一种适用于异构传感器网络的组密钥管理方法

摘要

本发明请求保护一种适用于异构传感器网络的组密钥管理方法，该方法采用分布式密钥管理方式，组内节点的密钥材料由各组组长动态的分配。在组网过程中,利用基于同或的鉴别机制完成组长和组内节点之间的鉴别；在组密钥建立过程中，组长利用单向累加器为每个组内成员产生证人；在组密钥更新的阶段，提出定时组密钥更新、新节点加入时组密钥更新和旧节点撤销时组密钥更新等三种密钥更新机制，组内节点利用组密钥更新消息中的隐藏证人完成对组密钥更新命令的鉴别。该方法不仅减小了整个网络的计算开销和存储开销，实现了真正意义上的分布式管理方式，而且保障了整个网络的前向安全和后向安全，提高了无线传感器网络在运行时的安全性和可靠性。

主权项

一种适用于异构传感器网络的组密钥管理方法，其特征在于，包括以下步骤：101、系统初始化配置步骤，具体包括：A1、节点在部署到网络之前，由基站为每个节点预先加载配置密钥PSK，参数产生算法G、编码算法CH和累加器函数f；A2、步骤A1的节点部署结束后，部署在网络中的组长节点随机选定安全参数k，运行G算法产生一组辅助参数A_p＝(x₀,p,q)，其中x₀表示一个随机正整数，p和q分别表示两个大素数，辅助参数A_p用来构建该组的累加器f(x₀,y)＝x₀^ymodn；102、完成步骤101的系统初始化配置步骤后，进行组密钥建立步骤，具体包括：B1、入网前，组成员和组长通过同或鉴别机制完成双方之间的鉴别；B2、组长根据自身组长地址ID_manager和合法组内成员节点i的组内成员地址ID_{member_i}，利用编码算法CH，为自己和组内成员进行身份编码；B3、组长利用辅助参数A_p和累加器算法f为组内成员节点i计算证人W_{member_i}，并将组成员节点的证人以密文的形式单播发送给对应的组内成员节点i；B4、组内成员节点i收到消息后，首先对消息鉴别码MAC进行校验，校验通过则利用预配置密钥PSK解密消息，获得W_{member_i}；B5、组成员节点i结合证人和自身编码y_{member_i}，利用累加器算法f计算组密钥V_{member_i}＝f(W_{member_i}，y_{member_i})。103、当完成步骤102的组密钥建立步骤后，进行组密钥更新，具体包括以下三种情况：C1、定时组密钥更新；假设在第k个会话期到达定时组密钥更新，组长产生两个随机数n₁和n₂，构造并广播定时组密钥更新命令M₂，该命令的格式为M₂＝(n₁,n₂,N₁)||MAC₂，其中N₁＝f(W_{manager_k},n₁)，MAC₂＝MAC(n₁,n₂,N₁,)；组内成员节点收到消息M₂时，首先对MAC₂进行校验，若校验失败则丢弃该消息，若校验成功则计算f(N₁,y_manager)是否等于f(V_{member_k},n₁)，若相等则完成对组长的命令的鉴别，然后进行证人更新和组密钥更新，反之则丢弃该消息。C2、新节点加入时组密钥更新；新节点加入时，组长和新节点之间首先采用同或鉴别方式进行鉴别；鉴别成功后，组长依据新节点的ID_new为其产生编码值y_new；组长依据新节点编码值y_new进行组密钥更新，同时构造消息M₃，并加密消息M₃发送给新成员节点，消息M₃的格式为：E_PKS(V_{manager_k})||MAC₃，其中MAC₃＝MAC(E_PKS(V_{manager_k}))；组长产生随机数n₃，计算N₃＝f(W_{manager_k},n₃)；组长构造广播消息M₄，广播消息M₄的格式为：M₄＝(y_new，n₃，N₃)||MAC₄，其中MAC₄＝MAC(y_new，n₃，N₃)；新成员节点收到消息M₃后首先完成MAC₃的校验，检验通过后解密数据获得V_{manager_k}，然后进行组密钥计算；旧成员节点收到广播消息M₄后，首先完成MAC₄的校验，检验成功计算f(N₃,y_manager)和f(V_{member_k},n₃)，判断两者是否相等，若相等则完成对组长的鉴别，然后进行组密钥更新，反之则丢弃该消息；C3、旧节点撤销时组密钥更新；组长发现旧节点退出网络时，依据撤销节点的编码值y_m和自身编码值y_manager利用EGCD算法产生参数值α和β，即EGCD(y_manager，y_m)＝αy_manager+βy_m＝1，产生两个参数α和β；组长依据参数α、β和撤除节点的编码y_m计算y_m×(αy_manager+βy_m)，然后进行组密钥更新和证人更新，即V_{manager_k+1}＝f(V_{manager_k}，y_m×(αy_manager+βy_m))，W_{memeber_k+1}＝f(W_{memeber_k}，y_m×(αy_member+βy_m))；组长随机产生随机值n₄，计算N₄＝f(W_{manager_k},n₄)；组长构造广播消息M₅，广播消息M₅的格式为：M₅＝(n₄||N₄||y_m)||MAC₅,其中MAC₅＝MAC(n₄||N₄||y_m)；节点收到消息M₅后，首先进行验证消息是否来自于合法组长，若验证失败，则丢弃该消息，反之验证成功，则利用EGCD算法计算参数α＇和β＇；组内成员节点依据参量y_m×(α＇y_member+β＇y_m)进行组密钥更新和证人，保证撤销的节点无法获得此次更新后组密钥和证人。