一种无线传感器网络中的实体认证方法

摘要

本发明提供了一种无线传感器网络中的实体认证方法，涉及信息安全技术中传感器网络安全相关应用领域。本发明以对无线传感器网络中的节点身份进行认证，保证节点之间通信的安全。节点是否合法可信的认证需要经过节点信任值管理，信任组构建，信任组更新，从而使节点中保存相关节点的信任值，在信息传输过程中，节点就可以根据信任值的大小来确定信息传输的方式和路径。该方法利用节点声誉和信任组的思想，可获得有效的安全认证策略，通过引入对称密钥加密算法，避免了采用公开密钥算法实施数字签名计算量大的问题，有效地降低了认证的时延、增大了网络生存期。

主权项

1.一种无线传感器网络中的实体认证方法，其特征在于将基站、汇聚节点和传感器节点组成网络，每个传感器节点与基站共享一个密钥，基站具有密钥分发功能；基站保存和所有节点的共享密钥，网络新建立时网络中的节点信任值初始为4，对于新加入网络的节点对邻居节点的信任值初始为4，当一个节点要和另一个节点通信，它需要向基站发出请求，基站产生会话密钥，并将其传给相应的节点；每一个汇聚节点或传感器都存储一个节点信任值列表，表中的每个节点都根据其可靠性设置了一个信任值，节点的信任值为：-1是不可信任，0是忽略，1是最小，2是一般，3是良好，4是极好，节点的信任值≥2，为“yes”，即“可信任的”，反之设置为“no”，即“不可信任的”；步骤一：(a)信任值收集，当节点A认证另一节点B时，节点A首先检查它自己的信任列表，当节点B在它的列表中，并且信任值为“yes”，那么B可信任，当信任值为“no”，则B不可信，当B不在A的信任列表中，A向它信任列表中所有可信任的节点发送一个对B的信任值请求，当列表中的可信任的某个节点不知道节点B，则此节点把A的请求转发给它自己信任列表中的节点，如此循环，最终这个信任值请求到达某个知道节点B的信任值的节点，节点A会收到两个以上的其它节点的信任值，因此节点A对节点的信任值进行评价；(b)信任值评价，评价由公式$R_{\mathrm{truval}}\left(N_{\mathrm{wa}}\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(R_{\mathrm{truval}}\left(i\right)·R_{\mathrm{truval}\_\mathrm{rp}}\left(i\right))}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{R}_{\mathrm{truval}}\left(i\right)}$计算，其中：n为认证节点收到回复的数量，Rtruval(Nwa)为待认证节点的信任值，Rturval_rp(i)为返回的第i个信任值，Rtruval(i)为返回信任值，Rtruval_rp(i)的节点的信任值；(c)信任值维护，当A从C收到了关于B是信任值≥2的“yes”，但之后A发现自己被B欺骗了，A将B放入黑名单，并且A通知C将B放入黑名单中，C查询自己的信任列表，当A可信任，则C将B放入黑名单，否则C不将B放入黑名单；(d)信任监督，网络中的每一个节点都时刻监督它的邻居节点，当发现其邻居节点的行为异常时，则将邻居节点的信任值减少0.1，丢弃数据包或连续发包10次为行为异常，当判断节点是不可信节点，把它放到黑名单中；步骤二：信任组构建，要求节点之间存在信任关系，并且信任关系具有传递特性，当节点之间有信任关系时，则它们利用之间的信任关系形成一个信任组，如信任组内的一个节点要和另一个节点通信，它需要向基站发出请求，然后基站产生会话密钥，并将其传给相应的节点，为了满足信任组的需求，要求信任关系有传递特性，一旦节点之间的信任关系形成了一个双向连接图，这些节点则形成一个信任组；步骤三：信任组更新，(a)当信任组中的有节点的信任值降到2值以下即有的节点变得不可信任，就应当更新信任组，根据节点之间的信任关系具有传递特性，节点就向组内的其它节点广播警告消息，信任组进行更新，去除不可信任节点；(b)当有可信任节点要与网络中其它节点通信时，信任组中的节点将对此节点的信任值进行计算，可信节点根据公式$R_{\mathrm{truval}}\left(N_{\mathrm{wa}}\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(R_{\mathrm{truval}}\left(i\right)·R_{\mathrm{truval}\_\mathrm{rp}}\left(i\right))}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{R}_{\mathrm{truval}}\left(i\right)}$计算出要通信的节点的信任值，其中：n为认证节点收到回复的数量，Rtruval(Nwa)为待认证节点的信任值，Rtruval_rp(i)为返回的第i个信任值，Rtruval(i)为返回信任值，Rtruval_vp(i)的节点的信任值，当信任组外要通信的节点的信任值在2以上，则添加此新加入网络的节点到原有的信任组中，当信任组外要通信的节点的信任值在2以下，则信任组不更新，并将此新节点放入黑名单。