[发明专利]层级型无线传感网络内节点间数据进行安全传输的方法

说明书

技术领域

本发明属于无线传感网络内数据安全技术领域，具体涉及一种层级型无线传感网络内节点间数据进行安全传输的方法。

背景技术

1996年，美国UCLA大学的William J Kaiser教授向DARPA提交的“低能耗无线集成微型传感器”揭开了现代WSN网络的序幕。1998年，同是UCLA大学的Gregory J Pottie教授从网络研究的角度重新阐释了WSN的科学意义。

无线传感网巨大的应用价值引起了商业界、工业界、军事界和学术界的极大关注。2003年，美国MIT《技术评论》杂志评价无线传感网为十大未来新型技术的第一项，《今日防务》更预测WSN的发展将会引起军事领域内技术和战争的一场革命。早在20世纪90年代，针对WSN的研究已经开始展开。2003年，在美国自然科学基金委员会(NSF)针对无线传感网制定的长远研究计划的支持下，麻省理工大学，加州大学伯克利分校等都开展了对无线传感网的关键技术和基础理论的研究。我国对无线传感网的研究几乎与发达国家同步，在99年中科院发布的“信息与自动化领域研究报告”中首次正式将无线传感网作为五大重点项目之一。在2006年初发布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》确定的3个信息技术前沿项目中有两个是WSN领域的。

安全是无线传感网中很关键的一个课题，尤其当无线传感网应用于军事领域，传感器被部署于野外时。若传感器被捕获，其中很多关键信息将被敌手捕获、篡改、伪造，这将严重威胁个人乃至国家的安全。无线传感网的安全问题主要包括数据融合、入侵检测、路由安全、密钥管理、加密和认证算法等。在无线传感网的安全机制中，密钥的安全性是基础，相应的密钥管理是传感器网络安全中最基本的问题。实际上，认证问题也是无线传感网中的一个重要问题，认证密钥(Authentication key)和通信密钥(session key)同属于无线传感网中密钥管理的对象实体，前者保障了认证安全，后者直接为节点间的加解密安全通信提供服务。目前，国内外众多学者对无线传感网安全涉及的各方面研究都很多，尤其是如何采用各种算法实现高效的无线传感网的密钥管理的研究很广泛，很深入。且无线传感网密钥管理的研究主要集中在通信密钥的预分配和管理上，即密钥材料在节点部署之前的预分配以及节点部署到位之后通信密钥的协商生成。而对安全认证和认证密钥的研究比较薄弱，将两者结合在一起的研究也很薄弱。

目前大多数无线传感网安全方面的研究主要是专门针对密钥管理方案的以及如何采用更好的加密算法。特别地均涉及到密钥预分配管理方案，针对现有的密钥管理方案中关于安全性、密钥连通性、存储消耗等方面表现的不足，提出的各种安全有效的密钥管理方案。对于无线传感网的认证方面的研究也日益增多，主要是对认证机制的研究，但是将认证与加密结合在一起并且应用于无线传感网安全中的研究比较薄弱。本发明因此而来。

发明内容

本发明目的在于提供一种层级型无线传感网络内节点间数据进行安全传输的方法，解决了现有技术中无线传感网安全问题突出，现有的密钥管理方案中关于安全性、密钥连通性、存储消耗等方面表现的不足等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种层级型无线传感网络内节点间数据进行安全传输的方法，所有节点按LANCH规则分簇，包括簇头节点和簇头节点管辖的普通节点，所述簇内节点间直接进行数据通信，簇间节点通过各自的簇头节点进行数据通信，其特征在于所述方法包括层级型无线传感网络内节点先进行密钥预分配，然后判断发送节点与接收节点的关系进行数据传输的步骤，其中簇内节点通过密钥预分配得到的共享密钥或路径密钥加密进行信息传输；所述簇间节点进行数据通信按照如下步骤进行：

（1）发送节点根据与发送节点所在簇的簇头节点的共享密钥对信息加密，将信息安全传送给发送节点的簇头节点；

（2）发送节点的簇头节点对传来的信息解密，用时间戳作为密钥加密，再将密文与时间戳打乱，记录在CRC中后，把整个数据包传送给接收节点所在簇的簇头节点；

（3）接收节点的簇头节点提取时间戳并检测，若检测合格则将数据包解密，通过与接收节点的共享密钥加密后安全传送给接收节点，接收节点解密得到发送节点传送的数据。

优选的，所述方法中簇内节点发送节点和接收节点在共享密钥发现阶段没有找到共享密钥时，则通过两者的簇头节点建立路径密钥，通过路径密钥加密数据后进行数据传输。

优选的，所述方法中密钥预分配包括以下步骤：