[发明专利]无线传感器网络中可跨簇非对称群组密钥协商方法

摘要

本发明提出了一种无线传感器网络中可跨簇非对称群组密钥协商方法，步骤如下：建立簇头间的联盟共享密钥，以簇头为桥接节点，实现不同簇的传感器节点具有相同的群组密钥因子信息；群组密钥协商过程中设计非对称计算算法，将传感器节点更多的计算与通信量迁移到能量较大的簇头节点，确保传感器节点的计算及通信开销轻量级性；实现密钥自证实性，不需要额外的通信轮数，传感器节点可自证实其计算群组密钥的正确性，保障群组密钥协商的正确性和安全度。本发明实现无线传感器网络中分布在不同簇间的传感器节点进行群组密钥协商，建立安全的通信信道，进一步扩展传感器节点群组协同计算及信息共享的规模，减轻传感器节点的能量消耗，延长其使用寿命。

主权项

1.一种无线传感器网络中可跨簇非对称群组密钥协商方法，其特征在于，采用双线性映射建立簇头间联盟密钥，通过簇头的桥接技术实现分布在多个簇的传感器节点协商建立一对共享的非对称群组会话密钥，簇间群组传感器节点协商非对称的共享密钥及共享密钥的正确性自证实；其步骤如下：(1)簇间的传感器节点协商非对称的共享密钥为：1)簇头间联盟密钥的建立：A)将簇头U_i作为三叉树的叶子节点，构建一个完全三叉树，每三个叶子节点拥有一个共同的父亲节点，为簇头集合且B)每个叶子节点通过双线性映射算法用自己的私钥及其兄弟节点的公钥计算出其父亲节点的私钥和公钥，并将父亲节点的公钥广播给其他拥有共同祖先的节点，父亲节点的私钥秘密保存；C)从完全三叉树的叶子节点开始，利用双线性映射算法依次逐层向上计算，直到完全三叉树的根节点为止，每个叶子节点计算的根节点的私钥是一样的，根节点的私钥为簇头间的联盟私钥TX_0,0；2)簇间传感器节点群组密钥协商：A)簇头U_i内的传感器节点u_i,t计算群组密钥因子并将发送给簇头U_i，簇头U_i的公私密钥对为(PK_i,SK_i)，且PK_i＝SK_ig₁；传感器节点u_i,t的公私密钥对为(pk_i,t,sk_i,t)，其中，pk_i,t＝sk_i,tg₁；传感器节点u_i,t的身份标示，1≤t≤n，密钥参数m_i,t,Q_i,t＝q_i,tg₁，T_i,t＝((m_i,t+sk_i,t)/q_i,t)g₁，M_i,t＝m_i,tPK_i，g₁为加法群G₁的生成元；B)簇头U_i收到各自参与群组密钥协商的内部传感器节点发送的密钥因子后，验证等式是否成立，如果成立，将联盟密钥TX_0,0融合到每个传感器节点的密钥因子中，令计算C)各簇头U_i之间将各簇内参与群组密钥协商的传感器节点的融合信息f_i,t在簇头间相互传递共享；D)簇头U_j将自身计算的f_j,t和其他簇头发送过来的融合信息f_i,t以及身份认证所需要的参数广播给簇内传感器节点；F)每个传感器节点u_i,t收到簇头U_i发送的信息后进行身份认证，然后传感器节点u_i,t根据簇头U_i发送的群组密钥因子计算群组加密密钥和群组解密密钥；其中，为簇头U_i计算的群组密钥参数，为簇头U_j计算的群组密钥参数；(2)所述共享密钥的正确在自证实：每个传感器节点u_i,t计算完群组加密密钥和群组解密密钥后，采用双线性映射函数及群组各密钥参数来验证其所计算群组密钥的正确性。