[发明专利]无线体域网对称密钥协商方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种无线体域网对称密钥协商方法，更具体的说，尤其涉及一种基于弱时间同步和去噪声处理的无线体域网对称密钥协商方法。

背景技术

无线体域网是由部署在人体表面和体内的医疗传感节点，通过相互通信，在人体上形成的一种微型无线传感网，可用于采集人体的生理信号（如脉搏、血压、血氧、体温等），监控人体的姿态（如走、跑、起立、下蹲）。无线体域网不仅能将采集的人体生理信号传递到远程医疗中心，而且能够利用这些生理信号在人体上实现智能治疗(比如精确药物注射)，在与健康保健、远程医疗、运动监控等有关的智能医疗领域有着广泛的应用。

由于无线体域网采集、传输和处理的数据均与人的健康相关，对这些数据实施攻击，不仅会导致个人隐私的泄露、医疗事故的频发，甚至会威胁人的生命安全。因此，在大规模推广应用无线体域网之前，必须首先解决信息安全问题，而该问题的核心则是对称密钥协商方法的设计。

由于无线体域网一般采用电池功能供电，运行能量极少，为了保障无线体域网的可用性，必须确保协商对称密钥时的低能耗，为此，目前无论是国际上还是国内均采用人体生理信息和模糊技术相结合的方式来实现无线体域网的密钥协商。在协商过程中，多个节点在精确时间同步机制的控制下，在相同的时刻采集同类型的生理信息，并用模糊技术对生理信息中的噪声进行处理，使得多个节点间能够产生相同的生理信息作为密钥协商的基础。然而，尽管这种方法避免了交互式的密钥协商所带来的高能耗，具有低能耗的优势，但该技术还存在两个主要缺陷:(1)无法解决精确时间同步机制下的时间同步信号频繁广播所带来的高能耗问题；(2)仅能采用高熵生理信息进行密钥协商；(3)对称密钥仅能从纠错码中选取，具有很大的局限性。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于弱时间同步和去噪声处理的无线体域网对称密钥协商方法。

本发明的无线体域网对称密钥协商方法，设由节点A向节点B发起承诺，以便完成节点A与节点B的密钥协商，其特征在于，按照以下方法来实现：节点A首先在                                               时刻进行生理信号采集，设为；然后根据产生共享密钥，并将以隐藏的形式向节点B传送数据；节点B首先提取时刻相同的生理信号，经去噪声处理，并验证生理信号的取值是否正确；如正确，则求出协商密钥；如不正确，则在时刻附近获取生理信号，继续求取密钥。

首先由节点A进行生理信号的采集，生成共享密钥；然后，节点B在同一时刻或同一时刻附近的区域进行相同的生理信号采集，用于生成与节点A进行校验的密钥信息；在对采集信号进行了去噪声处理。由于节点B选取的是对相同时刻或相同时刻附近时间点的生理信号采集，更有利于采集到相同的生理参数，避免了对时间精确同步的要求，以及时间同步信号频繁广播所带来的高能耗；同时，节点B基本依靠计算来获取共享密钥，进一步避免了信号传输所带来的高能耗。

本发明的无线体域网对称密钥协商方法，a.建立路由，建立节点A与节点B之间的通讯路径；b.设置密钥和函数，在无线体域网的所有节点中预置一个密钥、一个伪随机函数、一个纠错函数、一个纠错码集合以及两个关系和，其中可逆，x，y为自变量；c.建立时间窗口，每个节点在时间窗口内的多个固定时间点均进行人体生理信号采集，并且在新时间窗口中采集的数据会替代之前时间窗口中采集的数据；d.采集生理信号，节点A在当前时间窗口的时刻采集生理信号，设值为；e.建立关系式，从纠错码集合中提取一个字码，利用建立与的关系；f.隐藏关系，产生一个公开随机数，并结合伪随机函数隐藏与的关系，隐藏表达式为：；g.求出承诺和密钥，节点A以、、、数值构成承诺，并将其传送给节点B，以的函数值为共享密钥；h.节点B采集生理信号，节点B在相同时间窗口内的时刻提取相同的生理信号，设其值为；i.还原与的关系，节点B根据预置的密钥还原与的关系，表达式为；j.映射与存在噪声差异的，利用关系函数，将和关系映射为与字码存在噪声差异的，表达式为：；k.去噪声处理，利用纠错函数对进行去噪声处理，设处理后的函数值为，则；如果，意味着去噪声成功，则利用计算出的值；m.产生共享密钥，节点B利用公式产生共享密钥，则有，密钥协商成功；n.如果步骤k中的，取附近时刻的生理信号，以弱时间同步生理信号，选取时刻附近的生理信号，按照步骤i、j、k、m进行密钥协商；p.密钥协商结束，如果步骤n中密钥协商的次数达到L次都没有成功，则宣告密钥协商失败。