A Secure Transmission Scheme With Efficient and Lightweight Group Key Generation for Underwater Acoustic Sensor Networks

计算机科学 密钥生成 计算机网络 物理层 水声通信 架空(工程) 利用 信息泄露 传输(电信) 钥匙(锁) 实时计算 无线 水下 加密 电信 海洋学 操作系统 地质学 计算机安全
作者
Pan Pan,Yishan Su,G. S. Pan,Can Yuan,Xinrui Wang
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:11 (23): 37916-37927 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jiot.2024.3443407
摘要

Physical-layer-based key generation is a promising technique for enhancing the security of underwater acoustic sensor networks (UASNs) and has been widely studied in point-to-point scenarios. However, when it is extended to multiuser scenarios in UASNs, its overhead costs are high and the information transmitted is prone to leakage. In this study, a group key generation scheme called STO-GSKG is proposed to share a secret key for multiple users. The pairwise keys extracted from the acoustic channels between the cluster head and the member nodes are used to protect the distribution of group keys. Specifically, to reduce the time consumption and communication overhead required for probing channels, a spatial-temporal reuse-based channel probing method that exploits large delays of underwater acoustic (UWA) channels is proposed. Then, secret bit sequences with high consistency and strong randomness are generated using a joint design that utilizes the multipath characteristics of UWA channels and introduces time-varying channel obfuscation information. The performance of the proposed scheme is evaluated through simulation and field experiments. The results show that the STO-GSKG scheme is more effective and robust than existing methods.
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