[發明專利]一種由接收方發起的安全的MAC協議

有效

• 申請號: 202011345119.4
• 申請日: 2020-11-25
• 公開（公告）號: CN112383884B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 羊秋玲;董威;黃向黨;陳艷霞;劉敬科
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: H04W4/06
• 分類號: H04W4/06;H04W12/0431;H04W12/06;H04W40/32;H04W84/18;H04B13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種由接收方發起的安全的MAC協議的實現方法，包括下列步驟：

（1）建立系統模型：在某一海域，一共有n個群集成員節點和一個群集頭節點，群集成員節點到群集頭節點的距離為單跳距離，節點在部署之前，每個節點都被分配唯一的ID和其它身份信息，每個節點都被分配唯一的主密鑰S用于網絡初始化階段的安全通信；

（2）將n個群集成員節點按與群集頭節點的傳播時延從大到小的順序排序，并為每個群集頭節點標號：t₁≥t₂≥...≥t_n其中下標為成員按時延大小的編號，5個階段分別使用5類報文CONFIG、RTS、ORDER、DATA、ACK，其中CONFIG、ORDER、ACK這三類控制包是由群集頭節點廣播到群集中的，不需要進行調度，RTS、DATA兩類報文是群集成員節點向群集頭節點發送的報文，需要群集頭節點的調度；群集頭將等待發送時間表2t₁-2t_i+?+(i-1)T+2(i-1)?,i=1,2，...，n加入到CONFIG控制包中，其中t_i，i=1,2，...，n分別表示n個群集成員節點到群集頭節點的傳播時延，而且，t₁≥t₂≥...≥t_n，其中T為控制包的傳輸時延，?是為了平衡網絡中因節點漂移而帶來的時間誤差，各個成員節點在完整的收到CONFIG包后根據收到CONFIG控制包的等待發送時間表，等待相應的時間后，各個成員節點開始向群集頭節點發送RTS控制包；群集頭節點根據收到的RTS控制包中的數據包數量信息計算得到各個成員節點的等待傳輸時間：2t₁-2t_i+? +(l₀+l₁+...+l_i-1)T_DATA+2(i-1)?,i=1,2，...，n，其中，T_DATA為一個數據包的傳輸時延，l_i，i=1,2，...，n為節點i需要傳輸的數據包數，l₀=0，并將等待傳輸時間加入到ORDER控制包中，群集頭節點廣播ORDER控制包；成員節點根據成功接收到的ORDER控制包中的等待傳輸時間等待相應時間后傳輸數據包；群集頭節點完成數據包接收后，根據數據包的接收情況廣播ACK控制包告知成員節點數據接收情況；

（3）根據上述已有的調度進行節點間ID身份信息交互，基于身份的密鑰分發，身份驗證，用于驗證數據來源的合法：群集頭將自身ID信息ID_cm、傳輸時刻t₀和根據（2）計算得到的各個成員節點的等待發送時間用預存的秘鑰S進行加密，在t₀時刻廣播到群集中，成員節點解密收到的密文，并根據解密得到的ID_cm計算得到群集頭基于身份的公鑰PID_cm，并將自身ID身份信息利用PID_cm加密后，在等待時間過后發送給群集頭節點；群集頭節點作為可信的PKG根據各個成員節點的ID身份信息計算各個成員節點的公鑰PID_i，私鑰PrID_i，i=1,2，...，n，將私鑰、傳輸時刻t₀和根據（2）計算得到的各個成員節點的等待發送時間使用PrID_cm進行加密，并廣播到集群，成員節點收到廣播信息后解密得到私鑰，并根據等待時間回復確認；群集頭節點生成(ID_cm||SM)，其中SM是群集頭存儲的用于驗證身份的秘密消息，群集頭將(ID_cm||SM)、傳輸時刻t₀和根據（2）計算得到的各個成員節點的等待發送時間使用PrID_cm加密后廣播到群集中，各個成員節點使用PID_cm解密得到(ID_cm||SM)，并使用單向哈希函數生成身份驗證消息Auth_i=H(ID_i，PrID_i，PID_cm)，i=1,2，...，n，節點只存儲各自的身份驗證信息，然后將(SM||Auth_i)使用PID_cm加密后等待相應時間后發送給群集頭，群集頭解密得到并存儲各個成員節點的身份驗證消息用于后續驗證數據包來源的合法性；在成員節點i根據（2）計算的等待時間發送數據DATA_i，i=1,2，...，n時，節點利用哈希算法得到D_i=H(Auth_i||DATA_i)，再將DATA_i與D_i一塊加密后等待相應時間后發送給群集頭，群集頭節點收到后解密得到數據DATA¹_i，再利用儲存的身份驗證信息使用同樣的哈希算法得到D¹_i=H(Auth_i||DATA¹_i)，如果D¹_i=D_i，則認為數據來源是合法的。