[发明专利]具有丢包容忍和机密保障的无线传感器网络代码分发方法

摘要

具有丢包容忍和机密保障的无线传感器网络代码分发方法，属于无线传感器网络应用技术领域，（1）源节点对待更新程序映像和运行在节点上的旧程序映像进行字节级比较获得待分发的程序映像增量；（2）源节点对程序映像增量进行分发前的预处理；（3）无线传感器网络进行代码分发；（4）传感器节点进行代码分发的验证和装配，并将接收到且验证成功的数据包装配成程序映像增量；（5）传感器节点基于已经运行在其上的旧程序映像，重编译产生新的更新好的程序映像，并加载。本发明本身的方案复杂度不高，易于操作和实现，适应无线传感器网络这种资源受限的环境。本方法同时具备了丢包容忍属性和机密性保障属性。

主权项

具有丢包容忍和机密保障的无线传感器网络代码分发方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1）：源节点对待更新程序映像和运行在节点上的旧程序映像进行字节级比较获得待分发的程序映像增量；步骤（2）：源节点对程序映像增量进行分发前的预处理，包括以下内容：（2.1），源节点将代码映像分成固定大小的页，每页进一步被分成固定大小的数据包；（2.2），源节点按页序对页内所有的数据包采用reed‑solomon方法进行编码：假定一页内有 n个数据包，分别计为：d1,d2, …,dn，每个数据包大小为k字节；同时假定有 m个冗余数据包，分别计为：r1,r2, …,rm，每个冗余数据包大小也为k字节；每个冗余数据包的内容从原始数据包计算，我们的目标是定义每个冗余数据包ri的计算，以确保d1,d2, …,dn, r1,r2, …,rm中的n个数据包被接收后，整个页面就能被成功重建，从而允许代码分发过程中部分数据包丢失；对于每个冗余数据包ri，采用公式（1）进行计算；FD=R                                          （1）这里D和R分别代表原始和冗余数据包向量，F代表一个矩阵，其中每一行对应一个函数；将F定义为一个m×n 的vandermonde 矩阵:fi,j=ji‑1, 基于此，等式（1）可以转换为等式（2）；（2）任何一个冗余数据包ri的计算方法如等式（2）所示；为了解码接收到的数据包，定义矩阵A和向量E为，；为此，可以得到等式（3）（3）等式（3）中的向量中的每一行对应一个数据包；通过上述源节点按页序对页内所有的数据包采用reed‑solomon方法进行编码的处理后，节点在接收到n+m中的n个数据包后，就能正确的解码出整个数据页面中的所有数据包；（2.3）, 源节点计算每个数据包的Hash值，该Hash值被嵌入到选定的数据包合适的位置；（2.4），源节点采用CP弱认证机制，然后通过数字签名包来发起一次代码分发；（2.41）源节点随机选取一组随机数作为起点，对每个随机数不断的进行Hash计算，从而为每一个程序映像产生一个单向密钥链；（2.42）计算密钥谜的答案；（2.43）重新构造广播包，并广播该新构造的广播数据包；步骤（3）：无线传感器网络进行代码分发；包括如下步骤：对于第一页的Hash 值，源节点处理方法是在这些Hash 值基础上，建立一个MerkleHash 树，其建立过程为：源节点首先通过联合操作，将固定数量的Hash 值联合成一个数据包，并计算该数据包的Hash 值；然后，将刚计算出来的Hash 值，两两联合成一个数据包，并计算Hash 值；这个过程不断重复，直到最后只剩一个Hash 值，将该Hash 值嵌入到数字签名包，在代码映像分发阶段，由源节点通过数字签名包首先分发到每个传感器节点；步骤（4）：传感器节点进行代码分发的验证和装配，并将接收到且验证成功的数据包装配成程序映像增量，包括以下步骤：（4.1）传感器节点在收到数字签名后，首先通过简单的Hash操作进行数字签名认证之前的初步验证；（4.2）如果初步认证通过再进行进一步的数字签名认证；（4.3）数字签名认证通过后，源节点身份得到确认，开始从链路层接收数据包，解密数据包；（4.4）传感器节点将数据包装配成数据页，再将数据页装配成最终的程序映像；步骤（5）：传感器节点基于已经运行在其上的旧程序映像，重编译产生新的更新好的程序映像，并加载。