无线传感器网络中基于状态公共密钥的安全聚合模型通信方法

摘要

无线传感器网络中基于状态公共密钥的安全聚合模型通信方法，涉及无线自组网技术领域，具体涉及基于状态公共密钥的安全聚合模型通信方法。为了解决现有无线传感器网络环境下的数据聚合过程会产生大量的能量消耗、缩短了网络的生命周期的问题以及聚合数据被篡改几率大从而严重影响网络的安全性能的问题。本发明基于状态公共密钥进行数据的安全聚合，簇头节点对所有加密数据的密文和消息认证码进行聚合并发送到基站，基站通过存储在数据库的密钥对接收的数据进行解密和验证，确保了传输数据的安全性。这种模型减少了由于网络攻击的未知性对网络通信性能研究的复杂度；并使无线传感器网络信息传输的整体稳定性增强。本发明适用于无线自组网技术领域。

主权项

无线传感器网络中基于状态公共密钥的安全聚合模型通信方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在无线传感器网络中数据转发阶段，假设每个传感器节点的状态公共密钥是St_ij；在传感器节点部署前，基站生成一对密钥(x,Y)；其中，x为私钥，Y＝xG为公钥；G是椭圆曲线密码体制中的椭圆曲线E上的基点；步骤二、每个传感器节点保持状态(r_ij,St_ij)，同时传感器节点利用HKDF获得当前的鉴权密钥K_ij，并用St_ij和K_ij计算出该传感器节点状态公共密钥St_ij所对应的信息认证码MAC_ij；步骤三、传感器节点发送状态公共密钥St_ij；一旦基站接收到传感器节点发送的状态公共密钥St_ij，基站就通过使用私钥x鉴别所有发送状态公共密钥的传感器节点，如果满足xSt_ij＝xr_ijG＝r_ijY，则传感器节点鉴别成功，否则，传感器节点鉴别失败，不予考虑；步骤四、传感器节点鉴别成功后，用HKDF获得当前的鉴权密钥K′_ij与接收的状态公共密钥St′_ij计算出MAC′_ij，如果MAC_ij＝MAC′_ij，则St_ij＝St′_ij，就将相应的状态St_ij存储在基站的数据库中，否则，基站拒绝状态公共密钥St_ij；步骤五、传感器节点S_ij将其捕获的数据m_ij进行编码，并使用状态公共密钥St_ij对编码后的代码e_ij进行加密；在聚合阶段，HKDF再产生两个鉴权密钥K_ij1和K_ij2，K_ij1和K_ij2分别用于计算数据加密后的密文C_ij和信息认证码MAC″_ij；并将所得的C_ij和MAC″_ij发送到相应的簇头CH_j；步骤六、CH表示任意一个簇头，CH将簇中L‑1个节点的L‑1个密文C_ij和它自己的密文聚合成一个密文C_agg，并将簇中所有L‑1个MAC_ij和自己的MAC聚合成一个MAC_agg；然后CH将C_agg和MAC_agg发送到基站或最近的簇头；步骤七、基站接收到簇头发送的MAC_agg和C_agg之后，进行解密和验证，判断e_agg是否是由簇头安全聚合后发送到基站的明文代码，如果是则完成基于状态公共密钥的安全聚合模型通信。