Protocols for Secure Communication in Wireless Sensor Networks

Contents
1 Introduction 1
1.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Problem Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.4 Thesis Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Wireless Sensor Networks and Their Security 7
2.1 Applications of Wireless Sensor Networks . . . . . . . . . . . 9
2.1.1 Surveillance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1.2 Context Awareness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.3 Other Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.4 Security Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Sensor Node Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.1 Computational Resources . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.2 Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.3 Infrastructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.4 Topology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2.5 Connectivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.6 Network Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.7 Tamper Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.8 Further Assumptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Related Network Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.1 Ad Hoc Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.2 Personal Area Networks . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.3 Peer-to-Peer Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4 Related Device Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.1 Smartcards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.2 RFID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4.3 Embedded Computers . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5 Sensor Network Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.5.1 The Geometric Model of Sensor Networks . . . . . . 31