[发明专利]一种基于簇内分组和主密钥的密钥管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，特别涉及一种基于簇内分组和主密钥的密钥管理方法。 

背景技术

目前的秘钥管理方法主要是采用基于单个密钥或密钥服务器来提供整个网络的安全性，即基于主密钥的管理方法。它侧重于考虑WSN(Wireless Sensor Networks，无线传感器网络)的能耗要求和存储要求，实现比较简单。在这种密钥管理方法中，全网共享一个密钥，通过该共享密钥来实现验证并协商节点对密钥。网络中的节点只使用一个主密钥进行加密数据密钥。基于主密钥的管理方法对于基本的网络安全应用能够达到要求；由于全网节点全部依赖于主密钥，单点失效会引起整个网络崩溃；通信开销较大，同时，内网处理技术支持能力差。 

采用基于分簇方式实现对秘钥的管理。首先将网络的节点动态地分成若干个簇，这种方法更加贴近于WSN的实际应用，能够有效减少节点上的密钥存储量。但是当节点使用组密钥或簇密钥加密时，单点失效影响的网络部分将扩大到一个簇。因此，如何有效地减小单点失效对于网络剩余部分的影响，是这类方法尚待解决的一个主要问题。 

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于簇内分组和主密钥的密钥管理方法，以达到提高无线传感器网络抗拒绝服务攻击的能力、降低密钥协商的的时间和能量消耗、提高整个网络的生存时间和工作效率的目的。 

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于簇内分组和主密钥的密钥管理方法，包括以下步骤： 

步骤1：新节点Node_new获得基站参数，具体包括：安全椭圆加密曲线E_P(a，b)，该椭圆曲线上的一个基点G，基点G的阶数N，摘要函数Hash，私鈅k，地址ID_new. 

步骤2：新节点Node_new广播自己的地址ID_new给网络中的簇头，请求加入簇； 

步骤3：接收到新节点地址ID_new的簇头将如下3类信息发送给新节点： 

第一类信息为：簇头的地址ID_cluster； 

第二类信息为：簇头的公钥P_CH； 

第三类信息为：使用Hash函数提取的第一类信息和第二类信息得到的摘要； 

步骤4：新节点Node_new根据接收到的簇头信号的强弱，将信号最强的簇头作为自己将要 加入的簇头，保存该簇的地址ID_cluster和簇头的公钥P_CH，并向该簇头发送请求加入的信息，该消息包括3类信息： 

第一类信息为：新节点的地址ID_new； 

第二类信息为：新节点的公钥P_new用簇头公钥P_CH进行椭圆加密后得到的值； 

第三类信息为：使用Hash函数提取第一类信息和第二类信息作为摘要； 

步骤5：簇头收到信息后，确认数据的完整性，然后从基站取出新节点Node_new的公钥P_new进行解密认证，证明新节点Node_new确实在基站认证过后，簇头检查簇内所有的组，若存在未满的组，则随机选择一个组，将新节点Node_new加入该组；否则，则添加一个新的组，簇头将该新组地址ID_group和组长节点地址ID_GH发送给新节点Node_new，并将该新节点Node_new的地址添加到该新组的列表中； 

簇头→基站：新节点地址ID_new、以上信息使用Hash函数提取的摘要 

基站→簇头：新节点地址ID_new、新节点公钥P_new用簇头公钥P_CH进行椭圆加密、以上信息使用Hash函数提取的摘要 

簇头验证该节点为合法节点后，向组长节点发送该将要加入的新节点的地址信息，然后向新节点发送将要加入的组的组信息，包括组地址、组长地址和组长公钥； 

簇头→组长：新节点地址ID_new、以上信息使用Hash函数提取的摘要