[发明专利]一种基于功率的无线传感器网络密钥管理方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络领域，具体涉及一种基于功率的无线传感器网络密钥管理方法。

背景技术

在无线传感网的安全机制中，认证和加密是最重要的部分，其中密钥的安全性是所有安全的基础。传感节点间的通信往往是运用在军事，医学，工业等领域，节点有可能部署在有敌意的环境里，因此节点间的通讯就很容易被敌人截获，窃听，注入恶意信息等，而这些操作都会给传感网带来很大的破坏。由于传感器自身的特点：能量有限、计算能力和存储能力有限、通讯范围有限，这些特征使得一些传统的密钥管理方案无法在传感网络中使用。

近年人们提出很多的关于无线传感网密钥管理的方案。Eschenauer等提出了Random Key Predistribution scheme(RKP)方案，在这个方案里每个节点都从预先生成好的一个密钥池里随机选取一定数量的密钥，那么两两节点都存在一定概率的共享密钥。如果将这个概率提高，就需要增加节点从密钥池里取出的密钥数量，但这样会增加节点的存储负担。

也有人提出了基于部署位置的管理方案，这些方案的前提是在节点部署之前可以预知节点将要部署的位置信息，然后将地理位置信息引入随机密钥对模型中，所有的节点在部署之前都会存放它们预期的位置信息，这样就能大概确定其邻居节点，从而在密钥池中选择密钥环时就会更加有目标性，这样不仅有效的减少节点的预分部的密钥数，还可以使两个邻居节点具有相同节点的概率更高，并且可以提高网络的连通性，减少孤立节点数，更能有效的提高了网络对被俘节点的抵抗能力。但是这里有一点必须要考虑，在大多数情况下是无法预知节点的部署位置信息。Anjum提出了基于位置信息但不需要提前预知位置信息的密钥管理方案(LDK)，在LDK中每个节点依靠自身的位置和特殊节点发射不同功率信息生成密钥。LDK能在达到一定连通率的前提下减少节点储存密钥的信息。但是这种方案却在形成共享密钥阶段消耗太多的能量。Lin HE提出了LDK的改进方案(ELKM)，In-Tai Kim也对LDK提出改进(ELDK)，但是都没有考虑被俘节点对网络安全性的影响。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于功率的无线传感器网络密钥管理方法，使用不规则的增函数的作用的来减少通讯开销，降低被俘获节点对网络中正常节点间通讯密钥的泄露。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于功率的无线传感器网络密钥管理方法，涉及到的实体包括锚节点AN和普通节点RN，所述方法在初始化阶段使用不规则增函数来确定功率数，在密钥共享阶段使用最大功率数进行加密。

所述方法包括以下步骤：

(1)预部署阶段(又称为预分配阶段)：给每个锚节点AN和每个普通节点RN均分配唯一的ID和一个初始密钥，并将所有锚节点AN和普通节点RN随机部署在需要运用的场地中；这个初始密钥是在初始化阶段节点间通讯过程中使用；

(2)初始化阶段：锚节点AN按照功率从小到大向普通节点RN发送不同的随机数，普通节点RN接收到这些随机数后通过hash函数形成不同的密钥材料；

(3)密钥共享阶段：所有的相邻节点交换所述密钥材料，形成共享密钥，从而达到安全通讯；所述相邻节点是指：普通节点的通讯半径内的其他普通节点即为该普通节点的相邻节点，两者互为邻居节点。

所述步骤(2)包括以下步骤：

(21)每个锚节点AN_j按照功率从小到大形成不同的随机数并使用所述初始密钥对每个随机数进行加密形成加密信息，然后发送所述加密信息；每个普通节点RN由于和锚节点AN_j的距离不同，会收到锚节点AN_j发送来的对应不同功率的随机数；

(22)每个普通节点RN接收到加密信息后，利用自己的初始密钥对接收到的加密信息进行解密后得到随机数然后利用公式对该随机数进行处理形成自己的密钥材料，然后删除其初始密钥；表示对x在初始密钥下进行hash。

所述步骤(21)中的每个随机数都是通过不规则增函数形成的；不规则增函数如下：