一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法技术

本发明专利技术公布了一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法，基于椭圆曲线算法实现数据加法聚合和乘法聚合过程中的隐私保护。目的节点确定椭圆曲线参数和私钥k，并计算出公钥K，将椭圆曲线参数和公钥K都广播出去；各源节点利用一个随机数和椭圆曲线参数、公钥K对明文用椭圆曲线算法加密，发送密文消息；中间节点对收到的密文消息做聚合运算，将聚合结果发送给目的节点；目的节点对收到的聚合的密文数据利用私钥k，根据椭圆曲线算法解密得到聚合的明文数据。与现有技术相比，本发明专利技术中采用的椭圆曲线加密技术具有公钥位数小、计算速度快等优点，且可实现加法聚合和乘法聚合两种聚合运算。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，涉及一种用于无线传感器网络的数据聚合时的隐私保护方法。
技术介绍
无线传感器网络的中心任务在于对感知数据的采集、处理与管理，数据隐私是无线传感器网络隐私保护机制中的一个重点研究方向，面向数据的隐私安全主要包括数据聚合隐私和数据查询隐私。数据聚合是无线传感器网络中的重要技术，包括和、平均、最大值和最小值等多种聚合计算。经过对现有技术的检索发现，有以下一些无线传感器网络的数据聚合隐私保护方法Westhoff D 和 Girao J 等在对比文件 I “Concealed data aggregation for reverse multicast traffic in sensor networks !encryption， key distribution， and routingadaptations”中提出了基于Domingo-Ferrer同态算法的数据聚合隐私保护方法CDA ；HeW 和 Liu X 等在对t匕文件 2 “PDA :privacy-preserving data aggregation in wirelesssensor networks中提出了两种用于数据聚合隐私保护的方法——基于分簇的隐私数据保护(CPDA)和基于分片的聚合隐私保护(SMART)。对比文件I中采用的同态加密方法可以实现端到端加密，每一个中间节点不需要解密数据就可以实现聚合，有效地保护了各个节点的隐私数据；不足之处在于同态加密方法一般基于公钥密码体制，计算复杂度高，资源消耗较多。对比文件2中的CPDA方法引入的额外计算量大，增加了计算消耗；SMART方法引入了额外的通信量。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提出一种隐私保护性好、资源消耗低的无线传感器网络数据聚合隐私保护方法。本专利技术，无线传感器网络中包含一个目的节点、多个源节点和若干中间节点，基于椭圆曲线算法实现数据聚合过程中的隐私保护，其实现过程包含以下步骤(I)首先由目的节点R确定椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k，并将椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k都广播出去；(2)各源节点Si选取一个随机数利用随机数&，椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k对待传输的明文IV用椭圆曲线算法加密计算后得到密文Cli和C2i，发送密文消息(Cli, C2i) ；i的取值大于I而小于源节点的个数；(3)中间节点A收到各源节点发送的密文消息(Cli, C2i)后，对其做聚合运算，并将聚合的密文数据发送给目的节点R ；(4)目的节点R收到聚合的密文数据后利用私钥k，根据椭圆曲线算法解密得到聚合的明文数据。所述的数据聚合是加法聚合或乘法聚合。所述的加法聚合需要将待传输的明文Hii编码到椭圆曲线上一点M，采用椭圆曲线算法进行加密计算Cli = TiGC2i = rjK+M采用椭圆曲线算法进行解密计算Ci=kCli=k (rjG) =rK (^-(^ι^Κ+Μ-ι^Κ=]^。所述的乘法聚合按照如下公式采用椭圆曲线算法进行加密计算Cli = TiGC3i = TiKC2i = HiiC3i按照如下公式采用椭圆曲线算法进行解密计算kCn = k CriG) =ITiK=C3iC2iC广 l=m。本专利技术中采用椭圆曲线加密技术，与现有技术相比具有公钥位数小、计算速度快等优点，且可实现加法聚合和乘法聚合两种聚合运算。附图说明图I :本专利技术中数据聚合隐私保护过程图。具体实施例方式本专利技术中实现加法聚合隐私保护时，步骤如下(I)首先由目的节点R确定椭圆曲线E、基点G和以及私钥k，计算出公钥K，将椭圆曲线参数、G和K都广播出去；(2)各源节点Si将待传输的明文编码Hii到椭圆曲线E上一点Mi,选取一个随机数IV根据以下公式计算得到Cli和C2i，发送消息(Cn，C2i);i的取值大于I而小于源节点的个数；Cli = TiGC2i = rjK+M(3)中间节点A收到各源节点发送的消息(Cli, C2i)后，做加法运算后得到(SCli,Σ C2i )，将其发送给目的节点R ；(4)目的节点R收到(SCli, SC2i)后利用私钥k，根据以下公式计算得到明文的加法聚合结果。k Σ Cn=kG Σ Iri=K Σ T1Σ C2i-C=K Σ Ti+ Σ Mi-K Σ Ti= Σ Mi本专利技术中实现乘法聚合隐私保护时，步骤如下(a)首先由目的节点R确定椭圆曲线E、基点G和以及私钥k，计算出公钥K，将椭圆曲线参数、G和K都广播出去；(b)各源节点Si,确定待发送明文信息叫，并选取一个随机数ri，根据以下公式分别计算得到Cli, C2i，C3i，发送消息(Cli, C2i)；Cli = TiGC3i = TiKC2i = InC3i(c)中间节点A收到各源节点发送的消息(Cn，C2i)后，做乘法法运算后得到(Cn*C12*........*Cln.，C21*C22*........*c2n)，将其发送给目的节点 R ；(d)目的节点 R 收到(Cn*C12*........*Cln. , C21*C22*........*C2n)后利用私钥 k， 根据以下公式计算得到明文的乘法聚合结果。kn*Cn*C12*........*Cln =.......*rn = Kn^r ^r2 ^.......*rn = C31*C32*........*C3nC21*C22*........W21^C3AC32-1*........^c3n'1 = Hi1 *m2*......*mn。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法，无线传感器网络中包含一个目的节点、多个源节点和若干中间节点，其特征在于基于椭圆曲线算法实现数据聚合过程中的隐私保护，其实现过程包含以下步骤：（1）首先由目的节点R确定椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k，并将椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k都广播出去；（2）各源节点Si选取一个随机数ri，利用随机数ri，椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k对待传输的明文mi，用椭圆曲线算法加密计算后得到密文C1i和C2i，发送密文消息（C1i，C2i）；i的取值大于1而小于源节点的个数；（3）中间节点A收到各源节点发送的密文消息（C1i，C2i）后，对其做聚合运算，并将聚合的密文数据发送给目的节点R；（4）目的节点R收到聚合的密文数据后利用私钥k，根据椭圆曲线算法解密得到聚合的明文数据。

【技术特征摘要】
1.一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法，无线传感器网络中包含一个目的节点、多个源节点和若干中间节点，其特征在于基于椭圆曲线算法实现数据聚合过程中的隐私保护，其实现过程包含以下步骤 (1)首先由目的节点R确定椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k，并将椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k都广播出去； (2)各源节点Si选取一个随机数&，利用随机数椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k对待传输的明文IV用椭圆曲线算法加密计算后得到密文Cli和C2i，发送密文消息(Cli, C2i) ；i的取值大于I而小于源节点的个数； (3)中间节点A收到各源节点发送的密文消息(Cli,C2i)后，对其做聚合运算，并将聚合的密文数据发送给目的节点R ; (4)目的节点R收到聚合的密文数据后利用私钥k，根...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱萍，刘镇，吴蒙，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：