[发明专利]一种水下无线传感器网络密钥预分配方法

说明书

本发明公开了一种水下无线传感器网络密钥预分配方法，包括：步骤一、获取水下无线传感器网络中的TA节点、各分区的簇头节点和分区内的其他节点；对TA节点、每个簇头节点及每个簇头节点所在的分区内的其他节点赋予ID；其中，所有节点的ID值e满足e∈GF(q)，GF(q)表示元数为q的有限域；并且TA节点、每个簇头节点及同一个分区内的所有节点的ID不同；步骤二、获取节点s的ID值e_s，得到节点s的密钥发生器F(x＝e_s，y)；步骤三、根据密钥发生器得到节点s与节点t的共享安全密钥F(x＝e_s，y＝e_t)；其中，共享密钥通过如下有理函数进行计算：式中，w表示构成有理函数的多项式的次数的上限值；α_ij表示有理函数的系数，并且满足α_ij＝α_ji。

技术领域

本发明属于水下无线传感器网络技术领域，特别涉及一种水下无线传感器网络密钥预分配方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN)通常在很大的区域部署大量的节点，在智能交通、军事或者灾害信息的收集、车载网络等方面有着重要的应用。每个传感器节点由电池供电，具有有限的数据处理能力，短距离的无线通信能力。在许多应用场景中，传感器节点间的安全通信包括身份验证、隐私和完整性等,因此，传感器节点间必须建立共享密钥。然而，直接使用密码学领域的已知密钥分发方案到无线传感器网络上不是一种有效的解决方案，这是由于无线传感器网络在通信、计算和能源资源的限制。

目前，随机密钥建立协议已经由Eschenauer和Gligor提出并研究，并且扩展到q-复合密钥预分配方案。当传感器节点的数量较大时，这些随机网络密钥预分配机制(KPS)共享成对密钥系数也很大，因此存储量与计算量也很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下无线传感器网络密钥预分配方法，其根据水下无线传感器网络分布的特点，利用GF(q)[x]上的一些随机不可约多项式，基于有理函数进行密钥分配，通过这种分配方法可以抵抗大规模的无线传感器网络；和目前的预分配密钥协议相比，具有通信量少、计算量少、储存量少和安全性高的优点。

本发明提供的技术方案为：

一种水下无线传感器网络密钥预分配方法，包括如下步骤：

步骤一、获取水下无线传感器网络中的TA节点、各分区的簇头节点和分区内的其他节点；对所述TA节点、每个所述簇头节点及每个所述簇头节点所在的分区内的其他节点赋予ID；

其中，所有节点的ID值e满足e∈GF(q)，GF(q)表示元数为q的有限域；并且所述TA节点、每个所述簇头节点及同一个分区内的所有节点的ID不同；

步骤二、获取节点s的ID值e_s，得到节点s的密钥发生器F(x＝e_s，y)；

步骤三、根据所述密钥发生器得到节点s与节点t的共享安全密钥F(x＝e_s,y＝e_t)；

其中，所述共享密钥通过如下有理函数进行计算：

式中，w表示构成有理函数的多项式的次数的上限值；α_ij表示有理函数的系数，并且满足α_ij＝α_ji；u_i(x)、u_j(y)分别表示是GF(q)[x]、GF(q)[y]上所有次数小于等于w的多项式所构成的线性空间上的一组基。

优选的是，并且w取整数；

式中，M表示水下无线传感器网络中的节点总数。

优选的是，q的取值范围为：q＞max{c+1+|Pi|}，并且q为素数；