[发明专利]一种适用于大规模传感器网络的认证密钥协商方法

摘要

本发明是一种适应于大规模无线传感器网络的基于身份的认证密钥协商方法（TinyIBAK），解决大规模传感器网络中密钥的分发，建立，更新和撤销。TinyIBAK同时具有身份认证和密钥确认机制，能够在密钥协商过程中认证协议参与者的身份，并能确认协议双方最终共享了相同的密钥，从而有效抵御中间人攻击。同时该算法能有效抵御主动和被动攻击，具有良好的安全性。TinyIBAK在传感器网络硬件平台进行了实现，验证了在实际传感器网络部署中算法的运行性能。通过分析协议的内存占用，执行时间和能量消耗，并与现有同类算法进行比较，TinyIBAK在安全强度，扩展性，通信、计算、存储开销方面都具有显著优势。

主权项

1.一种基于身份的认证密钥协商方法，其特征在于该方法由配置Setup，提取Extract，和密钥协商KeyAgreement三个子算法构成；节点部署之前，管理系统离线执行Setup和Extract算法，为每个传感器节点预载节点公私钥对、系统参数信息，节点部署之后，每个节点执行邻居发现，向邻居节点广播其ID，并执行KeyAgreement算法，该方法具体为：1）Setup子算法，以安全参数k为输入，返回主密钥和系统参数；1a.)选择一条合适的超奇异椭圆曲线E/F_q，利用IBC参数产生器生成n阶循环群(G₁,+)和(G_T,·)，G₁的任意生成元P，和一个双线性对其中n为素数；1b.)随机选择作为主密钥，计算系统公钥P_pub＝sP；1c.)选择密码学安全的散列函数H₁:{0,1}^*→G₁和H₂:G_T→{0,1}^k；1d.)保密主密钥s，公开系统参数Π=(q,G1,GT,e,^P,Ppub,H1,H2);]]>2）Extract子算法，以系统参数，主密钥和节点ID为输入，返回节点的基于ID的长期私钥；对于节点i，i对应身份为ID_i：2a.)计算公钥Q_i＝H₁(ID_i)；2b.)计算私钥d_i＝sQ_i；2c.)将<ID_i,d_i,Q_i,Π>载入节点i；3）KeyAgreement子算法，用于协商一个认证的共享密钥；3a.)发起者节点A选择一个随机数计算临时公钥W_A＝aQ_A，发送ID_A和W_A给节点B；3b.)一旦接收到发自节点A的发起消息，节点B执行以下步骤：3b1.)选择一个随机数计算临时公钥W_B＝bQ_B；3b2.)计算共享秘密并利用密钥导出函数导出共享秘密k₁和k₂，即(k₁,k₂)←KDF(K_BA)；3b3.)利用k₁计算消息验证码MAC，即3b4.)向节点A发送ID_B，W_B和t_B，即B→A:ID_B||W_B||t_B；3c.)接收到来自节点B的反馈消息后，节点A执行以下步骤：3c1.)计算共享秘密并利用密钥导出函数导出共享秘密k₁和k₂，即(k₁,k₂)←KDF(K_AB)；3c2.)验证接收到的MAC，即验证是否成立；3c3.)计算MAC并将其发送给节点B，即A→B:t_A；接收到来自节点A的确认消息后，节点B验证接收到的MAC，即验证tA=MACk1(IDA,IDB,WA,WB)]]>是否成立，若以上验证成立，则节点A与节点B密钥协商成功，二者的共享会话密钥为k_AB＝k₂；根据双线性映射的性质可知KAB=e^(dA,WB+aQB)=e^(QA,QB)s(a+b)]]>KBA=e^(WA+bQA,dB)=e^(QA,QB)s(a+b)]]>从而K_AB＝K_BA，因此，节点A和节点B协商得出共享秘密。