安全通信（即加密和认证）。
一些密钥管理方案是专为静态网络设计的。这些方案还有一个假设：当在两个节点之间建立新的会话密钥时，其中至少有一个刚被部署。一些方案是专为静态网络而无节点添加的情形设计的。在这种情况下，假设当在两个节点之间建立新的会话密钥时，两个节点都是新部署的。静态网络密钥管理方案的一个重要分类是基于临时主密钥的。在这些方案中，所有节点都具有共享主密钥（master key，简称为MK）。每对节点使用MK作为公钥，以保护对密钥的生成（例如，节点可以使用MK来加密用于建立随机数的消息作为对密钥）。MK在超时后被擦除，但如果MK在超时之前被俘获，则会出现严重情况：在这种情况下，所有密钥都将泄露。
2.随机秘钥分配：1.两个节点只有在拥有同一个秘钥的时候才能进行通信，降低通信能力，加强单个节点被捕获之后的安全性；
2.EG 是主要的随机秘钥预分配方案，从p（pool）中随机选择r（ring）个秘钥，并且分配给每个节点。如果r的规模接近于p，每个节点都可以和它的大多数相邻节点建立共享秘钥，但是如果一个节点被捕获，相应的临节点也会被捕获；如果r数量过少，一个节点就不能和其所有的临节点通信；如果p的数量够多，那么对手在捕获一个密钥之后所能获得的连线的数量就会降低。
3．QC两个节点只有在拥有了q个共享密钥之后才可以通信，并产生了一个新的秘钥在共享秘钥串上执行哈希散列函数。在对手捕获很少的节点的时候，QC是有较强的鲁棒性的，但是被捕获多个节点后就会很脆弱。
3. global master key
1使用mk来创建无线传感器互联网络的对称密钥
2.SKKE(symmetric-key key establishment)基于一个对所有节点都可用的万能密钥MK。节点A在开始建立密钥时发送一个随机 challenge Ca，节点B 返回IDb,IDb中包含了一个新的随机数据和消息验证码（MAC），MAC中包含了一个常数K1（计算所得）和IDa，IDb，Ca，Cb，。AB两个节点都要用万能密钥MK在ID上执行哈希散列函数，来产生一个共享秘密文件。一个哈希散列函数可以通过共享秘密文件来产生两个密钥。一个密钥（MACkey）用于验证，另一个（KeyData）用于保护数据链。因此MACKey可以产生上一个message的MAC，然后A节点对MAC进行验证，并且传送个B节点一个MAC，这个MAC是由连接到另一个常数K2的相同数据产生的。
3.SKKE 并没有特殊的设定，因此可以运用于移动无线传感器网络（可增加节点但是没有配置信息）。这种方案简单且提供了很少的预配置存储，但是当MK被捕获时，安全性很低。
3.临时万能密钥使用MK来产生网络的成对密钥。临时万能密钥只在初始化阶段使用MK，之后就会删除它。这种方案是基于一种假设而存在的，这种假设是：对手捕获一个节点的时间是大于一个阶段的，所以需要在被捕获之前把MK删除。
在time-out时间后，一个节点从初始化阶段到工作阶段。一般情况下，一个节点不能再time-out后建立新的密钥，但是某些方案提供一种机制，使得新的密钥可以在一个节点处于工作期，另一个处在初始化阶段的时候建立。这种机制用于添加新的节点。
当time-out时间越长，对手越容易捕获MK，然而短的time-out减少了一个节点与其一定数量的相邻节点建立密钥的可能性，降低了连接性和效率。因此time-out代表了安全性和效率的折中，特别是在网络密集性未知的情况下。如果MK被捕获，对手可以解码所有的在初始化阶段被窃听的消息，甚至可能找出每一对成对密钥。如果密钥管理方案允许新的节点加入网络，对手可以与每个节点建立一个新的成对密钥。
LEAP 是一种临时万能秘钥的例子。LEAP 有四种类型的密钥：node to sink(individual key),sink to all nodes(global key),node to neighbor nodes(cluster key),node to node (pairwise key).这种网络的特点是不被节点所知的伪随机函数和MK。每个节点都有一个私人密钥PMK，私人密钥是由每一对节点的伪随机函数利用MK作为密钥，利用每个节点的ID作为种子产生的。在初始化阶段，成对密钥是由每一对节点的伪随机函数产生的，参数为第一个节点的PMK，和第二个节点的ID。新加入网络的节点可以用MK产生相邻节点的PMK和成对密钥。初始阶段以后，这些节点会删除所有的被用来产生最终成对密钥的密钥。
LEAP 假设网络是静止的，因此它可以被用于静止的无线传感器网络，这些网络可以增加没有配置信息的新节点
4.配置信息
用于给成对的节点分配成对密钥
5．Random Seed Distribution With Transitory Master Key Scheme（RSDTMK）基于临时万能密钥的随机种子分配
这种方式允许一个小的pool中建立大量的密钥。适合于静态无配置信息的网络。提供一种在成对的节点之间建立成对密钥的有效的机制。因此，RSDTMK提供了所有LEAP 可提供的类型的密钥，并接受LEAP 的所有机制。
- 标识和假设
p:pool中seed的数量，p增加，安全性增加，连接性下降
r：ring中seed的数量，r增加，安全性下降，连接性增加
m：置换因子（permutation factor）
f()：密钥转换函数，参数为seed，key，产生成对密钥，单向函数
t()：置换函数，参数为seed和置换因子m，产生f()所用的参数seed，可逆函数
u：置换因子的长度，m可为2的u次方，u定义了seed的排列总数的上限，增加安全性
tao：初始化时间的长度
n：网络中节点的数量
vi：i节点的临节点的数量
假设：WSN是静态的并且没有配置信息，除了sink节点均匀分配，资源足够多；对手可以窃听所有的线路（traffic），导入包（inject packets），之前的回复信息（reply older message）。对手可以捕获一个节点并获取其所有信息。
- 预分配阶段
在网络配置之前，配置这个计划的参数并且分配合适的数据给每个节点。由seed构成的Ring（从pool中随机选出）与每个节点匹配。每个节点都包含以下数据：
seed的合适的ring；
函数f(),t()
万能密钥MK
节点ID
参数u，tao
- 初始化阶段
建立成对密钥。一个节点发送hello信号，代表密钥构建过程的开始。
在这一阶段结束时，每个节点为每个没被使用的seed建立一个带有随机配置因子的新密钥，目的是让每个seed至少有一个密钥。如果有seed没有密钥，一个节点与一个新加入的节点从共有的seed中分享一个密钥的几率就降低了。因此节点i所存储的所有的密钥的数量为qi，
如果vilt;r,且每个相邻节点至少有一个不同的seed，qi=r
vigt;r，每个seed至少被一个相邻节点拥有，qi=vi
所有的的相邻节点与节点i分享相同的seed，qi=r vi-1
初始化结束后删除MK，the set of seeds，t(),f(),u,tao,，其中删除MK和seeds是为了保护网络的安全性。
在初始化阶段结束以后，一个节点不能产生新的密钥，因此它必须使用之前产生的密钥与新节点通信。
4．初始化阶段节点间的密钥建立
B节点选择的seed是被相邻节点使用的最少的seed，为了降低没被使用的seeds的数量，没使用的seed需要额外的密钥，还要去平衡每个seed产生的密钥的数量，以此来减少一个seed删除时带来的影响。
5.一个节点在初始化阶段而另一个在工作阶段的密钥建立
用于插入新节点。
工作阶段的节点没有seed组成的ring，有的是key组成的ring，每个密钥都是由原始seed的标识符标记，且key与置换因子相关。
6.其他密钥
RSDTMK也可适用于其他类型的密钥
4.评估和比较
重点在对称成对密钥。有一些规则包含了额外的信息。为了使比较更客观，确认层在评估时就不考虑。我们只考虑一个密钥达成的效果。
一些RSDTMK所用参数：
被捕获的节点的密钥的数量：q
密钥总数量：Tk=p*2的u次方
两个节点相邻的概率：Pn=v/(n-1)
两个节点不相邻的概率：Pnn=1-（v/n-1）
初始化阶段，两个seed的ring中至少有一个相同的seed的概率：
工作阶段，两个密钥的ring中有相同的密钥的概率：
- 攻击者的模式
一个攻击者可以窃听所有通信线路，所以它可以了解所有的数据通信方式。密钥建立过程为
攻击者知道所有seed的ID和m，对称密钥，函数f(),t()。但是不知道seed的具体值（SID，SIDm），对称成对密钥KIDm，MK。T()是可逆函数，f()是不可逆函数。
有以下三种威胁：
A．一个密钥被捕获，对手知道了一个密钥的KIDm
B．几个节点在工作期被捕获，对手知道了关于被捕获的几个节点的所有机密信息，除了那些在初始化阶段就被删除的信息
C．几个节点在初始化阶段被捕获，对手知道关于被捕获节点的所有信息
对手拥有某几个密钥时可以被一些节点所认证，这些节点共享被捕获的那几个密钥，对手可以窃听使用这几个密钥的节点。但是对手 不能产生新的节点，一个拥有MK和一些seed的对手是可以产生所有的基于这些seed的成对密钥。
- 抵抗能力
抵抗能力表示各种方案在某些机密信息被捕获时，所能降低损失的能力。
在某些机密信息被捕获时：
Link表示，对手在未被捕获的节点的线路上，窃听到信息的几率
Check表示，一个错误的节点能通过认证的可能性
- 一个密钥被捕获：
Two-composite random key predistribution（2C）提供最好的抵抗能力，因为至少两个密钥才能在两个节点之间通信。第二好的是FPWK，每个密钥只能被单线使用。LEAP 和SKKE也是密钥单线使用，但是不存储没被使用过的密钥，所以密钥的总数量要少。但是在不存储未使用的密钥时，LEAP 和SKKE提供最好的抵抗能力。
在RSDTMK中，如果对手捕获的密钥属于某个节点，那么这个节点就会通过对手的验证，这种几率为此节点拥有的密钥数量除以总密钥数。通过被捕获的密钥来窃听一条link的概率为总结点数分之一。 较大的u可以提升总结点数，以此来增强抵抗力。EG在p很大的时候可以提供较好的抵抗力，但此时降
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