專利名稱：基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，特別涉及一種基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知到的信息，并發(fā)給觀測者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的所有信號(hào)都通過一定帶寬的開放無線信道來傳輸，使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)比有線網(wǎng)絡(luò)更容易受到竊聽、干擾等安全威脅。由于在基于6LoWPAN的IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分片重組技術(shù)的使用以及對(duì)互通體系的深入研究，使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所提供服務(wù)種類以及報(bào)文數(shù)量的增加，從而對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)密鑰更新提出了需求，即使用不同的密鑰對(duì)分片報(bào)文進(jìn)行加密，以達(dá)到增強(qiáng)保密性的目的。對(duì)于傳感器網(wǎng)絡(luò)而言，每次加密之前采用基于非對(duì)稱密鑰算法的密鑰交換方法建立新的對(duì)密鑰是不現(xiàn)實(shí)的。序列密碼是一次一密的典型運(yùn)用，其核心技術(shù)在于一個(gè)能夠產(chǎn)生周期長且隨機(jī)性好的密碼流的密鑰流生成器，但是該技術(shù)主要運(yùn)用于軍事中，且研究成果尚未完全公開。目前，如專利文獻(xiàn)所述([專利文獻(xiàn)1]張玉安，馮登國.一種使用的仿一次一密分組加密方案.文章編號(hào)1007-5321 ^)0 02-0101-04 ；[專利文獻(xiàn)2]高曄方，盧全國，丁蕙.一次一密的多表代換密碼體系的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).文章編號(hào) 1006-4869 (2005) 03-0029-04)，基于對(duì)稱密鑰算法的一次一密技術(shù)主要有兩個(gè)方向一是結(jié)合分組密鑰算法和序列密碼算法的優(yōu)勢，使用密鑰擴(kuò)展序列化的方法，利用隨機(jī)數(shù)與共享密鑰共同生成周期序列，并在數(shù)據(jù)包后攜帶用于生成密鑰的隨機(jī)數(shù)以及本次加密使用密鑰的狀態(tài)信息，接收方使用該攜帶信息使用相同的算法與共享密鑰對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解密，該方法在在安全性和加密效率對(duì)傳統(tǒng)的分組加密算法有所提高，但攜帶信息會(huì)顯著增加密文長度，并且在密鑰擴(kuò)展序列化的過程中，需要使用序列算法和隨機(jī)數(shù)生成算法，上述缺點(diǎn)將會(huì)帶來較大的通信開銷、計(jì)算開銷和存儲(chǔ)開銷；其二是使用置換密碼的思想，設(shè)計(jì)多表隨機(jī)代換密碼加密方陣，發(fā)送者隨機(jī)選擇坐標(biāo)逐個(gè)替換明文，接收者則根據(jù)該加密方陣進(jìn)行解密，該方法實(shí)現(xiàn)簡單，具有較高的加密強(qiáng)度，但是密鑰量大，難以擴(kuò)展使用。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)其自身的資源有限性的特性，使得上述方法由于其通信開銷、存儲(chǔ)開銷以及計(jì)算開銷，皆不適用與傳感器網(wǎng)絡(luò)，且現(xiàn)有的傳感網(wǎng)密鑰管理手段還不能做到完全靈活、低開銷的密鑰分發(fā)與密鑰更新，因此，需要提供一種更為低耗的，能夠提供報(bào)文加密隨機(jī)性的方法來完成分片報(bào)文的動(dòng)態(tài)加密。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是基于6LoWPAN的IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分片重組技術(shù)所帶來的密鑰動(dòng)態(tài)更新需求以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中密鑰更新高開銷的矛盾，采用一種基于加密參量表的動(dòng)態(tài)加密方法，用以保證在不需要增加密鑰更新頻率和密鑰長度的前提下，增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｃ苄裕詰?yīng)對(duì)無線環(huán)境中由于容易被竊聽而導(dǎo)致的信息泄露以及密鑰破獲的威脅。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的一種基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法，包括以下步驟Sl 在組網(wǎng)之前，部署服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型依次為每個(gè)節(jié)點(diǎn)存入加密參量表；S2:在通信過程中，通信發(fā)起者首先根據(jù)接收者的身份信息，查找與它共享的對(duì)偶密鑰，然后根據(jù)加密算法要求，選擇加密參量表中的加密參量共同作為加密算法的輸入量完成報(bào)文加密；S3 將加密參量的位置信息以明文的形式附加于報(bào)文并發(fā)送；S4 接收者在接收到報(bào)文之后，首先根據(jù)報(bào)文中攜帶的發(fā)起者的身份信息查找與發(fā)起者共享的對(duì)偶密鑰；S5 然后根據(jù)加密參量位置信息在對(duì)應(yīng)的加密參量表中查找加密過程中使用的參量；S6 最后使用對(duì)偶密鑰以及加密參量共同完成報(bào)文解密操作。進(jìn)一步，所述加密參量的位置信息是根據(jù)加密參量表的行順序進(jìn)行排列，被選中的加密參量對(duì)應(yīng)的位置信息置1，未被選中的加密參量的位置信息置0 ；進(jìn)一步，所述加密參量的位置信息的長度等于加密參量表的大小；進(jìn)一步，所述加密參量表中的參數(shù)是部署服務(wù)器通過密鑰生成算法計(jì)算得到的隨機(jī)數(shù)串；進(jìn)一步，所述隨機(jī)數(shù)串為部署服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型為節(jié)點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)長度的隨機(jī)數(shù)串；進(jìn)一步，所述加密參量表保存格式包括單個(gè)參量位數(shù)、加密參量表行數(shù)以及加密參量表列數(shù)；進(jìn)一步，所述部署服務(wù)器在為節(jié)點(diǎn)分配加密參量表的同時(shí)，信任中心保存與節(jié)點(diǎn)相同的加密參量表，同時(shí)將加密參量表與節(jié)點(diǎn)ID綁定。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明利用加密算法的特點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)預(yù)存儲(chǔ)一張獨(dú)立的加密參量表，結(jié)合普通的密鑰管理機(jī)制，即可完成報(bào)文的動(dòng)態(tài)加密，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的保密性，而不需要頻繁的更新密鑰或者一次性存儲(chǔ)多個(gè)密鑰以完成數(shù)據(jù)加密的實(shí)時(shí)性以及靈活性。本發(fā)明的消耗僅在于加密參量表的存儲(chǔ)以及加密參量位置信息的傳輸，上述開銷相比于頻繁的更新和存儲(chǔ)大量密鑰來講要小得多。同時(shí)加密參量表是以預(yù)存儲(chǔ)的方式存入節(jié)點(diǎn)中，而不是用加密傳輸?shù)姆绞?，從而增?qiáng)了加密參量表本身的安全性，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｃ苄?，以?yīng)對(duì)無線環(huán)境中由于容易被竊聽而導(dǎo)致的信息泄露以及密鑰破獲的威脅。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其它優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的工作控制過程示意圖；
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)施例的各種數(shù)據(jù)和方法，優(yōu)選實(shí)施例僅是作為說明本發(fā)明的實(shí)施方法的一個(gè)特例，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的工作控制過程示意圖，如圖所示本發(fā)明提供的一種基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法，包括以下步驟Sl 在組網(wǎng)之前，部署服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型依次為每個(gè)節(jié)點(diǎn)存入加密參量表；所述加密參量的位置信息是根據(jù)加密參量表的行順序進(jìn)行排列，所述加密參量的位置信息的長度等于加密參量表的大小。所述加密參量表中的參數(shù)是部署服務(wù)器通過密鑰生成算法計(jì)算得到的隨機(jī)數(shù)串。所述隨機(jī)數(shù)串為部署服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型為節(jié)點(diǎn)生成對(duì)應(yīng)長度的隨機(jī)數(shù)串。所述加密參量表保存格式包括單個(gè)參量位數(shù)、加密參量表行數(shù)以及加密參量表列數(shù)。所述部署服務(wù)器在為節(jié)點(diǎn)分配加密參量表的同時(shí)，信任中心保存與節(jié)點(diǎn)相同的加密參量表，同時(shí)將加密參量表與節(jié)點(diǎn)ID綁定。S2:在通信過程中，通信發(fā)起者首先根據(jù)接收者的身份信息，查找與它共享的對(duì)偶密鑰，然后根據(jù)加密算法要求，選擇加密參量共同作為加密算法的輸入量完成報(bào)文加密；S3 將加密參量的位置信息以明文的形式附加于報(bào)文并發(fā)送；S4 接收者在接收到報(bào)文之后，首先根據(jù)報(bào)文中攜帶的發(fā)起者的身份信息查找與發(fā)起者共享的對(duì)偶密鑰；S5 然后根據(jù)加密參量位置信息在對(duì)應(yīng)的加密參量表中查找加密過程中使用的參量；S6 最后使用對(duì)偶密鑰以及加密參量共同完成報(bào)文解密操作。本實(shí)施例通過本發(fā)明內(nèi)容中的加密參量表預(yù)存儲(chǔ)方式給每個(gè)節(jié)點(diǎn)分發(fā)加密參量表，通過本發(fā)明中所述的動(dòng)態(tài)加密方式來保證報(bào)文傳輸?shù)谋Ｃ苄浴Ｓ捎诠?jié)點(diǎn)與信任中心之間密鑰的分發(fā)和更新非本發(fā)明所述重點(diǎn)，因此本發(fā)明假定在基于6LoWPAN的IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中已存在完善的密鑰分發(fā)和更新機(jī)制，來保證網(wǎng)絡(luò)基本的身份以及數(shù)據(jù)傳輸安全。結(jié)合本發(fā)明內(nèi)容中的基于加密參量表中的動(dòng)態(tài)加密方法， 對(duì)分片報(bào)文實(shí)行動(dòng)態(tài)加密，在不改變密鑰更新頻率以及密鑰長度的前提下，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的保密性。以下將結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。在組網(wǎng)之前，部署服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型依次為每個(gè)節(jié)點(diǎn)用密鑰生成算法生成相應(yīng)的隨機(jī)數(shù)串，并且連同加密參量表存儲(chǔ)格式一同存入節(jié)點(diǎn)，其中加密參量表的存儲(chǔ)格式包括單個(gè)參量位數(shù)，加密參量表行數(shù)以及加密參量表列數(shù)。節(jié)點(diǎn)將隨機(jī)數(shù)串根據(jù)加密參量表存儲(chǔ)格式生成加密參量表并保存，同時(shí)部署服務(wù)器告知信任中心節(jié)點(diǎn)ID以及節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的加密參量表。
表 1
Noncel-INoncel-2Nonce1-3 · ·Noncel-jNonce2-lNonce2-2Nonce2-3 · ·Nonce2-jNonce3-lNonce3-2Nonce3-3 · ·Nonce3-j · · · · · · · · · ·Noncei-INoncei-2Noncei-3 · ·Noncei-j表1為本發(fā)明實(shí)施例提供的加密參量表，表中Noncei-j表示位于第i行第j列中的加密參量。本實(shí)施例假設(shè)節(jié)點(diǎn)A為普通傳感器節(jié)點(diǎn)，部署服務(wù)器根據(jù)其節(jié)點(diǎn)類型為其分配大小為i*j的加密參量表(其中i表示加密參量表的行數(shù)，j表示加密參量表的列數(shù))， 單位參量長度為η個(gè)比特位，則部署服務(wù)器首先使用密鑰生成算法生成i*j*n位的隨機(jī)數(shù)串，將該隨機(jī)數(shù)串存入節(jié)點(diǎn)，同時(shí)告知節(jié)點(diǎn)加密參量表的存儲(chǔ)格式，節(jié)點(diǎn)將上述隨機(jī)數(shù)串按照加密參量表的存儲(chǔ)格式進(jìn)行存儲(chǔ)。在隨后的通信過程中，本實(shí)施例以節(jié)點(diǎn)A與信任中心之間的通信為例。首先根據(jù)接收者的身份信息，查找與它共享的對(duì)偶密鑰，然后根據(jù)加密算法要求，選擇m個(gè)加密參量作為加密算法的輸入量。以AES加密算法為例，該加密算法中有如下四個(gè)輸入項(xiàng)密鑰、加密矢量(與密鑰唯一對(duì)應(yīng))、八位位串m和八位位串a(chǎn)，其中m和a通過輸入變換共同生成加密運(yùn)算和完整性校驗(yàn)運(yùn)算的參量，由此可知在這種情況下，加密參量表中保存是參量是用于參與構(gòu)造加密算法中八位位串m和八位位串a(chǎn)的。通信同時(shí)使用對(duì)偶密鑰以及隨機(jī)選擇的加密參量共同完成對(duì)報(bào)文的加密過程。通信在構(gòu)造報(bào)文時(shí)，需要將隨機(jī)選取的m個(gè)加密參量的位置信息以明文的形式附加與報(bào)文上，位置信息是根據(jù)行的順序進(jìn)行排列，被選中的參量位置信息為1，而未被選中的參量位置信息表示為0，因此加密參量位置信息的長度為i*j。對(duì)于位置信息的表示，以 4*4加密參量表為例，隨機(jī)選取4個(gè)加密參量，即noncel-2，nonce2-3，nonce3-l，nonce4_4， 則加密參量的位置信息表示為0100 0010 1000 0001這樣的16位位串。接收者在接收到報(bào)文之后，首先根據(jù)報(bào)文中攜帶的身份信息查找與共享的對(duì)偶密鑰，然后根據(jù)加密參量位置信息在對(duì)應(yīng)的加密參量表中查找加密過程中使用的參量，最后將密文，對(duì)偶密鑰以及加密參量作為加密過程的輸入，對(duì)報(bào)文進(jìn)行解密操作。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法，其特征在于包括以下步驟Sl 在組網(wǎng)之前，部署服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型依次為每個(gè)節(jié)點(diǎn)存入加密參量表； S2:在通信過程中，通信發(fā)起者首先根據(jù)接收者的身份信息，查找與它共享的對(duì)偶密鑰，然后根據(jù)加密算法要求，選擇加密參量表中的加密參量共同作為加密算法的輸入量完成報(bào)文加密；S3 將加密參量中的位置信息以明文的形式附加于報(bào)文并發(fā)送； S4:接收者在接收到報(bào)文之后，根據(jù)報(bào)文中攜帶的發(fā)起者的身份信息查找與發(fā)起者共享的對(duì)偶密鑰；55根據(jù)加密參量位置信息在對(duì)應(yīng)的加密參量表中查找加密過程中使用的加密參量；56使用對(duì)偶密鑰以及加密參量共同完成報(bào)文解密操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法，其特征在于，所述加密參量的位置信息是根據(jù)加密參量表的行順序進(jìn)行排列，所述加密參量的位置信息的長度等于加密參量表的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法，其特征在于，所述加密參量表中的參數(shù)是部署服務(wù)器通過密鑰生成算法計(jì)算得到的隨機(jī)數(shù)串。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法，其特征在于，所述隨機(jī)數(shù)串為部署服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型為節(jié)點(diǎn)生成的對(duì)應(yīng)長度的隨機(jī)數(shù)串。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法，其特征在于，所述加密參量表保存格式包括單個(gè)參量位數(shù)、加密參量表行數(shù)以及加密參量表列數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法，其特征在于，所述部署服務(wù)器在為節(jié)點(diǎn)分配加密參量表的同時(shí)，信任中心保存與節(jié)點(diǎn)相同的加密參量表，同時(shí)將加密參量表與節(jié)點(diǎn)ID綁定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于加密參量表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)加密方法，首先在組網(wǎng)前，部署服務(wù)器根據(jù)節(jié)點(diǎn)類型依次為每個(gè)節(jié)點(diǎn)存入加密參量表；然后通信發(fā)起者首先根據(jù)接收者的身份信息、對(duì)偶密鑰以及加密參量完成報(bào)文加密并發(fā)送；最后接收者根據(jù)報(bào)文中的身份信息、對(duì)偶密鑰以及參量信息完成報(bào)文解密操作；本發(fā)明給每個(gè)節(jié)點(diǎn)預(yù)存儲(chǔ)獨(dú)立加密參量表，結(jié)合普通的密鑰管理機(jī)制，完成報(bào)文的動(dòng)態(tài)加密，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的保密性，不需要頻繁的更新密鑰或者一次性存儲(chǔ)多個(gè)密鑰以完成數(shù)據(jù)加密的實(shí)時(shí)性、靈活性，同時(shí)加密參量表是以預(yù)存儲(chǔ)的方式存入節(jié)點(diǎn)中增強(qiáng)了加密參量表的安全性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｃ苄裕詰?yīng)對(duì)無線環(huán)境中由于易被竊聽而導(dǎo)致信息泄露以及密鑰破獲的威脅。
文檔編號(hào)H04W12/02GK102404731SQ201110459808
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者張曉 , 王一帆, 王平, 王浩, 程果 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)