[發明專利]基于區塊鏈技術的水聲協作網絡多移動設備身份驗證方法

有效

• 申請號: 202110017868.2
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112788527B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 陳友淦;李詩宇;熊長靜;張檬;張家揚;陶毅;許肖梅
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H04W4/02
• 分類號: H04W4/02;H04W4/06;H04W12/00;H04W12/06;H04W24/02;H04W40/32;H04B13/02;H04B11/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

基于區塊鏈技術的水聲協作網絡多移動設備身份驗證方法，涉及水聲網絡。將區塊鏈技術引入以水聲網絡為基本構架的海洋物聯網，根據水聲數據傳輸的時間消耗模型，提出主、副簇頭協作的多移動設備身份驗證方法，雖然在初次入網身份驗證時耗費一定的區塊鏈共識時間，但是當該外圍移動設備移動到其它集群請求再次入網時，其它集群的主簇頭、副簇頭在區塊鏈的公共賬本上查賬后無需對其再進行身份驗證，節約入網的身份驗證時間。主、副簇頭協作方案，使得在有副簇頭的情況下，主、副簇頭在接收到身份驗證請求后可同時對兩個外圍移動設備進行初次身份驗證與查賬，比沒有副簇頭的情況節省更多時間，使水下移動設備請求入網的身份驗證時延顯著降低。

技術領域

本發明涉及水聲網絡，尤其是涉及一種基于區塊鏈技術的水聲協作網絡多移動設備身份驗證方法。

背景技術

隨著物聯網技術的發展和成熟，為緩解陸地上人類社會發展面臨的資源短缺問題，人們開始探索和發展海洋物聯網以開發蘊藏豐富、潛力巨大的海洋資源上。目前，由于水下環境的特殊性，水聲通信技術是水下物聯網(IoUT)設備實現成功接入海洋物聯網中的關鍵，在民用和軍事領域均有重要應用前景。

在由IoUT設備構成的海洋物聯網中，常常需要利用AUV等移動設備對IoUT設備進行水聲數據搜集、節點充電等水下作業，這意味著海洋物聯網面臨外圍移動設備入網的身份證驗證問題。

由于水聲信道可用帶寬窄、信號傳輸衰減嚴重、數據傳輸速度低等因素，AUV等外圍移動設備的身份驗證存在時延大，以及由此導致的信息傳輸準確性低等缺點。在身份驗證等安全問題方面的研究中，近年來區塊鏈技術備受關注。借鑒陸上基于區塊鏈的無線電信號身份驗證方法，Yazdinejad等(A.Yazdinejad,R.M.Parizi,G.Srivastava,A.Dehghantanha,and K.R.Choo,“Energy Efficient Decentralized Authentication inInternet of Underwater Things Using Blockchain,”2019 IEEE Globecom Workshops(GC Wkshps),Waikoloa,HI,USA,2019,pp.1-6)將區塊鏈技術引入IoUT的設計中，以解決外圍水下移動設備入網的身份驗證問題，在降低水聲傳輸時延方面取得顯著效果。

但是，上述方法在海洋物聯網的每個集群中，只設置一個主簇頭對外圍水下移動設備入網進行身份驗證，且每次只有單個移動設備請求進入集群進行組網，并未考慮多個外圍移動設備同時請求進入集群進行組網的身份驗證問題，無法滿足未來海洋物聯網高數據吞吐量、多任務并行運行的新發展和應用需求。

目前，利用區塊鏈技術在海洋物聯網中，進行水聲網絡的相關設計和研究尚較少見。此外，海洋物聯網中的IoUT設備集群組網拓撲的不確定性，給水聲網絡的安全設計帶來極大挑戰，如何利用區塊鏈技術進行設計具有一定的前瞻性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于區塊鏈技術的水聲協作網絡多移動設備身份驗證方法。針對多外圍移動設備同時進入海洋物聯網進行水聲組網數據搜集的場景，結合水聲數據傳輸的時間消耗模型，提出在水聲網絡中設置主簇頭和副簇頭協作、利用區塊鏈技術進行多AUV等移動設備同時入網的身份驗證，旨在減小水聲協作網絡中多AUV等移動設備身份驗證的傳輸時延。

本發明包括以下步驟：

1)考慮由N個水下物聯網(IoUT)設備組成的以水聲網絡為基本構架的海洋物聯網，將網絡中各IoUT設備(以下稱為“固定節點”)進行注冊，授予每個設備一個獨一無二的密鑰，此密鑰作為設備唯一的標識符，相當于其“身份證號”；