[发明专利]物联网可穿戴设备中基于行为动作感知的轻量级实时密钥生成方法和系统

说明书

本发明公开了一种物联网可穿戴设备中基于行为动作感知的轻量级实时密钥生成方法，包括以下步骤：获取用户不同的穿戴设备中内嵌的加速度传感器的传感数据，所述传感数据为不同的穿戴设备经随机性地共同摇动产生具有相似轨迹的加速度数据；对获取的传感数据进行高通滤波，并进行移动平滑过滤处理；对不同穿戴设备的传感数据进行纠错过滤，具体为丢弃相邻差值小于阈值的比特样本点；通过基于相邻数据点的数值关系的数据比特量化算法对经纠错过滤后的传感数据进行比特量化；两个穿戴设备进行协商，以共同拥有一个相同的安全密钥。

技术领域

本发明涉及物联网中的体域网(BodySensorNetwork)领域，尤其涉及身体域传感器网络中，可穿戴计算嵌入式设备的密钥轻量级动态生成方法。包括可穿戴设备间的初始密钥生成，传感器数据处理以及实时会话密钥的生成。

背景技术

随着当前无线传感器网络和可穿戴计算技术的发展，可穿戴及嵌入式设备被广泛地应用在不同的领域(包括远程医学领域)。可穿戴设备的安全性问题得到了越来越多的关注。由于这些穿戴在人体身上的设备中所涉及的数据涉及到用户的个人隐私，因此对于处于身体域传感网络中的设备间的通信安全保证变得十分重要。另一方面，由于穿戴设备的应用特性条件限制，其硬件能力如运行性能、续航等能力受限。而传统的加密方案如公钥加密体制的运算要求过大，使得这类方案不是很适合应用在这类穿戴设备上。

目前可穿戴设备之间的密钥生成与管理方法主要取决于设备之间的连接时的通信模式(如Wi-Fi、蓝牙通信)。这些方案设计之初是为了设备(如，电脑，移动电话)之间的无线通信，没有考虑到有低耗能要求的这类穿戴设备。以蓝牙通信为例，蓝牙的安全通信方案中参考了传统的Diffle-Hellman密钥协商方案，这类基于非对称加密系统的方案由于其复杂运算要求，并不适应于可穿戴设备。而由于这些方案在产生密钥时需要大量的运算性能，从而导致了许多这些穿戴设备的续航能力下降，因此影响了用户体验。在为这些可穿戴设备设计密钥管理方案时，需要考虑方案的足够的安全性以及轻量级高效之间的均衡，这两者之间是一个相互对立的要求，从而也是目前针对穿戴设备的密钥管理方案的研究所遇到的一个主要难点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中需要复杂运算的非对称加密方案不适应于可穿戴设备的缺陷，提供一种适用于可穿戴设备的轻量级实时密钥生成方法和系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种物联网可穿戴设备中基于行为动作感知的轻量级实时密钥生成方法，包括以下步骤：

S1、获取用户不同的穿戴设备中内嵌的加速度传感器的传感数据，所述传感数据为不同的穿戴设备经随机性地共同摇动产生具有相似轨迹的加速度数据；

S2、对获取的传感数据进行高通滤波，并进行移动平滑过滤处理；

S3、对不同穿戴设备的传感数据进行纠错过滤，具体为丢弃相邻差值小于阈值的比特样本点；

S4、通过基于相邻数据点的数值大小关系的数据比特量化算法对经纠错过滤后的传感数据进行比特量化；

S5、两个穿戴设备进行协商，以共同拥有一个相同的安全密钥，具体协商过程包括：

第一穿戴设备将其丢弃的比特样本点序列发送给第二穿戴设备；第二穿戴设备根据收到的比特样本点序列对传感数据进行筛选，第二穿戴设备筛选完成所得到的传感数据为密钥；

当第二穿戴设备得到的密钥长度小于预设阈值时，则终止通信；否则，第二穿戴设备将其丢弃的比特样本点序列同样发送给第一穿戴设备，发送的内容还包括对发送数据进行HMAC操作所得到的验证序列，该验证序列用于验证数据完整性及第一穿戴设备的身份；该验证序列为：其中K为第二穿戴设备所生成的密钥；m为第二穿戴设备需要丢弃的比特样本点序列；K′为由K所生成的新的密钥；‖为结合运算符；为异或运算符；opad和ipad分别为外部和内部的填充值；