[發明專利]基于橢圓曲線密碼的傳感器網絡密鑰管理方法

有效

• 申請號: 201310069755.2
• 申請日: 2013-03-05
• 公開（公告）號: CN103124213A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 丁勇;丁繼強;官秀國
• 申請（專利權）人: 丁勇
• 主分類號: H04L9/30
• 分類號: H04L9/30;H04L9/08
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

1.一種基于橢圓曲線密碼的傳感器網絡密鑰管理方法，其特征是包括如下步驟：

（1）在全局初始化階段確定以下參數，即

①一個選擇好的全局的階為大素數q的橢圓曲線密碼群<G,+>及其生成元g；

②全局的哈希函數H和一個全局的對稱加密算法E；

③每個節點都預存儲一個全局可信任證書中心的公鑰P_CA；

④節點A的公私鑰對(x_A∈_RZ_q^*,y_A=x_Ag),用Cert_A表示包含節點A公鑰的證書，該證書由證書中心頒發；

⑤節點B的公私鑰對(x_B∈_RZ_q^*,y_B=x_Bg),用Cert_B表示包含節點B公鑰的證書，該證書由證書中心頒發；

上述符號_RZ_q^*表示從集合Z_q^*中隨機選取一個數；

（2）節點A隨機選取一個整數k_A∈_RZ_q^*，并計算u=k_Ag；再選擇一個隨機數R_A；然后將消息R_A||Cert_A||u發送給節點B；

（3）節點B接收到消息后，首先使用公鑰P_CA驗證Cert_A并提取節點A的公鑰y_A；若驗證失敗，則拒絕通信，協議失敗；

（4）若驗證成功，節點B隨機選取一個整數k_B∈_RZ_q^*，并計算v=k_Bg，再選擇一個隨機數R_B；然后依次計算K_BA2=k_By_A、K_AB2=x_Bu、v=k_Bgr_B=H(R_A||R_B||K_BA2||K_AB2||v)、w_B=r_B?mod?q、以及s_B=k_B+w_Bx_Bmod?q；

（5）節點B將消息R_A||R_B||Cert_B||v||S_B發送給節點A；

（6）節點A接收到消息以后，首先使用公鑰P_CA驗證Cert_A并提取A的公鑰y_A；若驗證失敗，則拒絕通信，協議失敗；

（7）若驗證成功，則節點A比較接收到的R_A與先前自己發送的R_A是否相同；若不相同，則拒絕通信，協議失敗；

（8）若相同，則節點A計算K_BA1=x_Av、K_AB1=k_Ay_B、r_B=H(R_A||R_B||K_BA1||K_AB1||v)、w_B=r_B?mod?q、以及v'=s_Bg-w_By_B，然后比較v'=v是否成立；若不成立，則拒絕通信，協議失敗；

（9）若成立，則節點A將K=K_BA1||K_AB1作為雙方共享的根密鑰；然后節點A以K為密鑰，將加密消息HMAC_K(R_B||u)發送給節點B；

（10）節點B接收到消息后，先使用K’=K_BA2||K_AB2，并同樣計算HMAC_K'(R_B||u)；后比較HMAC_K'(R_B||u)和自己接收到的HMAC_K(R_B||u)兩個結果是否相等；若不相等，則拒絕通信，協議失敗；

（11）若相等，則將K’=K_BA2||K_AB2作為雙方協商共享的根密鑰；協議完成。

2.一種基于橢圓曲線密碼的傳感器網絡密鑰管理方法，其特征是包括如下步驟：

（1）在全局初始化階段確定以下參數，即

①一個選擇好的全局的階為大素數q的橢圓曲線密碼群<G,+>及其生成元g；

②全局的哈希函數H和一個全局的對稱加密算法E；

③每個節點都預存儲一個全局可信任證書中心的公鑰P_CA；

④節點A的公私鑰對(x_A∈_RZ_q^*,y_A=x_Ag),用Cert_A表示包含節點A公鑰的證書，該證書由證書中心頒發；

⑤節點B的公私鑰對(x_B∈_RZ_q^*,y_B=x_Bg),用Cert_B表示包含節點B公鑰的證書，該證書由證書中心頒發；

上述符號_RZ_q^*表示從集合Z_q^*中隨機選取一個數；

（2）節點A隨機選取一個整數k_A∈_RZ_q^*，并計算u=k_Ag；再選擇一個隨機數R_A；然后將消息R_A||Cert_A||u發送給節點B；

（3）節點B接收到消息后，首先使用公鑰P_CA驗證Cert_A并提取節點A的公鑰y_A；若驗證失敗，則拒絕通信，協議失敗；

（4）若驗證成功，節點B隨機選取一個整數k_B∈_RZ_q^*，并計算v=k_Bg，再選擇一個隨機數R_B；然后依次計算K_BA2=k_By_A、K_AB2=x_Bu、v=k_Bgr_B=H(R_A||R_B||K_BA2||K_AB2||v)、w_B=r_B?mod?q、以及s_B=k_B+w_Bx_Bmod?q；

（5）節點B將消息R_A||R_B||Cert_B||v||S_B發送給節點A；

（6）節點A接收到消息以后，首先使用公鑰P_CA驗證Cert_A并提取A的公鑰y_A；若驗證失敗，則拒絕通信，協議失敗；

（7）若驗證成功，則節點A比較接收到的R_A與先前自己發送的R_A是否相同；若不相同，則拒絕通信，協議失敗；

（8）若相同，則節點A計算K_BA1=x_Av、K_AB1=k_Ay_B、r_B=H(R_A||R_B||K_BA1||K_AB1||v)、w_B=r_B?mod?q、以及v'=s_Bg-w_By_B，然后比較v'=v是否成立；若不成立，則拒絕通信，協議失敗；

（9）若成立，則節點A將K=K_BA1||K_AB1作為雙方共享的根密鑰；然后節點A以K為根密鑰，衍生出一個機密性保護密鑰K_C和完整性保護密鑰K_I，將加密消息發送給節點B；

（10）節點B接收到消息后，先使用K’=K_BA2||K_AB2，并同樣計算以K’為根密鑰，衍生出的一個機密性保護密鑰K’_C和完整性保護密鑰K’_I；后計算，并比較和自己接收到的是否相等；若不相等，則拒絕通信，協議失敗；若相等，節點B用機密性保護密鑰K’_C解密得到(R_A||R_B||u)'，比較(R_A||R_B||u)'和自己存儲下來的(R_A||R_B||u)是否完全一致，若不一致，則拒絕通信，協議失敗；若一致，節點B計算并組織消息發送給節點A；此時節點B認為協議成功，將在后續通信中使用機密性保護密鑰K’_C和完整性保護密鑰K’_I保護雙方通信數據；

（11）節點A接收到消息后，計算，并比較和自己接收到的是否相等；若不相等，則拒絕通信，協議失敗；若相等，節點A用機密性保護密鑰K_C解密得到(R_B||R_A||u)'，并比較(R_B||R_A||u)'和自己存儲下來的(R_B||R_A||u)是否完全一致，若不一致，則拒絕通信，協議失敗；若一致，則節點A認為協議成功，將在后續通信中使用機密性保護密鑰K'_C和完整性保護密鑰K'_I保護雙方通信數據。