一种用于保护无线传感器网络安全的密钥生成方法技术

技术编号:14815581 阅读:189 留言:0更新日期:2017-03-15 10:52
本发明专利技术属于无线通信领域,公开一种用于保护无线传感器网络安全的密钥生成方法。该密钥生成方法利用方程组作为秘密为网络节点生成密钥,从而实现节点之间的安全通信。所构造的方程组中的方程可以是任意形式的方程,但必须保证方程组中方程的数目不少于所需密钥的数目且该方程组有且仅有一个解。方程组中的方程进一步通过密钥生成函数生成密钥。当使用该方法生成密钥时,节点可以在没有共享密钥的情况下仍然能够使用唯一解生成相同密钥实现安全通信。该方法生成的密钥可以广泛地应用于现有的各种密钥管理方案中,且可以在保证不降低其他性能的前提下显著地提高密钥连通性,从而提高节点的通信效率并为网络提高更加安全、高效的保护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信领域,涉及一种用于保护无线传感器网络安全的密钥生成方法
技术介绍
无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,简称WSN)是将微电子技术、传感技术、无线通信技术融合的新型网络,可广泛应用于军事、医疗、交通等诸多领域,具有非常好的应用前景。在实际应用中,安全对于无线传感器网络至关重要,特别是无线传感器网络被部署在无人触及或容易受损的环境时,保证无线传感器网络的安全性更是应该优先考虑的问题。密钥管理可以为网络提供安全、可靠的保密通信,是确保网络安全的至关重要的服务。根据无线传感器网络的特点,现有的密钥管理方案主要使用对称密钥以减少节点的能量消耗。通常,这类方案包括四个步骤:1)密钥分析;2)密钥分配;3)密钥生成;4)密钥分发。密钥分析阶段,服务器根据网络的规模确定密钥池的大小以及每个节点所需存储的密钥的数目;密钥分配阶段,服务器确定密钥与节点之间的映射关系,进而确定每个节点存储哪些密钥;密钥生成阶段,服务器生成具体使用的密钥;密钥分发阶段,服务器将生成的密钥按照密钥分配关系分发给对应的节点。现有的密钥管理方案主要使用的密钥形式包括普通的串密钥、二元对称多项式密钥、矩阵密钥。Blundo等人提出的二元对称多项式密钥主要是用来提高密钥的破解难度。然而,这类密钥增加了节点的计算以及存储开销。Blom等人提出的矩阵密钥可以提高网络的连通性。然而,所提出的方案可扩展性较差,不适用于大规模网络。密钥管理虽然可以提高网络的安全性,但是通常会降低其他性能,比如通信效率。密钥连通性是密钥管理的一项非常重要的性能指标,反映了网络节点能够实现直接安全通信的概率。密钥连通性低的方案会使得很多邻居节点由于缺少共享密钥而无法实现直接通信。如果这类节点想要互相通信,则需要建立密钥路径以完成通信。然而,这些操作会产生大量的消息转发,从而极大地消耗了节点的能量同时也带来了节点的认证问题。因此,确保密钥管理方案的密钥连通性至关重要。虽然部分现有方案能保证密钥连通性为1。然而,这些方案要么可扩展性差无法应用于大型网络,要么需要节点的位置信息,以上问题限制了这类方案在实际环境中的可用性。事实上,现有绝大部分方案的密钥连通性都小于1,从而严重降低了网络的通信效率甚至是网络的生命周期。综上所述,有必要专利技术一种用于保护无线传感器网络安全的密钥生成方法。通过该方法生成的密钥能够广泛地应用于各种密钥管理方案,并保证在不影响密钥管理其他性能的前提下显著地提高密钥连通性,从而保证使用该类密钥的密钥管理方案能够为网络提供更高效的安全服务。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术提出一种保护无线传感器网络安全的密钥生成方法,该方法使用方程组作为秘密为网络节点生成共享密钥,利用方程组的解增强密钥之间的联系,并能够保证在不降低密钥私密性的前提下利用该隐含的联系提高直接安全通信的概率。该密钥生成方法能够广泛地应用于各种现有的密钥管理方案,显著地提高密钥管理的效率并保证不降低其他性能。该方法的基本思想简述如下:根据密钥池的大小u,构造含有u方程的方程组,使得该方程组有且仅有一个解。然后将方程组中的每个方程作为秘密,使用统一的密钥生成函数(通常为单向密钥哈希函数)H(·)生成最终的密钥。所构造的方程组中的方程可以是任意形式的方程,包括线性方程,多项式方程等。实际上,所构造的方程组只需要保证有且仅有一个解,所包含的方程数目大于等于密钥的数目即可。通过该方法生成的密钥能够更广泛地应用于各种现有的密钥管理方案,显著地提高密钥管理的密钥连通性,保证网络的通信效率。为了达到上述目的,本专利技术的技术方案为:一种保护无线传感器网络安全的密钥生成方法,该方法使用方程组作为秘密为网络节点生成密钥以保证节点之间通信的安全性,包括方程组构造、密钥生成两个部分,具体步骤如下:第一步,构造方程组根据密钥池的大小u,构造方程组其中,含有u个方程,每个方程含有v个变量;另外,ci,j表示方程fi的第j个未知数的系数,pi,j表示该未知数的幂,1≤i≤u,1≤j≤v;该方程组有且仅有一个解S(v)={x1,...,xv本文档来自技高网
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一种用于保护无线传感器网络安全的密钥生成方法

【技术保护点】
一种用于保护无线传感器网络安全的密钥生成方法,其特征在于,包括如下步骤:第一步,构造方程组根据密钥池的大小u,构造方程组Fu(v)=f1(x1,1,...,x1,v)=c1,1x1,1p1,1+c1,2x1,2p1,2+...c1,vx1,vp1,v=0...fu(xu,1,...,xu,v)=cu,1xu,1pu,1+cu,2xu,2pu,2+...cu,vxu,vpu,v=0---(1)]]>其中,含有u个方程,每个方程含有v个变量;另外,ci,j表示方程fi的第j个未知数的系数,pi,j表示该未知数的幂,1≤i≤u,1≤j≤v;该方程组有且仅有一个解S(v)={x1,...,xv}T  (2)第二步,生成密钥1)将中的每个方程转化为惟一的字符串:fi=<ci,1||pi,1>||<ci,2||pi,2>||…||<ci,v||pi,v>,1≤i≤u  (3)其中,||表示连接操作;将fi作为输入,利用相同的密钥生成函数H(·)生成对应的密钥ki=H(fi),1≤i≤u  (4)2)利用惟一解S(v)生成密钥如下:ks=H(S(v))=H(x1||x2||…||xv)  (5)。...

【技术特征摘要】
1.一种用于保护无线传感器网络安全的密钥生成方法,其特征在于,包括如下步骤:第一步,构造方程组根据密钥池的大小u,构造方程组Fu(v)=f1(x1,1,...,x1,v)=c1,1x1,1p1,1+c1,2x1,2p1,2+...c1,vx1,vp1,v=0...fu(xu,1,...,xu,v)...

【专利技术属性】
技术研发人员:姚念民战福瑞卢志茂
申请(专利权)人:大连理工大学
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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