一种传感器网络的密钥预分配方法

摘要

本发明公开一种传感器网络的密钥预分配方法，该方法利用有限域上射影空间中的有理正规曲线构造一类适合无线传感器网络中的密钥预分配方案，即首先解不等式方程Q2(Q3-1)≥N，以其解集中最小素数q为参数，确定所述网络的子密钥池中密钥数为q2+q+1，再将子密钥池中的每一个密钥冠以编号，同时从子密钥池中选取q+1个密钥为一个组，共获得N组密钥及其对应的编号，最后将一组密钥及其相对应的编号一同分配到一只传感器中。如此构建的分配方案，两个传感器之间只要进行所述编号的交换即可进行加密通信，因此他人无法破解所截获的两传感器之间的通信信息。本发明方法不仅安全连通概率高，而且还便于根据实际需要来扩大传感器的散布范围和密度。

主权项

1.一种传感器网络的密钥预分配方法，该方法包括下列步骤：(1)根据散布在网络中传感器的个数N，列出不等式方程Q²(Q³-1)≥N，求解得Q值，选取Q值中最小的素数q为设计参数，其中所述不等式方程中的Q为正整数；(2)从对称密码的密钥池中随机取q²+q+1个密钥作为所述网络的子密钥池；(3)对子密钥池中的q²+q+1个密钥冠以编号，该编号为1，2，3，……，q²+q+1；同时，(4)设子密钥池中的每一个密钥对应于射影空间中的一个点，记该点的坐标为(x，y，z)，当x，y和z按以下方法取值时，得到子密钥池中的密钥所对应的射影空间点的集合：4.1)当x取1时，y，z分别取0，1，2，……，q-1，得到q²个点(1，y，z)；4.2)当x取0，y取1时，z分别取0，1，2，……，q-1，得到q个点(0，1，z)；4.3)当x和y取0，z取1时，得到一个点(0，0，1)；(5)按下述步骤确定存入每一个传感器中的密钥：5.1)将所得到的子密钥池中的q²+q+1个密钥按以下方法选取q+1个密钥为一个组：先随机产生三阶可逆矩阵然后将步骤(4)所述集合的子集{(1，α，α²)|α＝0，1，2，…，q-1}U{(0，0，1)}中的每一个点(x，y，z)与随机产生三阶可逆矩阵T相乘，得到q+1个点的坐标，再将这q+1个点的每一坐标值除以q后取余数，取余数后若有不在步骤(4)所述的射影空间中的点，则将该点的每一个坐标分别除以该点第一个非零的坐标值，使该点在步骤(4)所述的射影空间点中，直至把所述的q+1个点都变换到步骤(4)所述的射影空间点中，其中所述的三阶可逆矩阵T中的元素分别在0，1，2，3……q-1范围内随机取值；5.2)执行步骤5.1)N次，得到N组互不相同的点集，亦即所得到对应的N组密钥以及N组密钥对应于步骤(3)中的N组编号；(6)将步骤5.2)得到的N组密钥以及N组密钥对应于步骤(3)中的N组编号，分别存入N个传感器中即完成密钥的分配；步骤5.1)所述的将每一个坐标分别除以第一个非零的坐标值的方法由以下步骤组成：令q+1个点中不在步骤(4)所述的射影空间中点的坐标为(u，v，w)，那么，a.如果u≠0且u≠1，则将该点的每一个坐标除以u；b.如果u＝0，v≠0且v≠1，则将该点的每一个坐标除以v；c.如果u＝0，v＝0，w≠0且w≠1，则将该点的每一个坐标除以w。