[發(fā)明專利]一種基于物理層服務(wù)數(shù)據(jù)提取隨機數(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加密方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010955268.6
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112105019B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉挺;趙鴻毅;龐宇;王駿超;韓凱寧;肖青;劉勇;馬萃林;楊利華
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué);中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司;重慶兩江半導(dǎo)體研究院有限公司
• 主分類號: H04W12/03
• 分類號: H04W12/03;H04W12/041;H04W12/121;H04W84/18;H04W52/02;H04L9/08
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發(fā)明涉及一種基于物理層服務(wù)數(shù)據(jù)提取隨機數(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加密方法，屬于數(shù)據(jù)加密技術(shù)領(lǐng)域。該方法通過引入物理層服務(wù)數(shù)據(jù)提的取隨機數(shù)作為密鑰參數(shù)進(jìn)行擾動生成隨機密鑰流；傳感器采集的數(shù)據(jù)使用隨機密鑰流進(jìn)行加密后傳輸至發(fā)送節(jié)點，由服務(wù)器接收端接收后解密：密鑰同步過程，由前導(dǎo)序列同步后得到相應(yīng)的物理層服務(wù)數(shù)據(jù)隨機數(shù)，得到與發(fā)送端相同的密鑰參數(shù)生成密鑰，對密文流進(jìn)行解密得到明文流。本發(fā)明的有益效果是能夠有效的防止無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰被惡意獲取的問題，同時有效的防止了因無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸?shù)牟贿B續(xù)性所帶來的虛警與漏警的情況，并極大減少了節(jié)點功耗，延長了節(jié)點電池使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)加密技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于物理層服務(wù)數(shù)據(jù)提取隨機數(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加密算方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless?Sensor?Networks,WSN)是指無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(WSN節(jié)點)?以自組織的形式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，采集并處理目標(biāo)區(qū)域中被監(jiān)測對象的相關(guān)信息，并發(fā)送至觀察者。

與RFID系統(tǒng)不同，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的增加與減少的方式更加便捷，并且在特定的WSN應(yīng)用場景中節(jié)點是可移動的，這就使得前一時刻在某WSN網(wǎng)關(guān)轄區(qū)內(nèi)的節(jié)點，下一時刻可能出現(xiàn)在其他的WSN網(wǎng)關(guān)轄區(qū)內(nèi)。因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的計算、存儲能力以及功耗上限受限，許多用于有線或其他自組織網(wǎng)絡(luò)的安全密鑰管理模式則不適用于WSN。

基于上述原因，到目前為止已經(jīng)有相當(dāng)多適用于WSN系統(tǒng)的輕量級以及超輕量級密鑰管理方案被提出以解決資源受限的問題，在這些方案中，根據(jù)WSN節(jié)點在運行時對密鑰的更新方式，可分為靜態(tài)和動態(tài)兩大類。在靜態(tài)密鑰管理中，采用密鑰預(yù)分配的原則，將密鑰固定在網(wǎng)絡(luò)的整個生命循環(huán)周期內(nèi)。然而，由于長期使用不變的密鑰，其被攻破的幾率會大大增加。相反，動態(tài)密鑰管理則可極大程度的規(guī)避這些問題。但同時也會增加許多額外的能量消耗和開銷。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于物理層服務(wù)數(shù)據(jù)提取隨機數(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加密算法，有效的解決了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的密鑰被惡意獲取的問題，同時有效的防止了因無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸?shù)牟贿B續(xù)性所帶來的虛警與漏警的情況，并極大減少了節(jié)點功耗，延長了節(jié)點電池使用壽命。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于物理層服務(wù)數(shù)據(jù)提取隨機數(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加密方法，該方法通過引入物理層服務(wù)數(shù)據(jù)提的取隨機數(shù)作為密鑰參數(shù)進(jìn)行擾動從而生成隨機密鑰流，用于加解密傳感器采集的數(shù)據(jù)；傳感器采集的數(shù)據(jù)使用隨機密鑰流進(jìn)行加密后傳輸至發(fā)送節(jié)點，由服務(wù)器接收端接收后解密：密鑰同步過程，由前導(dǎo)序列同步后得到相應(yīng)的物理層服務(wù)數(shù)據(jù)隨機數(shù)，得到與發(fā)送端相同的密鑰參數(shù)生成密鑰，對密文流進(jìn)行解密得到明文流。

進(jìn)一步，該方法具體包括以下步驟：

S1：使用初始密鑰參數(shù)K_ini，擾動后生成初始密鑰；

S2：計數(shù)器計數(shù)一次，得到下一次物理層服務(wù)數(shù)據(jù)隨機數(shù)位交換模式；

S3：初始密鑰對明文流I_pi進(jìn)行加密生成密文流I_ci，通過發(fā)送節(jié)點向接收端進(jìn)行傳輸；

S4：接收端接收到密文流后，使用初始密鑰參數(shù)K_ini生成與發(fā)送端相同的密鑰流K_i；

S5：計數(shù)器計數(shù)一次，得到下一次物理層服務(wù)數(shù)據(jù)隨機數(shù)位交換模式；

S6：密文流I_ci通過密鑰流K_i進(jìn)行解密得到明文流I_pi。

進(jìn)一步，所述的物理層服務(wù)數(shù)據(jù)隨機數(shù)是將物理層服務(wù)(PSDU)中的物理幀主體(MAC?Frame?body)選取前4個字節(jié)，其中每2個字節(jié)生成隨機數(shù)作為密鑰參數(shù)。