I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.   6 ,   No . 1 M ar ch   2 0 1 7 ,   p p .   2 2 ~ 3 0   I SS N:  2252 - 8814           22       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J AAS   M TKD:  An  a lg o r ith m  f o r  Multi - Ti er Key  Distri buti o n f o securing   G ro up C o m m unica tion  in  WSN       Anna pu r na   H   S 1 M .   Sid da pp a 2   1 De p o f   CS E,   S S A HE,   T u m k u r,   In d ia   2 De p a rte m e n o f   CS E,   S S IT ,   T u m k u r,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   8 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Feb   1 1 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Feb   1 9 ,   2 0 1 7       S e c u rit y   is  o n e   o f   th e   in h e re n t   c h a ll e n g e in   th e   a re a   o f   w ire les se n so r   n e tw o rk .   A p re se n t,   m a jo ro ty   o f   th e   se c u rit y   a l g o rit h m   a re   in c o rp o ra ted   w it h   m a ss iv e   it e ra ti o n o f   c r y p to g ra p h y   a we ll   a c o m p lex   m a th e m a ti c a l   m o d e ll in g   th a re su lt   in   d e g ra d a ti o n   o f   q u a li ty   o f   se rv ic e .   T h e   p re se n p a p e r   tak e th e   c a s e   stu d y   o f   g ro u p   c o m m u n ica ti o n   in   w irele ss   se n so r   n e tw o rk   a n d   in tro d u c e a   sig n if i c a n p ro to c o t h a a ss ist  in   g e n e ra ti o n   o f   jo in k e y   w it h   a n   a id   o f   u n i q u e   a n d   li g h tw e ig h c ry p to g ra p h y .   T h e   o u tco m e   o f   th e   stu d y   w a s   c o m p a re d   w it h   th e   m o st  sig n if ica n a n d   sta n d a rd   w o rk   o f   g ro u p   c o m m u n ica ti o n   to   f in d   t h a p r o p o se d   sy ste m   is  in   a d h e re n c e   o f   ti m e   a n d   sp a c e   c o m p le x it y .     K ey w o r d :   Gr o u p   C o m m u n icatio n   Ke y   Ma n a g e m e n t   P air w is Ke y   Dis tr ib u tio n   W ir eless   Sen s o r   Net w o r k   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   H. S An n ap u r n a   d ep ar tm e n t o f   C o m p u ter   Scie n ce   &   E n g g i n er in g   Sri  Sid d h ar th A ca d e m y   o f   Hi g h er   E d u ca tio n ,   T u m k u r ,   I n d i a.       1.   I NT RO D UCT I O N   W ir eless   s e n s o r   n et w o r k ( W S N)   ,   co n ce r n ed   t h a w ar e n es s   o f   t h e x p lo r s ec tio n s   o t h er   th e n   t w o   d ec ad es  o w i n g   to   its   p r o b ab le   b en ef it  in   o b s er v th r e m o t d ata  an d   in h er en is s u es  i n   th p r o ce d u r e.   T h d ata  th at  f lo w s   i n   a m o n g   th s en s o r   n o d es i n   w ir eles s   s e n s o r   n et w o r k   co n s is t o f   p h y s icall y   ca p tu r ed   d ata  f r o m   th r ea d in g s   o f   s e n s o r s ,   m o b ile  co d e,   s ec u r it y   u s i n g   k e y   m an a g e m e n tech n iq u e s ,   an d   l o ca tio n   in f o r m atio n   o f   th s e n s o r   n o d es.  O w in g   to   th les s er   a m o u n o f   o b tain ab l o f   co m p u tatio n a o r ig in   i n   th m in ia tu r s e n s o r   n o d es  an d   w ir ele s s   co m m u n i ca tio n   s o ca il,  w s n   en d u r f r o m   p r o b ab le  s ec u r it y   th r ea a s p ec [ 1 ] .   T h er ar e   b asicall y   t w o   t y p es  o f   at tack s   in   s en s o r   n et w o r k   e. g .   ac ti v an d   p ass i v e   attac k s   [ 2 ] .   T h m alicio u s   n o d es  ca n   en h a n ce   th eir   attac k in g   ca p ab ilit ies   b y   in tr u d in g   th e   p r iv at in f o r m at io n   f r o m   m o b ile   c o d es  as  w el as   b y   ac ce s s i n g   t h in f o r m atio n   p er tain i n g   to   th p o s itio n i n g   o f   th n o d es  [ 3 ] .   Usi n g   v ar i o u s   ea v esd r o p p in g   tech n iq u e,   it  is   p o s s ib le  f o r   th m al icio u s   n o d to   in co r p o r ate  m al icio u s   p r o g r a m m es  o n   th m o b ile  co d e   an d   th er eb y   s p r ea d in g   t h m al icio u s   m o b ile  co d in   th e n ti r n et w o r k .   T h m alicio u s   n o d ca n   also   u s th e   p o s itio n   i n f o r m atio n   to   id e n ti f y   t h b est   n o d to   in v o k e   t h eir   attac k s   t h er eb y   p o ten t ial l y   m a k i n g   s ec u r it y   b r ea ch .   O w in g   to   t h w ir ele s s   m ed i u m   o f   co m m u n icatio n   i n   w ir ele s s   s en s o r   n et w o r k ,   it  is   v er y   c h alle n g in g   task   to   id en ti f y   t h m al icio u s   n o d es  an d   d esig n   s ec u r it y   p o licy   to   d en y   th ac ce s s   in   th n et w o r k .   T h m alicio u s   n o d es  ar q u ite  c ap ab le  en o u g h   to   ac ce s s   t h e   e n tire   n et w o r k   u s i n g   p o ten t ial  co m p u ter s   a n d   s o p h is ticated   co m m u n icatio n   eq u ip m e n ts .   T h m al icio u s   n o d es  ca n   also   s ee d   th e m s el v es  in   th e   n et w o r k   en v ir o n m e n w i th o u e v en   g et tin g   ca u g h [ 4 ] .   I is   s aid   t h at  s in k   i s   co n s id er ed   as  th m o s t   r eliab le  co r o f   th e   w ir ele s s   s en s o r   n et w o r k   t h at  s to r es  s ig n i f ica n i n f o r m atio n   a b o u th s ec u r it y   p r o to co ls ,   r ea d in g s   o f   s en s o r s ,   an d   r o u tin g   i n f o r m atio n .   T h es ar v er y   cr itical  i n   g r o u p   co m m u n icatio n .   I n   s m all  s ca le  s en s o r   n et w o r k ,   it  is   ea s ier   to   ca p tu r th d ata,   p r o c es s   it,  an d   f o r w ar d   to   s i n k .   B u t   in   r an d o m   a n d   d y n a m ic  n et wo r k   o f   lar g s ize,   i t   u s u all y   d o n g o   b y   s i n g le  h o p   co m m u n icatio n .   T h n o d es  ar f o r m u lated   i n   g r o u p s ,   w h er ea c h   g r o u p   m e m b er   in ter ac t s   w i th   o th er   g r o u p   m e m b er   to   f o r w ar d   t h p r o ce s s ed   d ata  f r o m   o n to   an o t h er   p o in t.  T h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       MT K D:   A n   a lg o r ith fo r   Mu lti - Tier   K ey   Di s tr ib u tio n   …  ( A n n a p u r n a   S )   23   p r o ce s s   o f   d ata  ag g r eg atio n   co m p letel y   f ail s   w ith o u g r o u p   co m m u n icatio n .   He n ce ,   it  is   v e r y   i m p o r tan th a r o b u s s ec u r it y   tec h n iq u to   b d ev elo p ed   to   ad d r ess   t h s e cu r it y   is s u es  in   g r o u p   co m m u n icatio n   s y s te m   i n   w ir ele s s   s en s o r   n et w o r k .   C r y p to g r ap h y   [ 5 ]   is   t h m o s f r e q u en tl y   ad o p ted   tech n iq u to   in co r p o r ate  s ec u r it y   w h ile  p er f o r m in g   g r o u p   co m m u n icat io n   i n   w ir eles s   s en s o r   n et w o r k .     Ho w e v er ,   co n v en t io n al   cr y p to g r ap h ic  al g o r ith m s   li k e   SH A ,   A E S,  al th o u g h   h a v g o o d   s ec u r it y   f ea t u r es,  b u th e y   s u f f er s   f r o m   li m ita tio n s   to o .   A d o p tin g   cr y p to g r ap h ic  tech n iq u e   also   h av v ar io u s   li m ita tio n s   to o   e. g .   i)   it  c an   e n s u r a n   e f f ec tiv e   k e y   m a n a g e m e n t,  b u ca n n o j o in tl y   e n s u r t h e   co m m u n icatio n   p er f o r m a n ce   o f   t h lar g s ca le  n et w o r k ,   e s p ec iall y   t h ti m e   cr itical   ap p licatio n s   in   w ir eles s   s en s o r   n et w o r k ,   ii)  cr y p to g r a p h ic  p r o to co ls   w o r k s   i n   r ec u r s iv m an n er   w ith   v ar io u s   iter ativ an d   co m p lex   s tep s   o f   en cr y p tio n s   an d   t h er eb y   t h e y   g i v es  r i s to   b o th   ti m an d   s p ac co m p le x it y ,   w h ile   w o r k i n g   o n   s ec u r e   gr o u p   k e y   m an a g e m en tech n iq u e s ,   iii)  ad o p tio n   o f   cr y p to g r ap h ic  tech n iq u e m p h a s ize  m u ch   o n   k e y   g en er atio n   b u n o m u c h   o n   en s u r s ec o n d   la y er   o f   p r o tectio n   o f   th g en er ated   k e y   i n   ca s o f   d if f er en ad v er s ar ial  ac tiv it ies,  iv )   t h co n v e n tio n al  m ec h an i s m   o f   b r o ad ca s tin g   o f   t h en cr y p ted   k e y s   ( as  m o b ile   co d e)   ca n   b o v er h ea r   b y   t h e   m alicio u s   n o d e.   Hen ce ,   k ee p in g   al t h ese  i s s u es  in   m i n d ,   th p r esen p ap er   in tr o d u ce s   a   tech n iq u o f   s ec u r g r o u p   k e y   co m m u n icatio n .   Sectio n   2   d is c u s s es a b o u t t h p r io r   r esear ch   w o r k   f o llo w ed   b y   b r ief   d is c u s s io n   o f   p r o b lem   id en ti f icatio n   in   S ec tio n   3 .   Sectio n   4   d is cu s s e s   ab o u th p r o p o s ed   s y s te m   f o llo w ed   b y   ill u s tr ate d   d escr ip tio n   o f   d esig n   p r in c ip les  in   Sec tio n   5 .   A l g o r ith m   i m p le m en ta tio n   i s   d is cu s s ed   in   Sect io n   6   f o llo w e d   b y   r e s u lt d is c u s s io n   i n   Secti o n   7 .   Sectio n   8   s u m m ar izes t h p ap er .       2.   RE L AT E WO RK     T h s tu d y   to w ar d s   s ec u r g r o u p   co m m u n icatio n   i s   m o r th a n   a   d ec ad o ld   an d   t h er ar v ar io u s   tech n iq u es   th a h a v b ee n   i n t r o d u ce d   b y   t h v ar io u s   r esear ch er s .   T h is   s ec tio n   d is cu s s e s   s o m o f   t h r ec en t   s tu d ie s   f o u n d   in   s tan d ar d   r esear ch   m a n u s cr ip th at  f o cu s e s   o n   i)   s ec u r g r o u p   co m m u n icatio n   a n d   ii)  k e y   d is tr ib u tio n   m ec h an i s m .   C h ei k h r o u h o u   et  al.   [ 6 ]   h av i n tr o d u ce d   p r o to co f o r   en s u r in g   s ec u r g r o u p   co m m u n ica tio n   o v er   r in g   b ased   to p o l o g y   o f   w ir eles s   s e n s o r   n et w o r k .   T h au t h o r s   h a v d is cu s s ed   th eir   o u tco m e s   c o n s id er in g   s to r ag e   co s w h ich   w a s   f o u n d   to   b ef f icie n co m p ar ed   to   ex is tin g   tech n iq u e.   Ho w e v er ,   th li m ita tio n   o f   th s t u d y   i s   th d ep en d en c y   o f   k e y   s to r ag o f   s ize  1 6 0   b its   u s in g   ellip t ical  cu r v cr y p to g r ap h y .   B ec h k i et  al.   [ 7 ]   h av e   in tr o d u ce d   p r e - d is tr ib u tio n   o f   k e y s   f o r   en s u r in g   n et w o r k   s ca lab ilit y .   T h ad v an ta g o f   th p r o to co w as  it s   eq u al  k e y   r i n g   s ize   an d   li m i ta tio n   o f   th e   s c h e m w as   n o n - v o latile  n at u r o f   th e   s e s s io n   k e y   s h ar i n g   w h ic h   is   n o t a ct u all y   r esil ie n t   ag ai n s m an y   leth a l a ttac k s   in   w ir eles s   s e n s o r   n et w o r k s .   Kh a lid   et  a l.  [ 8 ]   h as j o in tl y   u s ed   co m b i n ato r ial  an d   tr av er s al  d e s ig n   p r in cip le  f o r   p er f o r m i n g   s ec u r d is tr ib u tio n   o f   k e y s .   T h s t u d y   also   b ea r s   th li m i tatio n   o f   h i g h er   d ep en d en c y   o f   s ec r et   k e y   w h ic h   i s   n o s ec u r ed .   Mo r eo v er   th e   s y s te m   i s   o n l y   r esil ie n t   ag ain s n o d ca p tu r attac k   a n d   n o f o r   o th er   ty p es  o f   attac k s .   Mi  et  al.   [ 9 ]   h av e m p h asiz ed   o n   p o s itio n in g   o f   th s ec r et  k e y s   w h ile  p er f o r m   d is tr ib u tio n   u s in g   Glo b al  P o s i tio n in g   S y s te m ,   w h ich   i s   a n   e x p en s iv p r o ce s s   o f   in co r p o r at in g   s ec u r it y .   Oli v eir et  al.   [ 1 0 ]   h av p r o p o s ed   t ec h n iq u o f   p air i n g   b a s ed   en c r y p tio n   o n   r ea l - ti m e   m o tes.  A lt h o u g h   t h k e y   s ize  in   3 8 6   b its   in   R A M,   th er is   f u r t h er   p r o b ab ilit y   o f   m i n i m i zin g   t h s ize.   Su c h   k e y - s ize  is   n o co m p a tib le  f o r   h ig h er   iter ati o n s   o r   f o r   lar g s ca le  w ir eless   s e n s o r   n e t w o r k .   San c h ez   et  al.   [ 1 1 ]   h av p r o p o s ed   s ec u r it y   p r o to co f o r   w ir ele s s   b o d y   ar ea   n et w o r k .   A lt h o u g h   th s ch e m e n ab les  f lex ib ili t y   i n   d ec r y p tio n   o p er atio n ,   th s ec u r it y   o f   t h g e n er ated   k e y   is   n o m u c h   e m p h asized .   Mo r eo v er ,   th p r o ce s s   s u f f er s   f r o m   r ec u r s i v r o u n d s   o f   en cr y p tio n .   B ellaz r eg   an d   B o u d r ig [ 1 2 ]   h av p r esen ted   k e y   m a n a g e m e n t   tech n iq u to   e n s u r s ec u r g r o u p   k e y   s tr u ct u r a s   w ell   as  to   ad d r ess   n ee d   o f   d y n a m ic  t u n n e lin g .   T h e   ad v an ta g o f   th i s   s c h e m i s   r eg u lar   u p d ates  o f   k e y s   an d   th li m ita tio n   o f   t h s ch e m is   it  s u p p o r ts   o n l y   o n e - tu n n el  p er   g r o u p   f o r   en ab lin g   co m m u n icatio n .   T h s c h e m also   d o esn ex p licit l y   d is c u s s   ab o u th ti m a n d   s to r ag co m p lex it y .   Mo r ch o n   et  al.   [ 1 3 ]   h av p r o p o s ed   co s t - e f f ec ti v p r ed is tr ib u tio n   o f   k e y s   th a p r o v id es  id en tit y - b ased   s ec u r it y   in   w ir eless   s e n s o r   n et w o r k .   On ad v an ta g o f   t h s c h e m is   it  i s   in d ep en d en o f   a n y   in ter ac tio n   p r o ce s s   to   g e n er at o r   au th e n ticate   k e y s .   Ho w e v er ,   th e   o u tco m e   w as   test ed   w it h   v er y   les s   s ize  o d ata  an d   m a y   n o b ap p licab le  in   m u lti - h o p   co m m u n icat io n   o f   k e y s .   W an g   et   al.   [ 1 4 ]   h av p r o p o s ed   p r ed is tr ib u tio n   p o lic y   co n s id er in g   h ex a g o n a g r id s   co n s is t in g   o f   g r o u p s   an d   k e y s .   Mie t tin en   et  al.   [ 1 5 ]   h av e   p r esen ted   s ec u r it y   p r o to co b y   in co r p o r atin g   a n   a u th e n tic ated   p air in g   s y s te m   b ased   o n   k e y   co n tex t.  F u r tak   an d   C h u d zik ie w icz  [ 1 6 ]   h av u s ed   as y m m etr ic  k e y   p air   as  w el as  elec tr o n ic  s i g n atu r e   to   p r o v id s ec u r e   au th e n tica tio n   i n   w ir ele s s   s e n s o r   n et w o r k .   Xi  et  al.   [ 1 7 ]   h av p r esen ted   k e y   esti m at in g   p r o ce s s   th at  i s   d o n e   in   f aster   m a n n er   a s   co m p ar e d   to   attac k er .   Ho w e v er ,   v ar io u s   attac k er   h a v v ar io u s   p atter n s   o f   g en er ati n g   attac k s ,   th e   au th o r s   h a v n o d is cr ete  m en t io n ed   t h n a m es  o f   t h at tack .   Mo r eo v er   th e   o u t co m e s   o f   t h s t u d y   w er n o f o u n d   to   b b en ch m a r k ed .   Hen ce ,   it  ca n   b s ee n   t h at  th er ex i s v ar io u s   s ec u r it y   p r o to co ls   in   th r esear c h   p ap er s   w it h   ad v an ta g es  a n d   li m itat io n s .   T h p r i m tr ad e - o f f   f o u n d   in   all   th s tu d y   i s   d ep en d en c y   o f   b r o ad ca s tin g   t h k e y .   W co m m en t h at  b r o ad ca s tin g   o f   th k e y   i s   v er y   s en s iti v o p er atio n   an d   is   h ig h l y   p r o n to   ca p tu r if   p r o p er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S   Vo l 6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   201 7 :    23     31   24   en cr y p tio n   s c h e m i s   n o i m p le m en ted .   An o t h er   tr ad e - o f f   f o u n d   i s   m aj o r it y   o f   t h s c h e m e   is   b ased   o n   en h a n ce m en o f   co n v e n tio n al  cr y p to g r ap h ic  s c h e m w i th   le s s   n o v elt y   i n   m at h e m atica ap p r o ac h es.  T h th ir d   tr ad e - o f f   s ee n   i n   all  t h s t u d ie s   ar ab o u th k e y   s ize s ,   w h ic h   is   1 2 8 ,   2 1 6 ,   1 6 0 ,   o r   5 1 2   b its .   A lt h o u g h   th k e y   s izes  s ee m s   to   b s m aller   b u as  m aj o r ity   o f   t h ex i s ti n g   ap p r o ac h es  s to r es  th i s ,   g r o s s l y   t h e   s izes  o f   th m a tr i x   h o ld in g   th k e y s   b ec o m e s   e v e n tu a ll y   lar g er .       3.   P RO B L E M   I DE NT I F I CA T I O N   T h s u g g est  s y s te m   is   m o s tl y   t h m a tter   co n n ec ted   w ith   co n s er v ati v k e y   m a n ag e m e n m et h o d   ap p r o p r iate  in   W SN.  Fo r   a n   ef f ec ti v k e y   m an a g e m en m et h o d ,   th s tr u ct u r s h o u ld   m a k ce r tai n   ex p o n en t iall y   s u p er io r   lev el   o f   r esil ie n c y ,   co n f lict,  a n d   r e v o ca tio n .   T h b r ief   d is cu s s io n s   o n   t h id e n ti f ied   p r o b lem s   ar e:   a.   W o r k   to w ar d   p r ev en tio n   s y s te m   is   m o r i m p o r tan co m p ar ed   to   w o r k   to w ar d s   d etec tio n   s y s te m .   W h atev er   i s   t h p atter n   o f   atta ck ,   u s u a ll y   th e   attac k er   co m p r o m is n o d an d   it   eit h er   p er f o r m   a   r ep lica  o f   co m p r o m i s ed   n o d o r   it  its el f   p ar ticip ate  in   d ata  d i s s e m i n atio n   p r o ce s s .   T h n o d es  ar u s u all y   r ep r esen ted   b y   n o d I D,   f o r   w h ic h   r ea s o n ,   it  b ec o m es  d i f f ic u lt  f o r   th o th er   n o d to   u n d er s tan d   th o r ig in atio n   p o in t o f   attac k .     b.   T h ad v er s ar y   ca n   a ls o   g e n er ate  co llu d i n g   attac k s .   Hen ce ,   wh en   t h s e n s o r   n o d es e x ec u te  d is tr ib u tio n   o f   th eir   k e y s ,   t h eir   n e g o tiatio n   n e ar   n o d es ( if   an y )   u lti m ate l y   co m es c o n ce r n i n g   t h k e y - i n f o r m atio n   c.   n o d i n   n et w o r k   i s   co n ce s s io n   th at   it   e s co r ts   to   s u s ce p tib ilit y   e f f ec o t h er   n o d es  to o .   T h e   co m p r o m is ed   s e n s o r   n o d s h o u ld   n o t d is clo s a n y   p r iv a te  in f o r m atio n   o f   t h o th er   n o d es.   d.   Su p er io r it y   o f   th p r ese n ted   s y s te m   is   f le x ib ilit y   to w ar d s   p r ec is f o r m   o f   at tack s .   He n ce ,   w h e n   t h attac k   s ce n ar io   ch a n g e s ,   th s o lu tio n   to   th w ar th attac k   is   n o   lo n g er   ap p licab le.   Hen ce ,   t h er is   n ee d   o f   s y s te m   t h at  i n tr o d u ce s   a   tech n iq u f o r   cir cu m v e n ti n g   m aj o r ity   o f   t h let h al  attac k s   to w ar d s   k e y   m an a g e m e n t sc h e m es i n   w ir el ess   s e n s o r   n et w o r k .           4.   M UL T I - T I E R   K E D I S T RI B UT I O I W SN   T h m o d el  is   co i n ed   as  MT KD  i.e .   Mu l ti - T ier   Ke y   d i s tr ib u tio n   m ec h a n i s m   th a is   m a in l y   d esi g n e d   to   in co r p o r ate  h ig h er   lev e o f   s ec u r it y   m ec h a n is m   i n   k e y   m an a g e m e n d u r i n g   d ata  ag g r eg atio n   i n   w ir eles s   s en s o r   n et w o r k   as  w ell  a s   to   p er f o r m   g r o u p   co m m u n icatio n .           S i m u l a t i o n   P a r a m e t e r s   o f   W S N N o d e   I D T i m e   S t a m p P r e l o a d e d   k e y s K e y   P o o l   D e s i g n F o r m u l a t i o n   o f   G r o u p s S e t   C o n d i t i o n   f o r   g r o u p   c o m m T i e r - 1 T i e r - 2 T i e r - 3 T i e r - n S i n g l e   H o p M u l t i H o p N o d e   I n d e x e r   P a r a m K e y   M a n a g e m e n t   J o i n t   k e y C h e c k   T i m e   &   S p a c e   C o m p l e x i t y S H A - 2 / M D 5 K e y   V o l a t i l i t y R e f r e s h   U s e d   J o i n t   k e y s A p p l y   S e t   T h e o r y     Fig u r 1 .   P r o p o s ed   M T KD  Sc h e m a       Fig u r e . 1   h i g h l ig h ts   th s ch e m o f   t h p r o p o s ed   s y s te m   c o n s id er in g   v ar io u s   r a n g e s   o f   attac k s   e. g .   No d C ap tu r A ttac k ,   Den ia l - Of - Ser v ice,   T u n n el in g   A t ta ck ,   S y b i attac k .   S u p p o r ted   b y   e m p ir ical  a n d   m at h e m a tical  m o d ellin g ,   t h p r o p o s ed   s y s te m   e n s u r es   co m p lete  s ec u r it y   o f   g r o u p   co m m u n ica tio n   f o r   lar g e   s ca le  w ir ele s s   s e n s o r   n et w o r k .   T h elab o r ated   d is cu s s io n   o f   Fig u r 1   an d   its   m at h e m atica l   s tr ateg ies  is   d o n e   w it h   r esp ec t to   d esig n   p r in cip l es in   n ex s ec tio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       MT K D:   A n   a lg o r ith fo r   Mu lti - Tier   K ey   Di s tr ib u tio n   …  ( A n n a p u r n a   S )   25   5.   DE S I G P RINC I P L E   O F   M T K D   T h d esig n   o f   th p r o p o s ed   M T KD  m o d el  is   co m p lete l y   b as ed   o n   th n o v el  m at h e m atica ap p r o ac h   th at  i n itiate s   b y   co n s id er in g   t w o - d i m e n s io n al  m atr ix   o f   s i n g le - tier   o f   ar ch itectu r d esi g n s   ( K P ,   S N ) ,   w h er e   K P   is   th s et  o f   k e y   i n d ex er s ,   w h ile  S N   is   t h m o te  th a t c o n s is t o f   s p ec if i k e y   in d e x e r   f r o m   K P .   T h in d ex er s   w il co n s i s ts   o f   m ai n l y   th r ee   in f o r m at io n   i.e .   n o d I D,   ti m s ta m p ,   p r elo ad ed   k ey .   T h p r o ce s s   o f   k e y - allo ca tio n   a n d   g i v i n g   m at h e m atica l   s h ap is   n o t   ea s y   as   i is   q u ite  p o s s ib le  t h at  e v er y   s en s o r   n o d es  h av e   d if f er e n n u m b er   o f   k e y s .   H en ce ,   to   ea s o f f   th co m p u tatio n ,   MT KD  co n s id er s   eq u al  n u m b er   o f   k e y   d is tr ib u tio n   in   e v er y   s e n s o r   n o d es.  I ap p lies   s et  th eo r y   to   m ap   th e   k e y   p o o ls   an d   it s   as s o ciate d   r elatio n s h ip   w it h   s ec u r k e y - m an a g e m en ts .       K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 K 7 K P =   K 1 +   K 2 +   K 3 +   K 4 K 8 K Q =   K 5 +   K 6 +   K 7 +   K 8 K P   K Q = { K 4 ,   K 8 } K P K Q     Fig u r 2 .   Set  T h eo r etica R ep r esen tat io n   o f   Ke y   P o o ls       T h ab o v Fig u r e 2   s h o w s   t h co n d itio n   o f   th e   k e y - d i s tr ib u t i o n   s c h e m e   in   MT KD  as  w ell  as  f i n d i n g   th j o in t - k e y   to   en ab le  s ec u r ed   g r o u p   co m m u n icatio n .   I t   s h o w s   th a t w o   k e y - p o o ls   K P   {=K 1 +K 2 +K 3 +K 4 an d   K Q   {=K 5 +K 6 +K 7 +K 8 f o r   P TH   g r o u p   an d   Q th   g r o u p   in   w ir ele s s   s e n s o r   n et w o r k ,   wh ich   h a s   t h eir   o w n   in d iv id u al  k e y s .   T h s y s te m   f o r m u lates   co n d itio n   o f   K P ∩K Q   to   e x tr ac t   th e   j o in k e y   th at   i s   r eq u ir ed   to   p er f o r m   g r o u p   co m m u n ica tio n .     He n ce ,   t h f o r m u lat io n   o f   j o in k e y   i s   K J =   K P ∩K Q.   T h co n d it io n   s tate s   th at  an y   s e n s o r   n o d o f   P TH   g r o u p   w ill  b ab le  to   p e r f o r m   co m m u n icat io n   w it h   o th er   s en s o r   n o d o f   Q th   g r o u p   w ill  r eq u ir to   h a v K ( s u c h   t h at  K J 0 ) .   I n   t h i s   p r o ce s s ,   t h s e n s o r   n o d es  w ill  b r o ad ca s o n l y   th eir   in d ex er s .   B ased   o n   th e   m o d el lin g ,   MK T d esi g n s   a n   al g o r ith m ,   w h ic h   i s   v er y   s i m p le  a n d   y et  u n iq u e,   to   b r u n n i n g   i n   s en s o r   m o te.   T h s y s te m   w il en ab le  th o n n o d in   P TH   g r o u p   to   esti m at j o in k e y   K J   w it h   o th er   n o d in   Q th   g r o u p .   I n   th is   ex a m p le,   th j o in k e y   i s   K 4   an d   K 8 ,   w h ich   i s   ag a in   s u b j ec ted   to   en cr y p tio n   alo n g   w it h   t h i n d ex er s   o f   t wo   n o d es  σ P   an d   σ Q.   O n i n te r esti n g   f ac o f   s ec u r it y   i s   t h at   as  K 4   a n d   K 8   ar u n iq u e,   h en ce   p er f o r m i n g   co n ca ten atio n   o f   t h e m   w il l a l s o   y i eld   u n iq u v alu e.   T h m ec h a n is m s   w il l   al s o   t h ad j ac en n o d es  in   p r o x i m it y   o f   tr an s m i tti n g   n o d es  to   ev al u ate  t h co m m o n   i n d ex er s   b et w ee n   n o d in   P TH   g r o u p   an d   n o d in   Q th   g r o u p   as  w el as  in d e x er s   o f   th e ir   j o in k e y   to o .   T h ad v an tag o f   th is   m ath e m at ical   m o d ell in g   i s   t h at  a s   t h ad j ac en t   n o d ca n n o p o s s es   b o th   t h k e y   in f o r m at io n   ( K 4   a n d   K 8 )   s o   it  is   n ea r   to   i m p o s s ib le  to   g u e s s   t h co n ca t en ated   v al u es  o f   b o th   t h k e y s   ( K 4   an d   K 8 ) .   T h is   p r in cip le  en s u r es  t h at  e v en   a   leg iti m ate  m e m b er ,   w h o   is   n o th tr an s m i tti n g   ( o r   clu s te r h ea d )   n o d ca n   p o s s es  t h j o in k e y   K J   at  an y   in s ta n ce   o f   ti m e.   Ho w ev er ,   t h er is   an o t h er   v u ln er ab le  s it u atio n   esp ec ial l y   i n   ca s o f   n o d ca p tu r attac k ,   w h ic h   co m p letel y   co m p r o m is th s en s o r   n o d an d   it s   r eso u r ce s .   I n   s u ch   a ttack   s ce n ar io ,   it  is   q u ite  p o s s ib le   th at  t h co m p r o m i s ed   m e m b e r   n o d m a y   p er f o r m   co ll u d in g   attac k s   a n d   e x tr ac th v al u es   o f   K 4   an d   K 8 .   I n   o r d er   to   r esis t su c h   ev e n t,  t h p r o p o s ed   s y s te m   w i ll i n co r p o r ate  v o latili t y   o f   all  t h j o in k e y s ,   w h ic h   m ea n s   i n   th is   ca s e,   o n K 4   a n d   K 8   ar ev alu a ted   as  j o in k e y   a n d   th e   n o d u s e s   it   to   p er f o r m   co m m u n ica tio n .   O n ce   t h co m m u n icatio n   i s   o v er ,   K 4   an d   K 8   is   r ef r esh ed   to   g en er ate  n e w   k e y   v a lu e s   u n k n o w n   to   th attac k er .   Se n s o r   n et w o r k   p er f o r m s   co m m u n ica tio n   o f   d ata  u s i n g   v ar io u s   r o u tin g   p r in cip les,  w h ic h   ar d escr ib ed   i n   ter m s   o f   T ier s   o f   ar ch itectu r e:   a.   T ier - 1 A   m e m b er   n o d ca p tu r es  th d ata  an d   f o r w ar d s   t h d ata  to   clu s ter h ea d .   I h as  to   en s u r th at  it  i s   ac tu all y   f o r w ar d in g   t h d ata   t o   th c lu s ter h ea d   a n d   n o a n y   r o g u e   n o d es   ( in   ca s e   o f   ea v e s d r o p p in g   o r   tu n n eli n g   attac k ) .   He n ce ,   th p r o p o s ed   p r in cip le  en s u r t w o   f ac ts   i.e .   i)   o w i n g   to   o n in d ex er s   as  ti m e - s ta m p ,   t h d ata  r ed u n d a n c y   ca n   b ad d r ess ed   in   th p r i m ar y   lev el  o f   d ata  d is s e m in a tio n   p r o ce s s ,   an d   ii)   all  th m e m b er   n o d es  s h o u ld   ev alu a te  j o in k e y s   f o r   clu s ter h ea d   in   s eq u e n tial  m a n n er .   H en ce ,   s ec u r it y   w it h   d ata  r ed u n d a n c y   i s   ad d r ess ed   in   T ier - 1   o f   ar ch itect u r e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S   Vo l 6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   201 7 :    23     31   26   b.   T ier - 2 A f ter   th e   d ata  is   g at h er ed   f r o m   t h m e m b er   n o d es,  th cl u s ter h ea d   m u s f i n d   w a y   to   f o r w ar d   th d ata  to   th s i n k .   A s   t h er a r v ar io u s   r o u ti n g   alg o r it h m s   ex is t in g   [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ]   th at  is   co m p a tib le  w it h   s in g le - h o p   ( d ir ec tl y   to   s in k )   an d   m u lti - h o p   ( v ia   o th er   clu s ter h ea d s   to   s in k ) ,   s o   p r es en tech n iq u e   p er f o r m s   m u l ti - la y er ed   au t h e n ticatio n   tec h n iq u to   en cr y p t h eir   d ata.   Fo r   s in g le  h o p   n et wo r k ,   th j o in t   k e y   i s   en cr y p ted   j u s o n ti m e ,   h o w e v er ,   f o r   m u l ti - h o p   n et wo r k ,   th en cr y p tio n   o f   th j o in t - k e y   is   d o n e   b ased   o n   th n u m b er   o f   h o p s ,   it  r eq u ir es  th d ata  to   tr a v el.   Hen ce ,   th p r o p o s ed   s y s te m   e n s u r es  s ec u r it y   o v er   ea ch   u n it li n k   o f   co m m u n icatio n s .   c.   T ier - 3 :   Af ter   t h ac co m p li s h m e n o f   co m m u n icatio n ,   it  is   ess e n tia t h at  u s ed   j o in k e y s   ar e   s i m u lt a neo us ly   r ef r es h ed   to   r esis t h p o s s ib ilit y   o f   u s i n g   s t ale  k e y s .   T h p r o p o s ed   s y s te m   d o esn w ait   f o r   co m p lete  co m m u n icatio n   t o   h ap p en   f r o m   s o u r ce   to   d esti n atio n ,   r at h er ,   it  m a k es  t h j o in k e y   v o latile  in   ev er y   s in g le  li n k   u t ilizati o n   in   t h co m m u n icatio n   p r o ce s s .   Hen ce ,   it  s i g n i f ica n tl y   r ed u ce s   t h e   o v er h ea d   as  w ell  d o esn y ield   s ig n i f ican t sto r ag co m p le x it y .   d.   T ier - n A p r esen th er ar v ar io u s   tech n iq u e s   o f   r ec o n f i g u r ab le  ar ch itectu r e,   w h er th w ir ele s s   s e n s o r   n et w o r k   is   i n te g r ated   w it h   o p tical  n et w o r k   [ 21 ]   o r   clo u d   en v ir o n m e n t   [ 2 2 ]   o r   an y   o t h er   n et w o r k i n g   tech n o lo g ies.  T h p r o p o s ed   s y s te m   s u p p o r ts   eq u al  lev el  o f   s ec u r it y   b y   en s u r i n g   th at  o n l y   th e   co m m u n icatio n   n o d es  d o   h av ac ce s s   o n   j o in k e y s .   T h is   p r in cip le  is   h i g h l y   r esil ie n a g a in s t   m a x i m u m   attac k s   o n   s ec u r i t y   k e y s .       6.   AL G O RI T H M   I M P L E M E NT A T I O N   T h p r o p o s ed   s y s te m   is   d esig n ed   u s i n g   Ma tlab .   T h i m p le m e n tat io n   o f   th MK T is   d o n e   co n s id er in g   5 0 0   s en s o r   n o d es  o n   1 2 0 0 x 1 0 0 0   m 2   s i m u latio n   ar ea .   T h p r elim i n ar y   p h ase  o f   t h s i m u latio n   i s   ca r r ied   o u b y   co n s id er i n g   ass ig n in g   s et  o f   i n d ex er s   r an d o m l y   to   a ll  t h s en s o r   n o d es   p r esen i n   th e   n et w o r k .   T h s y s te m   al s o   p r o v id es  k e y   alo n g   w i th   t h e s in d e x er s .   T h co m m u n icat io n   o n l y   in i tiates  o f   t w o   n o d es  f r o m   d i f f er e n g r o u p s   ar f o u n d   w i th   j o in k e y s .   T h p r o p o s ed   s y s te m   o f f er s   s ec u r it y   o n   e v er y   tier   o f   p r o p o s ed   ar ch itectu r e.   Fo r   t h is   p u r p o s t h s y s te m   in i tiall y   co n s id er s   as s u m i n g   attac k e r   m o d u le  t h at  h as   r ec en tl y   i n tr u d ed   t h n et w o r k   eith er   u s i n g   i n s id o r   o u ts id attac k i n g   s tr ate g y .   E x is ti n g   te ch n iq u es   u s u a ll y   i s   ex p er i m e n ted   u s in g   1 2 8   o r   5 1 2   b it  o f   en cr y p tio n   k e y s .     Ho w e v er ,   th p r o p o s ed   s y s te m   o f f er s   h i g h est  le v el  o f   f le x ib ilit y   b y   o f f er i n g   d i f f er en tial  t h k e y   s ize.   T h is   is   t h m o s u n iq u f ea tu r e s   o f   MK T d esig n   p r in cip le.   B ec au s o f   t h is   p r in cip le,   MK T o f f er s   s ec u r it y   i n   ev er y   t ie r s   o f   p r o p o s ed   a r ch itectu r e.   Dep en d in g   o n   t h t y p o f   ap p l icatio n   to   b u s ed ,   th p r o p o s ed   s y s te m   al s o   o f f er s   h i g h er   f le x ib ilit y   to   u s a n y   d ep lo y m e n s tr ateg i es  f o r   s e n s o r   n o d es.  Ho w e v er ,   th ex p er i m en t s   h av b e en   ca r r ied   o u an d   o u tco m es  w er a n al y ze d   m ai n l y   w it h   an   aid   o f   r a n d o m   d ep lo y m e n s tr ate g ies.  A   n o d b elo n g i n g   to   P TH   g r o u p   ca n   o n l y   es tab lis h   s ec u r co m m u n ica tio n   w it h   n o d in   Q th   gr o u p ,   i f   th e y   h a v j o in k e y .   T h d esig n s   o f   th j o in t k e y   p la y s   cr itical   r o le  an d   th er ef o r e,   th e y   w er in co r p o r ated   w it h   f o llo w in g   f e atu r es e . g .   a.   O w in g   to   d if f er en tial  k e y   s ize ,   th s to r ag co s is   m i n i m ize d   th at  is   d ir ec tl y   eq u i v ale n to   th s et  o f   t h s ec r et  k e y s   b ein g   s to r ed   in   m a tr ix ,     b.   I n cr ea s es  p r o b ab ilit y   o f   t w o   g r o u p s   to   p er f o r m   co m m u n ica t io n   as   it  s u p p o r ts   b o th   s i n g le  an d   m u l ti - h o p   co m m u n icatio n   tec h n iq u e   c.   R ed u ce d   s p atial  d is ta n ce   b et wee n   th t w o   co m m u n icatio n   n o d es e ith er   in   s a m o r   in   d if f er en t g r o u p s   d.   O w in g   to   v o latile  n at u r o f   t h k e y s   an d   en cr y p tio n   tec h n iq u e,   th k e y s   ar h i g h l y   s ec u r ed   in   ca s o f   an y   attac k s   in   w ir ele s s   s e n s o r   n et w o r k s   e.   D u to   f r eq u en u p d ates  o f   k e y s   a f ter   t h ex p ir y   o f   t h o ld   j o in k e y s ,   it  lead s   to   s i g n if ica n tl y   les s   o v er h e ad   f o r   th p u r p o s o f   g en er ati n g   n e w   j o in k e y s .   Hen ce ,   m e m o r y   s ize  is   to tall y   i n d ep en d en o f   n u m b er   o f   co m m u n ica tio n   b ei n g   ta k i n g   p lace .     An   in ter e s ti n g   p o in to   o b s er v in   th p r o p o s ed   alg o r ith m   d esig n   is   th a j o in k e y s   ar ac ce s s ib le  to   o n l y   co m m u n icat i n g   n o d es  s t r ictl y .   E v e n   n e ig h b o r   n o d es  d o n h av ac ce s s ib ilit y .   He n ce ,   in   ca s o f   a n y   r o u tin g   attac k s   o r   n o d co m p r o m izatio n   attac k s   th at   i n tr u d e s   a n y   m e m b er   n o d es  d o esn t   h av e   an y   i m p ac t   o n   s ec u r g r o u p   co m m u n ica tio n   i n   t h p r esen s ce n ar io .   I n   m an y   e x i s ti n g   s y s te m   [ 2 3 ] [ 2 4 ] [ 2 5 ] ,   it  w as  f o u n d   t h a t   s en s o r   n o d es  b r o ad ca s k e y   i n f o r m atio n   to   o th er   n o d es;   h o w e v er ,   th er is   a   p o s s ib ili t y   th at  a n   a ttack er   ca n   p o s s es  t h is   k e y   i n f o r m atio n   d u r in g   b r o ad ca s tin g   p r o ce s s   o f   t h s o u r ce   n o d e.   Ho w ev e r ,   MK T s ch e m e   d o esn b r o ad ca s an y   k e y   in d ex er s   f o r   th p u r p o s o f   ex tr ac tin g   j o in k e y s ,   h e n ce it  is   c o m p lete l y   r esil ie n t   ag ain s m ax i m u m   p o s s ib le  t h r ea ts .     T h alg o r ith m   d es ig n ed   ag ai n s t th p r o p o s ed   m at h e m atica m o d el  ca n   b r ep r esen ted   as:     Alg o rit h m : M u lt i - T ier   Ke y   D i s tr ib u tio n   in   W SN   I np ut : W SN N o d p ar a m eter s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       MT K D:   A n   a lg o r ith fo r   Mu lti - Tier   K ey   Di s tr ib u tio n   …  ( A n n a p u r n a   S )   27   O utput : G en er atio n   o f   J o in Ke y   ST AR T   1 .   I n itialize  th s ize  o f   k e y   ( k )   ( ~1 2 8   b it)   2 .   I n itialize  th i n d ex er   o f   i   a n d   j   n o d e             Id i =[ x ,   y ,   z]                               I d j = [ x 1 ,y 1 , z 1 ];   3 .   IF   ( z=   =z 1 )   4 .             Re t urn   ' No   J o in t K e y ;   5 .   R etu r n   NU L L ;   6 .   E L SE   7 .       g =a b s ( ( x - x 1 ) 2 +4 ( y - y 1 ));   8 .       IF   ( s q r t( g )   ~= 0 )   | | 2 4 ) ( 1 2 1 1 1 z y y x x x x K j   K J1 =K J1 +1 ;   K J1 =r o u n d ( K J1 );   | | 2 4 ) ( 1 2 1 1 2 z y y x x x x K j   K J2 =K J2 +1             K J2 =r o u n d ( K J2 );   9 .            IF   (K JI <k   ,   K J2 < k )   1 0 .             X ij co n ca t ( K J1 , K J 2 )   11.           X ij =m a x i m u m   ( X ij );   12.           Data =c o n ca t ( X ij ,   I d i ,   I d j );   13.           Gen er ate  J o in t K ey     14.           K J =E n cr y p t ( Data ,   SH A 2 /MD5 ) ;   15.           Ret urn   K J ;   1 6 .                                 Use K in   co m m u n icatio n   1 7 .                             E L SE   1 8 .             R etu r n   ' No   J o in t K e y '   1 9 .                             E ND  I F   2 0 .               E L SE   2 1 .                     R etu r n   ' No   J o in t K e y '   2 2 .                 E ND  I F   2 3 .         E ND  I F   E ND       T h p r o p o s ed   alg o r ith m   co n s id er s   i   n o d to   p o s s es  ( x ,   y ,   z)   in d ex er   th at  in ten d s   t o   p er f o r m   co m m u n icatio n   w i th   j   n o d w ith   ( x 1 ,   y 1 ,   z 1 )   in d ex er s .   T h f ir s co m p o n e n o f   t h in d ex e r s   ( x ,   x 1 s p ec if ie s   n o d id en tit y ,   t h s ec o n d   co m p o n en o f   t h in d e x er s   s p ec if i es  ti m s ta m p   ( y ,   y 1 ) ,   an d   t h ir d   co m p o n e n o f   t h in d ex er s   s p ec i f ies  k e y   ( z,   z 1 ) .     Hen ce ,   w h e n   i s   f o u n d   eq u iv ale n to   z 1 ,   t h an   n o d i   a n d   j   ar s aid   to   b in   co n d itio n   f o r   n o g e n er atin g   th j o in k e y s .   T h is   p o s s ib il i t y   is   s et  as  it  i s   p o s s ib le  t h a ce r tain   attac k er s   atte m p ts   to   i n tr u d t h n et w o r k   an d   s tea th k e y   i n f o r m atio n   eit h er   o r   z 1 .   I n   s u ch   ca s e s ,   th in tr u d er s   w ill   p o s s es  eit h er   o r   z 1   an d   n o th b o th .   Hen ce   if   ei th er   o r   z 1   is   co m p r o m is ed   an d   r ep lica  k e y   i s   b r o ad ca s ted   in   t h n et w o r k ,   t h a n   MT KD  m u s e n s u r to   id en ti f y   s u ch   r ep licated   k e y s   a n d   m u s b r ea k   th co m m u n icatio n   if   it  is   f o u n d .   Hen ce ,   t h alg o r ith m   h as  t h c ap ab ilit y   to   i d en tify   t h k e y   r ep licas  in tr o d u ce d   b y   m alicio u s   n o d e.   I n   ca s o f   th s itu a tio n   w h e n   z z 1 ,   th a n   j o in t k e y   is   ex tr ac ted   u s i n g       | | 2 4 ) ( 1 2 1 1 z y y x x x x K j               ( 1 )     Hen ce ,   i f   th e   s ec o n d   co m p o n e n o f   eq . ( 1 )   ex i s ts   th a n   it  is   p o s s ib le  to   ex tr ac t   t w o   j o in t   k e y s   K J1   an d   K J2   ( j u s lik K 4   an d   K 8   in   t h ex a m p le) .   T h s y s te m   p er f o r m s   co n ca te n atio n   o f   b o th   th ex tr ac ted   k e y s   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S   Vo l 6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   201 7 :    23     31   28   p er f o r m s   en cr y p tio n   b y   ad d itio n all y   co n ca te n ati n g   w i th   i n d ex er s   o f   i   an d   j   n o d e.   A s   th p r o p o s ed   s y s te m   i s   d esig n ed   to   ad d r ess   th s ec u r it y   i s s u es  i n   m u lti - tier   ar c h itec tu r o f   g r o u p   co m m u n icatio n   in   w ir ele s s   s en s o r   n et w o r k ,   s o   t h v alu e s   to   b a s s i g n ed   f o r   x ,   y ,   an d   z   f o r   i   n o d r em ai n s   co n s tan t,  w h ile  t h v alu e   o f   x 1 ,   y 1 an d   z 1   ar alter ed   b ased   o n   n u m b er   o f   t ier s   to   b ad d r es s ed .     T h er is   also   a   p o s s ib ilit y   t h at   th in tr u d er   m ig h t   k n o w   t h s c h e m o f   g e n er ati n g   th j o in k e y s ,   b u u n til  a n d   u n le s s   it  d o n h av k e y s   ( lik an d   z 1 ) ,   it  w il l   n ev er   b ab le  to   ex tr ac t th e n cr y p ted   j o in t k e y s .         7.   RE SU L T   ANAL YSI S   Fo r   th p u r p o s o f   p er f o r m i n g   co m p ar ativ r es u lt  a n al y s i s ,   th p r o p o s ed   s y s te m   co n s id er s   th w o r k   d o n b y   Z h an g   et  al.   [ 2 6 ]   w h o   h as  in tr o d u ce d   tech n iq u f o r   p air w is k e y   e s tab lis h m e n p o lic y   i n   s e n s o r   n et w o r k s .   T h p r im h ig h li g h t s   o f   m e th o d o lo g y   u s ed   i n   Z h a n g   et  al.   [ 2 6 ]   w o r k   ar e. g .   i)   u s ed   m e s h   s tr u c tu r e   to   s to r th s ee d   o f   k e y ,   ii)  n ei g h b o r   s en s o r   ca n   e x tr ac th p air w i s k e y   i n f o r m atio n   f o r   ac co m p li s h in g   g r o u p   co m m u n icatio n ,   iii)  t h k e y   e s tab lis h m e n is   ca r r ied   o u b y   s y s te m   au th o r it y ,   r o u ter s ,   a n d   s en s o r   n o d es,  i v )   Used   A E al g o r ith m   o f   1 2 8   b i f o r   cip h er in g   t h k e y .   T h o u tco m o f   th w o r k   b ein g   ca r r ied   o u b y   Z h a n g   e t   al.   [ 2 6 ]   is   ev alu ated   u s i n g   s to r ag co s m ai n l y .   He n ce ,   alth o u g h   th m o t iv o f   Z h a n g   et  al.   [ 2 6 ]   is   s a m lik e   u s ,   b u t h e y   d if f er   in   t h eir   ap p r o ac h .   I n   o r d er   to   ca r r y   o u co m p ar at iv a n al y s i s ,   th co r alg o r ith m   o f   Z h an g   et  al.   [ 2 6 ]   w as e x p er i m e n t in   s i m ilar   p lat f o r m   to   test i f y   th o u tco m e s .   Fig u r 3   s h o w ca s es  t h o u tco m ac co m p li s h ed   b y   th p r o p o s ed   MT KD  w ith   Z h a n g   et  al.   [ 26 ]   s tu d y   w it h   r esp ec to   p r o ce s s in g   ti m e.   T h o u tco m s h o w s   t h at  Z h an g   et  al.   [ 2 6 ]   ap p r o ac h   s ig n if ican tl y   tak e s   m o r e   p r o ce s s in g   ti m w i th   t h i n cr e ase  o f   iter atio n ,   w h er ea c h   it er atio n   w ill   s i g n i f y   in cr ea s in g   d ata  d is s e m i n atio n   p r o ce s s .   T h d ata  p ac k et  w a s   test ed   w it h   5 0 0 - 15000  b y tes  o f   d ata  i n   i n cr ea s i n g   o r d er   to   ch ec k   h o w   lo n g   th e   s y s te m   ta k e s   to   p r o ce s s   th co r alg o r ith m .   Z h a n g   et  al.   [ 2 6 ]   ap p r o ac h   alth o u g h   is   m o r r e s ilie n ag ai n s n o d ca p tu r attac k ,   b u lo o k i n g   in t o   th in cr e m e n ti n g   p atter n   o f   th c u r v e,   it  ca n n o b s aid   to   b r o b u s ag ai n s t   Den ial - of - Ser v ice  attac k .   A lt h o u g h   a u t h o r s   h a v d is c u s s ed   r o b u s ac co m p lis h m en t   o f   co m p u tatio n a l   co m p le x it y   in   t h eir   r esear ch   p ap er ,   b u w h e n   th attac k er   m o d u le  i s   ch an g ed ,   th o u t co m s h o w s   to   n o   en h a n ce m en i n   p r o ce s s i n g   ti m e.   P r o p o s ed   MK T u s es  a   n o v el  ap p r o ac h   w h er cr y p to g r ap h ic  e n cr y p tio n   is   ex tr e m e l y   le s s   a n d   m o r i s   m ath e m atica m o d ellin g   f o r   en c r y p ti n g   j o in k e y ,   f o r   w h ic h   r ea s o n ,   th e   r ec u r s i v e   p r o ce s s   in   en cr y p tio n   is   r ed u ce d   an d   s y s te m   p o ten tia ll y   u p d ates  th e   u s ed   k e y   i n   v er y   f aster   tr ac k .   Hen ce   p r o p o s ed   s y s te m   is   o b s er v ed   w it h   le s s   ti m co m p le x it y .   Fig u r 4   s h o w s   t h s to r a g co m p le x it y   o f   th p r o p o s ed   an d   ex i s ti n g   s y s te m .   Z h a n g   et  al.   [ 2 6 ]   h as  ad o p ted   A E alg o r ith m   w it h   1 2 8   b it  en cr y p tio n   tech n iq u alo n g   w it h   s to r ag o f   t h k e y s   in   t h m a tr ix .   Ho w e v er   t h p r o p o s ed   s y s te m   i s   i n d ep en d en o f   a n y   s u ch   th i n g s .   Nei th er   MT KD  s to r e s   an y   j o in k e y   a f ter   p er f o r m in g   e n cr y p tio n   n o i is   b r o ad ca s ted   f o r   w h ic h   r ea s o n   th s to r ag f ac to r   is   al m o s u n if o r m l y   d is tr ib u ted   w it h   f le x ib le   s ize   o f   k e y s .   T h p r o p o s ed   s tu d y   i s   t h f ir s t   o f   its   k in d   to   e x h ib it  t h f ac th at   it   is   p o s s ib le  to   p er f o r m   en cr y p t io n   w it h   lo w er   v a lu e s   o f   s ta n d ar d   1 2 8   b it  w it h   s ec u r it y   o p tio n s   m o r th an   e x is ti n g   cr y p to g r ap h ic  p r o to co ls .   T h co m p ar ati v an a l y s is   o f   t h p r o p o s ed   an d   Z h a n g   et  al.   [ 2 6 ]               Fig u r 3 .   An al y s is   o f   T im C o m p lex i t y     Fig u r 4   An al y s i s   o f   Sto r ag C o m p le x it y             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ AA S   I SS N:  2252 - 8814       MT K D:   A n   a lg o r ith fo r   Mu lti - Tier   K ey   Di s tr ib u tio n   …  ( A n n a p u r n a   S )   29   T ab le  1   Dif f er en ce   B et w ee n   P r o p o s ed   &   E x is tin g   S y s te m   M T K D   Z h a n g   e t   a l .   [ 2 6 ]   F o c u se s On   N o d e   C a p t u r e   A t t a c k ,   D e n i a l - Of - S e r v i c e ,   T u n n e l i n g   A t t a c k ,   S y b i l   a t t a c k   F o c u se s o n   N o d e   c a p t u r e   a t t a c k   U se s fl e x i b l e   k e y   si z e   <   o r   >   1 2 8   b i t   d e p e n d i n g   o n   t h e   r e q u i r e me n t   U se s 1 2 8   b i t   o f   k e y   S e c u r i t y   i n c o r p o r a t i o n i n   a l l   t h e   st a g e s o f   c o mm u n i c a t i o n s   ( n - T i e r )   S e c u r i t y   i n c o r p o r a t i o n i n   o n l y   g r o u p   c o mm u n i c a t i o n   ( 1 - t i e r )   S t o r e s o n l y   g r o u p   k e y   ( p r e l o a d e d )   t o   p e r f o r m g r o u p   c o mm u n i c a t i o n ,   D o e sn t   st o r e   Jo i n t   k e y .   S t o r e s se e d s o f   k e y   i n   me sh   c l i e n t   N o   n e e d   t o   p e r f o r m b r o a d c a s t i n g   k e y   i n f o r mat i o n   t o   e x t r a c t   Jo i n t   k e y   B r o a d c a st   k e y s i n f o r mat i o n       8.   CO NCLU SI O N   C r y p to g r ap h y   p la y s   cr itica r o le  in   p er f o r m i n g   en cr y p tio n   r etain i n g   t h d ata   an d   ch a n n el  s ec u r it y .    I t   h as  a ls o   co n tr ib u ted   to   s tr en g t h en   th e   g r o u p   co m m u n ica tio n   in   w ir eles s   s e n s o r   n et w o r k .   W h eth er   i is   i n s id er   o r   o u ts id er   attac k ,   it  s ig n i f ic a n tl y   a f f ec ts   t h p er f o r m a n ce   o f   th s ec u r it y   p r o to co l.  Hen ce ,   w h a v ca r r ied   o u al m o s al th r ec e n s tan d ar d   w o r k   in   t h li n o f   s ec u r it y   i n   g r o u p   co m m u n icatio n   an d   f o u n d   t h at  t h er ar v ar io u s   tec h n iq u e s   to   s tr en g t h   g r o u p   co m m u n icatio n   s y s t e m .   Ho w ev e r ,   w h a v n o ca m ac r o s s   m u c h   s ig n i f ica n id ea   th at   co n s id er s   b o th   g r o u p   co m m u n icatio n   as  w e ll  a s   d ata  a g g r eg atio n   p r o ce s s   in   w ir eles s   s en s o r   n et w o r k .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   N.M e g h a n a th a n ,   S .   B o u m e rd a ss i,   N.  Ch a k i,   D.   Na g a m a lai,   Re c e n T re n d i n   Ne tw o rk   S e c u rit y   a n d   A p p li c a ti o n s:   T h ird   In ter n a ti o n a Co n f e re n c e ,   T h e   T h ird   I n ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   Ne two rk   S e c u ri ty a n d   A p p li c a ti o n s ,   2 0 1 0   [ 2 ]   R. S h y a m a l a ,   S .   V a ll i ,   Im p a c o f   Blac k   h o le  a n d   Ru sh in g   A tt a c k   o n   th e   L o c a ti o n - Ba se d   R o u ti n g   P r o t o c o f o r   W irele ss   S e n so Ne t w o rk s” ,   Ad v a n c e   in   C o mp u ter   &   In fo rm ,   T e c h n o lo g y ,   p p .   3 4 9 - 3 5 9 ,   2 0 1 2   [ 3 ]   T .   S h im e a ll ,   J.  S p rin g ,   In tr o d u c t io n   t o   I n f o rm a ti o n   S e c u rit y A   S trate g ic - Ba se d   A p p ro a c h ,   Ne wn e C o mp u te ,   p p .   3 8 2 ,   2 0 1 3   [ 4 ]   J.S e n ,   S e c u rit y   a n d   p riv a c y   c h a ll e n g e in   c o g n it iv e   w irele ss   se n so n e tw o rk s” ,   a rX iv   p re p ri n a r X iv 1 3 0 2 . 2 2 5 3 ,   2 0 1 3   [ 5 ]   G .   S h a rm a a ,     S .   Ba laa ,   A . K.V e rm a a ,   S e c u rit y   F ra m e w o rk s   f o W irele ss   S e n so Ne tw o rk s - Re v ie w” ,   2 n d   In ter n a t io n a C o n f e re n c e   o n   C o mm u n ica t io n ,   Co m p u t in g   &   S e c u rit y ,   S c iV e rse   S c ien c e   Dire c t,   2 0 1 2   [ 6 ]   C.   Ch e ik h ro u h o u ,   A .   Ko u b â a ,   G .   Din i,   a n d   M .   A b id ,   " RiS e G a   rin g   b a se d   se c u re   g ro u p   c o m m u n ica ti o n   p r o to c o f o re so u rc e - c o n stra in e d   w irele ss   s e n so n e tw o rk s " ,   Per so n a a n d   Ub i q u it o u Co m p u ti n g ,   Vo l.   1 5 ,   No .   8 ,   p p .   7 8 3 - 7 9 7 ,   2 0 1 1   [ 7 ]   W . Be c h k it ,   Y.  Ch a ll a l,   a n d   A .   B o u a b d a ll a h ,   " A   n e sc a lab le  k e y   p re - d istri b u ti o n   sc h e m e   f o w sn . "   In   Co mp u ter   Co mm u n ica ti o n s a n d   Ne two rk s ( ICCCN) ,   2 1 st   In ter n a ti o n a Co n f e r e n c e ,   p p .   1 - 7 ,   2 0 1 2   [ 8 ]   S . Kh a li d ,   F . A h m a d ,   a n d   M .   R.   B e g ,   " S e c u re   Ke y   P re - d istri b u ti o n   i n   W irele ss   S e n so Ne t w o rk s Us in g   Co m b in a to rial  De sig n   a n d   T ra v e rsa De si g n   Ba se d   Ke y   Distrib u ti o n " ,   I n ter n a ti o n a l   J o u rn a o S m a rt  S e n so rs   a n d   A d   Ho c   Ne two rk s   (IJSS A N),  V o l. 1 ,   Iss . 4 ,   2 0 1 2   [ 9 ]   Q.M i,   J.A .   S tan k o v ic ,   a n d   R.   S t o leru ,   " P ra c ti c a a n d   se c u re   lo c a li z a ti o n   a n d   k e y   d istri b u ti o n   f o r   w irele ss   se n so n e tw o rk s " ,   Ad   Ho c   Ne two rk s ,   Vo l .   1 0 ,   No .   6 ,   p p .   9 4 6 - 9 6 1 ,   2 0 1 2   [ 1 0 ]   L . B. Oliv e ira,  M .   S c o tt ,   J.  L o p e z ,   a n d   R.   Da h a b ,   " T in y P BC:  P a iri n g f o a u th e n ti c a ted   id e n ti ty - b a se d   n o n - in tera c ti v e   k e y   d istri b u ti o n   i n   se n s o n e tw o r k s" ,   Co mp u ter   Co mm u n ica ti o n s ,   V o l .   3 4 ,   N o .   3 ,   p p .   4 8 5 - 4 9 3 ,   2 0 1 1   [ 1 1 ]   P . P - S a n c h e z ,   J.E .   T a p iad o r ,   P . P - L o p e z ,   a n d   G .   S - T a n g il ,   " S e c u re   P u b li sh - S u b sc ri b e   P ro t o c o ls  f o r   He tero g e n e o u M e d ica W irele ss   Bo d y   A re a   Ne t w o r k s " ,   S e n so rs ,   V o l.   1 4 ,   No .   1 2 ,   p p . 2 2 6 1 9 - 2 2 6 4 2 ,   2 0 1 4   [ 1 2 ]   R. Be ll a z re g   a n d   N.  Bo u d rig a ,   D y n T u n Ke y a   d y n a m ic  d istri b u t e d   g ro u p   k e y   tu n n e li n g   m a n a g e m e n p ro t o c o l   f o r   h e tero g e n e o u s w irele ss   se n so n e tw o rk s ,   W ire les s Co mm u n ica ti o n   a n d   Ne two rk in g ,     2 0 1 4   [ 1 3 ]   O.  G - M o rc h o n ,   R.   Rietm a n ,   L .   To lh u ize n ,   HIM M O - L ig h tweig h t,   F u ll y   C o ll u sio n   Res ista n Ke y   Pre - Distrib u ti o n   S c h e me ,   Re tri e v e d   2 0 1 4   [ 1 4 ]   X .   W a n g a ,   P .   L ia,  Y.  S u ia,  a n d   H.  Ya n g a ,   " A   H e x a g o n - b a se d   Ke y   P re - d istri b u ti o n   S c h e m e   f o W irele ss   S e n so Ne tw o rk s" ,   J o u rn a o I n fo rm a ti o n   &   Co mp u t a ti o n a S c ien c e ,   Vo l.   1 1   ( 8 ),   p p .   2 4 7 9 - 2 4 9 1 ,   2 0 1 4   [ 1 5 ]   M .   M ietti n e n ,   N.  A so k a n ,   T . D.Ng u y e n ,   A - R. S a d e g h i,   a n d   M .   S o b h a n i,   Co n tex t - Ba se d   Zero - In tera c ti o n   P a iri n g   a n d   Ke y   E v o lu ti o n   f o A d v a n c e d   P e r so n a De v ice s” ,   In   Pro c e e d in g o th e   ACM   S IGS AC  Co n fer e n c e   o n   Co mp u ter   a n d   Co mm u n ica ti o n s S e c u rity ,   p p .   8 8 0 - 8 9 1 ,   2 0 1 4   [ 1 6 ]   J.  F u rtak ,   a n d   J.  C h u d z ik iew ic z ,   " T h e   c o n c e p o f   a u th e n ti c a ti o n   in   W S Ns   u sin g   T P M " ,   Co m p u ter  S c ien c e   a n d   In f o rm a ti o n   S y ste m s,  V o l.   3 ,   p p .   1 8 3 1 9 0 ,   2 0 1 4   [ 1 7 ]   W .   X i,   X - Y.  L i,   C.   Qia n ,   J.  Ha n ,   S .   T a n g ,   J.  Z h a o ,   a n d   K.  Z h a o ,   " Ke e p F a st  S e c re Ke y   Ex trac ti o n   P ro t o c o l   f o r   D2 D Co m m u n ica ti o n " ,   IEE E ,   2 0 1 4   [ 1 8 ]   M .   M a sd a ri   a n d   M .   T a n a b i,   M u lt ip a th   Ro u ti n g   p r o to c o ls  i n   W irele ss   S e n so Ne tw o rk s:  A   S u rv e y   a n d   A n a ly sis ,   In ter n a t io n a J o u rn a o F u t u re   Ge n e ra ti o n   Co mm u n ica t io n   a n d   Ne two rk in g ,   V o l . 6 ,   No . 6 ,   p p . 1 8 1 - 1 9 2 ,   2 0 1 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8814   IJ AA S   Vo l 6 ,   No .   1 ,   Ma r ch   201 7 :    23     31   30   [ 1 9 ]   M . Ra d i,   B. De z f o u li ,   K.A . Ba k a r,   a n d   M . L e e ,   M u lt ip a t h   ro u ti n g   in   w irele ss   se n so n e tw o rk s:  su rv e y   a n d   re se a r c h   c h a ll e n g e s" ,   S e n so rs ,   Vo l.   1 2 ,   No .   1 ,   p p . 6 5 0 - 6 8 5 ,   2 0 1 2   [ 2 0 ]   D.  M it tal,   S .   Ka u r,   E n h a n c e d   L o c a ti o n - Aw a re   Ro u ti n g   P ro to c o f o W irele ss   S e n so Ne tw o rk ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o S c ien c e   a n d   M o d e rn   E n g i n e e rin g   ( IJ IS M E),   V o l .   1 ,   Iss u e .   1 2 ,   2 0 1 3   [ 2 1 ]   C. Re a rd o n ,   A . D.F a lco ,   K.W e ln a ,   a n d   T .   Kra u ss ,   " Op ti c a b e a m - s tee rin g   f o w irele s se n so n e tw o rk s" ,   In   L EO S   An n u a l   M e e ti n g   C o n fer e n c e   Pro c e e d in g s,  L EOS ,   p p .   5 8 3 - 5 8 4 ,   2 0 0 9   [ 2 2 ]   M . I. A fz a l,   W . M a h m o o d ,   S . M .   S a ji d ,   a n d   S .   S e o y o n g ,   " Op ti c a w ir e les c o m m u n ica ti o n   a n d   re c h a rg in g   m e c h a n is m   o f   w irele ss   se n so n e tw o rk   b y   u sin g   CCRS " ,   In t e rn a ti o n a J o u r n a o Ad v a n c e   S c ien c e   a n d   T e c h n o lo g y ,   Vo l.   1 3 ,   5 9 - 6 8 ,   2 0 0 9   [ 2 3 ]   H.  Ch a n ,   A .   P e rrig ,   a n d   D.  S o n g ,   " R a n d o m   k e y   p re d istri b u t io n   sc h e m e s   f o se n so n e tw o rk s" ,   I n   S e c u rity  a n d   Priva c y ,   P ro c e e d in g s.  S y m p o siu m ,   p p .   1 9 7 - 2 1 3 ,   2 0 0 3   [ 2 4 ]   H.Ch a n ,   A .   P e rrig ,   a n d   D.  S o n g ,   " Ke y   d istri b u t io n   tec h n i q u e f o se n so n e tw o rk s" ,   In   W ire les s e n so n e two rk s   S p rin g e r ,   p p .   2 7 7 - 3 0 3 ,   2 0 0 4   [ 2 5 ]   S . A . Ca m tep e ,   a n d   B.   Ye n e r,   " K e y   d istrib u ti o n   me c h a n isms   fo wire les se n so n e two rk s:  a   su rv e y " ,   R e n ss e lae r   P o ly tec h n ic In stit u te,  T ro y ,   Ne w   Yo rk ,   T e c h n ica Re p o rt,   2 0 0 5   [ 2 6 ]   Y.Z h a n g ,   L .   X u ,   Y.  X ian g ,   a n d   X .   Ha u a n g ,   A   M a tri x - Ba se d   P a irw ise   K e y   Estab li sh m e n S c h e m e   f o W irele s M e sh   Ne tw o rk Us in g   P re   De p lo y m e n Kn o w led g e ,   IEE T ra n sa c ti o n   o n   Eme rg e n c ies   T o p ics   in   Co mp u t in g ,   Vo l .   1 ,   No .   2 ,   2 0 1 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.