基于散列链的无线传感器网络分区式动态安全路由方法

摘要

本发明公开了一种基于散列链的无线传感器网络分区式安全路由方法，属于计算机通信网络领域。本发明根据无线传感器网络中分簇路由算法和轮循环的特点，引入“区域”的概念，由汇聚节点向整个网络广播一个控制消息，各节点根据收到的信号强度确定自己所属的区域，通过区域的限制来避免相距较远的节点间直接通信。在每轮簇首选举之后为每个簇头节点随机从散列链组成的密钥池中选取q个链密钥，其它节点则根据链密钥用单向哈希函数和伪随机函数派生出相互间通信的密钥，降低网络通信负载。本发明可以提高网络的生存时间，更好地平衡网络的节点能耗，提高协议的安全性，均匀死亡节点的分布，也扩大协议适用的网络规模。

主权项

1.一种基于散列链的无线传感器网络分区式动态安全路由方法，其特征在于，包括如下步骤：A，网络初始化：A-1，在节点部署前，采用离线的可信服务器生成散列链并构成密钥池；所述密钥池由L条单向散列链组成，其中每条散列链包含M个链密钥，即密钥池的大小为L×M，其中L、M分别为自然数，200≤L≤350，200≤M≤350；A-2，由汇聚节点向整个无线传感器网络广播一个控制消息，各节点判断接收到该消息的信号强度RSSI，估算与汇聚节点的距离，根据预设的区域差半径d₀来标识各节点所属区域；所述区域，是以基站为圆心，以多个不同长度为半径的相邻圆周线之间围成的各圆环带；所述区域差半径d₀，为形成相邻圆周的两个半径之差的绝对值；B，采用LEACH算法选举簇头，簇头选举结束后，每个簇头从步骤A所述的密钥池中随机选取q个链密钥，并保存散列链的承诺值及相应的链标识；C，建立簇：簇头节点全网广播q个带密钥的安全报文，非簇头节点根据收到的广播报文选择通过认证的最近的簇头加入，并派生出与簇头节点之间通信的密钥，具体过程如下：每个簇内节点根据簇头节点广播的报文{ID_CH,S,G_i,F(x_n︱C_i)}，应用哈希函数k_i,j=H^j(S,G_i)认证其合法性，并通过随机函数派生出其与簇头节点之间的通信密钥，簇内节点S_i向簇头节点发送确认加入报文其中ID_CH表示簇头节点CH的ID，S为预分发的链密钥的种子，G_i为生长因子，x_n为散列链C_i的承诺值，k_i,j代表第i条散列链的第j个链密钥，1≤j<M，1≤i≤q，d为簇内节点S_i距离簇头的距离；D，建立通信路径：以表格为单位进行簇间路由建立，同一区域的簇建立一张表格，相同表格中簇头相互不通信，选择相邻表格中的簇头进行多跳路径传输，簇头节点间的通信密钥为其链密钥相异或值；E，建立动态密钥管理：以簇为单位，根据簇内节点数目确定合适的EBS结构，并通过单跳安全注册过程将EBS结构保存到基站中，同时簇头节点通过簇内密钥生成节点向基站注册获知EBS结构中的管理密钥数目，生成管理密钥并在簇内广播，然后销毁管理密钥；F，数据传输：非簇头节点收集数据，发送给所在簇的簇头节点；簇头节点对数据融合处理后交给下一跳簇头节点，直到基站；循环步骤B至步骤E直至网络失效。