[發明專利]分簇結構傳感器網絡的有效密鑰管理方法及其運行方法

無效

• 申請號: 200610032352.0
• 申請日: 2006-09-29
• 公開（公告）號: CN101155024A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發明（設計）人: 羅娟;李仁發;曾凡仔;崔艷玲;付彬;肖玲
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L9/16;H04L9/08
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器網絡的密鑰管理方法，具體是一種分簇結構傳感器網絡的有效密鑰管理方法。

背景技術

無線傳感器網絡在大多數的非商業應用中，如環境監測、森林放火、侯鳥遷徙跟蹤等應用，安全問題并不是一個非常重要的問題。而在另外一些領域，如商業上的小區無線安防網絡，軍事上在敵控區域監視敵方軍事部署的傳感器網絡等，對數據的采樣、數據的傳輸過程，甚至節點的物理分布方面，安全問題就顯得尤為重要。而傳感器網路的安全問題的解決思路和方法與傳統網絡安全問題不同，這主要是有網絡自身的特點決定的：如有限的存儲空間和計算能力；缺乏后期節點布置的先驗知識；布置區域的物理安全無法保證；有限的帶寬和通信能量；不僅是點到點的安全，更是整個網絡的安全等。正是因為無線傳感器網絡存在以上特點，節點的能量消耗和信道復用是首要解決的問題，另外，無線傳感器網絡中節點的數量較多，而可用的帶寬資源有限。

傳感器網絡受到的安全威脅和移動ad?hoc網絡所受到的安全威脅不同，所以現有的網絡安全機制不適合此領域，需要開發針對無線傳感器網絡的專門協議。無線傳感器網絡應用層的研究主要集中在密鑰管理和安全組播的研究。特別是密鑰管理協議的研究逐漸收到廣泛的關注。密鑰管理包括密鑰的產生、裝入、存儲、備份、分配、更新、吊銷和銷毀等內容，其中分配和存儲可能是最棘手的問題。最有代表性的密鑰管理方案有如下兩種。其一使分布式密鑰管理模型，如基于門限密碼管理論，利于實現分布式的CA來進行密鑰管理的算法。其二是自組織的密鑰管理模型，對于分布式的密鑰管理協議，算法本身對網絡節點的計算能力有較高的要求，且頻繁的密鑰分發增加了系統的處理開銷，降低了方案在能量受限的傳感器網絡環境中的可應用性。自組織的密鑰管理協議適用于長期存在的、有詳細布局的網絡，其隨機自組織性也可能引發主干鏈路選擇過程的大量重復，該方案在無線傳感器網絡中有一定的適用性。基于傳感器網絡的特點，有限的電源能量、通信能力和計算與存儲能力，開發有效節能的密鑰管理協議是當今傳感器網絡在安全應用方面需要解決的迫在眉睫的問題。

發明內容

針對以上技術問題，本發明目的是提供一種分簇結構傳感器網絡的有效密鑰管理協議方法及運行方法，共享密鑰的建立和密鑰的更新協議更為簡單，減小保密機制的能量開銷，同時有效縮短密鑰使用周期以提高系統安全性，滿足低功耗要求又保證網絡的安全性能。

本發明的技術方案是這種分簇結構傳感器網絡的有效密鑰管理方法，每個節點可以對不同的消息采用不同類型的密鑰加密，同時相應設置不同的密鑰對存儲方式，其特征在于，不同類型的密鑰對存儲方式分為如下幾類：A.基站(command?node)存儲初始化時和所有的傳感器節點之間共享的密鑰即主密鑰(master?key)，發現有節點失效時及時更新主密鑰；B.簇頭節點(cluster?head)存儲和基站共享的密鑰，存儲與其簇成員節點之間的密鑰(cluster?key)，存儲和其他簇頭共享的密鑰(group?key)；C.簇內節點(sensor?node)存儲與基站共享的密鑰和與其所在簇的簇頭共享的密鑰。

進一步，所述簇頭節點(cluster?head)與其簇成員節點之間的密鑰(cluster?key)和與其他簇頭共享的密鑰(group?key)存于RAM中。

進一步，所述簇內節點(sensor?node)與其所在簇的簇頭共享的密鑰可存儲于RAM中。

進一步，密鑰管理協議的運行方法是基于簇的低功耗自適應聚類體系即LEACH(Low?energy?adaptive?clustering?hierarchy)路由機制：初始化過程是在配置網絡的時候隨機確定的，簇頭與簇的形成均預先確定，經過一輪的通信完成后，協議再按照LEACH的執行過程進行密鑰的分配與傳輸，具體運行步驟如下：

1)每個傳感器節點s(有唯一的ID)預置與基站共享的獨立密鑰，該密鑰的生成方式為：KS=fKBS(s),]]>其中f是一個偽隨機函數，K_BS是基站掌控的主加密密鑰。