[發(fā)明專利]基于CPK的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110336417.5
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113055883A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉思源
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶富民銀行股份有限公司
• 主分類號: H04W12/041
• 分類號: H04W12/041;H04W12/06;H04L9/30;H04L9/08
• 代理公司: 重慶強(qiáng)大凱創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50217
• 代理人: 趙玉乾

本發(fā)明涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于CPK的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及方法，該方法包括以下內(nèi)容：密鑰生成分配步驟，生成密鑰矩陣，密鑰矩陣包括私鑰矩陣和公鑰矩陣，各個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取各自私鑰以及公鑰矩陣；成簇步驟，簇頭競選節(jié)點(diǎn)與其他各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信完成密鑰協(xié)商，將所有節(jié)點(diǎn)信息映射至布隆過濾器，簇頭競選節(jié)點(diǎn)將布隆過濾器發(fā)送給各個(gè)節(jié)點(diǎn)；簇內(nèi)通信步驟，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)接收到其他節(jié)點(diǎn)的通信請求時(shí)，通過布隆過濾器進(jìn)行驗(yàn)證，完成密鑰協(xié)商，并通過協(xié)商的會話密鑰進(jìn)行通信。本申請的基于CPK的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織，提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，還能夠保障傳感器節(jié)點(diǎn)通信的安全性，保障數(shù)據(jù)的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于CPK的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(Wireless Sensor Network)被認(rèn)為是本世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，大量的應(yīng)用在供應(yīng)鏈管理中，是實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)感知的核心技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量靜止或移動的無線傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式組成的無線網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)的核心組成部分，其技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：大規(guī)模、自組織、動態(tài)性、魯棒性以及以數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由觀測區(qū)域內(nèi)部署的大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，用于協(xié)同自主的感知、搜集以及處理網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的感知對象信息，并將數(shù)據(jù)匯總并回傳給觀測者。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通常被劃分為若干分組，又稱簇，每一個(gè)簇由簇頭節(jié)點(diǎn)和其余普通節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，普通節(jié)點(diǎn)會將數(shù)據(jù)傳輸至簇頭節(jié)點(diǎn)，由簇頭節(jié)點(diǎn)將聚合的數(shù)據(jù)傳輸至基站，進(jìn)而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)傳輸效率，降低節(jié)點(diǎn)功耗的效果。簇頭節(jié)點(diǎn)承擔(dān)整個(gè)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，如何進(jìn)行簇內(nèi)選舉以確定簇頭節(jié)點(diǎn)，如何在簇頭節(jié)點(diǎn)失效時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的自組織以確保網(wǎng)絡(luò)通暢是目前傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用亟需解決的問題。

同時(shí)，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，傳感器網(wǎng)絡(luò)也面臨著越來越復(fù)雜的安全威脅；由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信信道的不可靠性和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳环€(wěn)定，通信協(xié)議容易受到各種攻擊，例如中間人攻擊、女巫攻擊、拒絕服務(wù)攻擊等。為了防范諸多的攻擊手段，如何設(shè)置身份認(rèn)證方式和方法以保證各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的安全也是至關(guān)重要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明意在提供基于CPK的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及方法，能夠保障傳感器節(jié)點(diǎn)通信的安全性，保障數(shù)據(jù)的可靠性。

本申請?zhí)峁┤缦录夹g(shù)方案：

基于CPK的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方法，包括以下內(nèi)容：

密鑰生成分配步驟，基于CPK技術(shù)生成密鑰矩陣，所述密鑰矩陣包括私鑰矩陣和公鑰矩陣，為各個(gè)節(jié)點(diǎn)分配私鑰，各個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取各自私鑰以及公鑰矩陣；

成簇步驟，簇頭競選節(jié)點(diǎn)與其他各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信完成密鑰協(xié)商，將所有節(jié)點(diǎn)信息映射至布隆過濾器，簇頭競選節(jié)點(diǎn)將布隆過濾器發(fā)送給各個(gè)節(jié)點(diǎn)；

簇內(nèi)通信步驟，簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)接收到其他節(jié)點(diǎn)的通信請求時(shí)，通過布隆過濾器進(jìn)行驗(yàn)證，完成密鑰協(xié)商，并通過協(xié)商的會話密鑰進(jìn)行通信。

進(jìn)一步，所述密鑰生成分配步驟包括：

獲取加密參數(shù)，根據(jù)加密參數(shù)生成密鑰矩陣；

為各個(gè)節(jié)點(diǎn)分配ID，根據(jù)設(shè)備的ID的映射值在密鑰矩陣中的對應(yīng)位置，計(jì)算節(jié)點(diǎn)私鑰并發(fā)送給節(jié)點(diǎn)；

將公鑰矩陣傳輸給節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)根據(jù)公鑰矩陣以及ID計(jì)算節(jié)點(diǎn)公鑰。

進(jìn)一步，所述密鑰生成分配步驟中，公鑰矩陣在部署無線網(wǎng)絡(luò)之前直接寫入節(jié)點(diǎn)的存儲媒介中。

進(jìn)而無需全網(wǎng)廣播，不法人員難以得到公鑰信息，使得整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)更加健壯。

進(jìn)一步，所述加密參數(shù)包括曲線參數(shù)、基點(diǎn)參數(shù)、階數(shù)、曲線點(diǎn)個(gè)數(shù)以及矩陣大小；

根據(jù)加密參數(shù)生成密鑰矩陣的步驟包括：