[发明专利]分区的无线传感器网络的安全密钥设置方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络的设置方法。 

背景技术

随着电子技术、计算机技术和无线通信技术的不断发展与融合，无线传感器网络技术越来越广泛的应用到生产、生活、军事等各个领域，用于实时监测、感知、采集监测对象的各种信息。由于无线传感器网络节点与传统的传感器节点相比具有体积小、价格低、智能化的特点，通常被大量的布置在开放区域。 但是正是由于传感器节点的存储空间有限、计算能力较低、传输范围有限，能量有限的特点，复杂的安全算法无法实施，如何在有限的能量要求和传输范围下，设计合理的安全算法保护节点间信息的安全性，是目前研究的热点。 

如何实现网络的连通性、安全性及能量消耗三者的平衡是目前无线传感器网络密钥管理研究的重点和难点，通过对现有无线传感器网络密钥管理的综合分析和比较，目前所报道的密钥预分配管理方法主要存在以下几个方面的问题：（1）通过部署方式可以提高网络的连通性能，但是安全性能不高；（2）通过引入类似单密钥空间密钥预分配方案可以保证网络任意两个节点都能够直接建立配对密钥，在受损节点不超过阈值时不会泄漏任何机密信息，但是资源开销占有极大；（3）文献[1]~[3]进行了扩展和深入的研究，但是仍旧不能很好的平衡安全与资源开销的关系。 

发明内容

本发明的发明目的在于通过一种克服现有技术的不足，进一步平衡无线传感器网络能量消耗与安全性之间的关系，保证网络的连通率，有效的提高节点的通信效率和计算效率，同时增强节点的抗捕获攻击能力的分区的无线传感器网络的安全密钥设置方法。 

本发明是这样实现的， 

步骤一：将无线传感器网络节点布设区域划分为大小相同的p×p正方形网格，每个网格称为部署区域（i，j），i=1,2,3,…，j=1,2,3,…，p≥2；

步骤二：

1.　产生密钥矩阵空间：由 个（，）矩阵对元素组成的矩阵空间（为下三角矩阵，为上三角矩阵，，的乘积为对称矩阵，称为密钥矩阵空间，每个矩阵对元素对应唯一的ＩＤ值，产生过程如下：

①. 首先生成一个大型密钥池，

②随机的从该密钥池中选取m(m+1)/2个密钥组成m阶对称矩阵K_h，应用矩阵分解法把矩阵K_h分解为一个m ×m的下三角矩阵L_h和一个m×m的上三角矩阵U_h，则（L_h，U_h）矩阵对构成了矩阵对元素，矩阵对元素的标识h是该元素相应的唯一ID值，

③按照②方法，在密钥池中选取个密钥构造由个矩阵对元素构成的密钥矩阵空间，

２. 基于部署策略的子密钥矩阵空间：从密钥矩阵空间的个矩阵对元素中任意选取Ｔ个矩阵对元素组成子密钥矩阵空间，将该子密钥矩阵空间的矩阵对元素的选取与部署策略相结合形成基于部署策略的子密钥矩阵空间，其生成过程如下：

①从密钥矩阵空间个矩阵对元素中随机选取T个矩阵对元素组成基于部署策略的子密钥矩阵空间S_1,1，然后从密钥矩阵空间中删除这T个矩阵对元素，基于部署策略的子密钥矩阵空间S_1,1与部署区域（1,1）对应，

②基于部署策略的子密钥矩阵空间，j=2,3,…，该基于部署策略的子密钥矩阵空间，j=2,3,…与部署区域（1,j），j=2,3,…对应，该基于部署策略的子密钥矩阵空间，j=2,3,…的矩阵对元素组成是先从基于部署策略的子密钥矩阵空间，j=2,3,…中选取aT个矩阵对元素，从密钥矩阵空间中选取α=（1-a）T个矩阵对元素，然后从密钥矩阵空间中删除这α个矩阵对元素，0＜a <1，

③基于部署策略的子密钥矩阵空间，i=2,3,…，该基于部署策略的子密钥矩阵空间，i=2,3,…与部署区域（i,1），i=2,3,…对应, 该基于部署策略的子密钥矩阵空间，i=2,3,…的矩阵对元素组成是先由基于部署策略的子密钥矩阵空间，i=2,3,…中选取aT个矩阵对元素，而后从密钥矩阵空间中选取α=（1-a）T个矩阵对元素，然后从密钥矩阵空间中删除这α个矩阵对元素，0＜a<1，