无线传感器网络（WSN）由于其开放性、资源受限、部署环境复杂等特点，面临着多种独特的安全挑战。改善和解决这些安全问题需要综合运用技术、管理和协议设计等多方面的手段。以下是一些主要的改进策略和解决方案：

核心安全问题：

1. 物理层攻击： 节点容易遭受物理捕获、篡改、破坏。
2. 数据机密性与完整性威胁： 窃听、流量分析、数据篡改。
3. 身份认证与授权缺陷： 假冒节点（Sybil攻击）、伪造身份。
4. 可用性攻击（拒绝服务）：
   • 物理破坏节点。
   • 耗尽攻击（耗尽节点能量、计算资源、通信带宽）。
   • 碰撞、干扰（物理层/链路层）。
   • 路由攻击：黑洞攻击、灰洞攻击、洪泛攻击、虫洞攻击、选择性转发、女巫攻击等。
5. 路由安全威胁： 恶意节点操纵路由协议，破坏网络拓扑和信息流。
6. 密钥管理难题： 如何在资源受限节点上安全高效地分发、存储、更新加密密钥。
7. 信任问题： 如何评估节点的可信度，建立节点间的信任关系。
8. 隐私泄露： 数据或网络通信模式可能泄露敏感信息（如监控目标位置）。

改善与解决方案：

一、 预防性措施 (降低风险)：

1. 安全协议设计：
   • 轻量级密码学： 采用计算开销小、内存占用少的加密/认证算法（如RC5, Skipjack, PRESENT, SPECK, SIMON, TinyECC）。使用轻量级哈希函数（如PHOTON、Quark）和消息认证码（如HMAC）。
   • 轻量级认证协议： 设计高效的节点加入认证、数据源认证（如μTESLA - 一种高效的广播认证协议）、消息认证。
   • 安全路由协议： 设计能抵御常见路由攻击的路由协议（如具有认证或信任机制的多路径路由、地理安全路由）。
2. 健壮的密钥管理：
   • 预配置密钥： 部署前预载密钥（主密钥、组密钥、节点对密钥）。
   • 随机密钥预分发： 每个节点预装密钥环，邻居节点有重合密钥即可安全通信（如Blom方案、EG方案、q-composite方案），平衡安全性和连通性。
   • 基于密钥分发中心： 部署少量安全资源丰富的基站或簇头作为KDC。
   • 基于位置的密钥管理： 密钥分配与节点的地理位置绑定。
   • 密钥协商协议： 设计高效安全的密钥协商算法（如基于ECDH的轻量级实现）。
   • 密钥更新与撤销： 支持密钥定期更新和在节点被捕获后的及时撤销。
3. 物理安全与节点加固：
   • 防篡改设计： 使用特殊封装材料、自毁机制（检测到物理侵入时擦除密钥和敏感数据）。
   • 防克隆设计： 利用物理不可克隆功能。
   • 节点冗余部署： 通过部署冗余节点，提高网络在部分节点被物理破坏或捕获时的鲁棒性。
4. 安全的节点定位与时间同步： 抵御针对定位（如虫洞误导位置）和时间同步的攻击（如虚假同步脉冲）。
5. 安全网络初始化与引导： 确保网络初始部署阶段的安全，防止恶意节点轻易加入。

二、 检测性措施 (发现威胁)：

1. 入侵检测系统：
   • 在汇聚节点、簇头或部署专门的安全监控节点。
   • 基于异常检测：监控节点行为（通信量、能量消耗、模式），识别偏离正常的行为。
   • 基于误用检测：部署规则匹配已知攻击特征。
   • 分布式协作检测：节点协作交换监控信息，提高检测精度。
2. 信任与信誉系统：
   • 建立节点间信任关系（如基于行为观察、交互历史、推荐）。
   • 计算节点信誉值，识别和隔离低信誉/恶意节点。
   • 激励节点诚实行事。
3. 安全审计与日志： 记录关键操作和事件（受限于节点资源），用于事后分析。

三、 响应性措施 (遏制损失与恢复)：

1. 恶意节点隔离与排除： 在检测到恶意节点后，通过路由更新、密钥撤销、通告邻居等方式将其排除在网络之外。
2. 流量重路由： 绕过受损或被识别的恶意节点。
3. 网络重构与恢复： 在部分区域失效后，利用冗余节点重新组织网络。
4. 安全更新： 通过安全机制分发软件补丁、安全配置或新的加密密钥。

四、 管理与策略：

1. 安全配置与审计： 规范节点部署、初始化、密钥注入等操作流程，定期审计安全配置。
2. 分层与分区安全： 将网络划分为不同安全域/簇，实施分层次的安全策略。
3. 最小权限原则： 每个节点只赋予完成其任务所需的最小权限。
4. 容错设计： 在设计阶段考虑网络能容忍一定数量的故障或恶意节点。
5. 隐私保护设计： 在协议和应用设计中融入隐私增强技术（如数据混淆、假名、位置k-匿名）。
6. 能量意识安全： 所有安全方案必须将能量消耗作为关键考量因素进行优化。

总结与关键点：

• 没有银弹： WSN安全没有一劳永逸的解决方案，需要多种手段结合形成纵深防御体系。
• 资源约束是关键挑战： 任何安全方案都必须考虑传感器节点的计算能力、存储、能量、带宽限制。轻量化是贯穿所有技术措施的核心要求。
• 安全权衡： 安全性与效率（如能耗、延迟）、可用性之间需要仔细权衡。过度的安全措施可能耗尽节点或影响正常功能。
• 全生命周期安全： 安全策略需覆盖WSN的设计、部署、运行、维护直至报废的整个生命周期。
• 标准与研究： 持续关注轻量级密码学、安全路由协议、入侵检测、信任模型等领域的国际标准（如IEEE 802.15.4的安全扩展）和最新研究成果。
• 安全为基石： 安全应作为WSN设计和部署的核心组成部分，而不是事后补救。

改善无线传感器网络安全是一个持续的过程，需要研究人员、标准化组织、硬件制造商和系统集成商的共同努力，不断研发新技术并实践安全最佳方案。选择具体解决方案时，必须根据实际应用场景（如关键基础设施监控、环境监测、智能家居）的威胁模型、安全需求、资源限制进行针对性设计和优化。