[发明专利]基于ECC的水声传感器网络节点间身份认证协议方法

权利要求书

1.基于ECC的水声传感器网络节点间身份认证协议方法，其特征在于：

所述身份认证协议方法包括协议初始化和协议认证两部分；

所述协议初始化中，卫星节点通过哈希函数、反哈希函数和椭圆曲线，得到公钥并广播给汇聚节点；汇聚节点随机生成私钥sk_A，并计算得到对应的公钥Pk_A，并将公钥Pk_A和自身身份标识号ID_A发送至卫星节点；卫星节点收到后计算对应哈希值H(ID_A)和密钥R_a，并广播给所有汇聚节点；汇聚节点再通过反哈希函数ID_A′得到反哈希值ID_A′，并通过比较sk_AR_aPk_A和H(ID_A′)Pk_A是否相等来判断汇聚节点是否注册成功，如果两者相等，则汇聚节点A注册成功；

所述协议认证中，汇聚节点与锚定节点连接时，判断是否具有身份标识号和对应哈希值，有则生成随机数和临时交互号并计算密钥，发送给锚定节点；锚定节点收到后计算密钥并发送回汇聚节点；汇聚节点通过DSA算法得到签名消息和密文，并发送到锚定节点；锚定节点通过DSA算法得到明文，通过比较身份标识号以及签名消息和明文判断汇聚节点是否可信；

锚定节生成随机数和临时交互好并计算密钥，通过DSA算法得到签名消息和密文，并发送给汇聚节点；当汇聚节点通过DSA算法的解密过程得到明文，通过比较身份标识号以及签名消息和明文判断汇聚节点是否可信；

若上述判断均为可信，汇聚节点计算新的密钥后发送给锚定节点，该密钥作为会话密钥进行通信，双向身份认证成功；

所述协议认证包括如下步骤：

步骤2-1，当汇聚节点A成功与所在通信范围内的锚定节点建立连接时，所在通信范围内的锚定节点首先要查看该锚定节点是否具有汇聚节点A的身份标识号ID_A所对应的哈希值H(ID_A)；如果具有，则开始身份认证，转步骤2-2；如果没有，则拒绝身份认证，转步骤2-9；

步骤2-2，汇聚节点A生成一个随机数V_A和临时交互号N_A，其中V_A，N_A∈F_q，F_q是代表椭圆曲线的有限域；计算密钥D_A＝V_A^-1G(D_A≠0)，并将步骤1-2中广播给汇聚节点A的椭圆曲线参数T、随机数V_A和密钥D_A发送给所在通信范围内的锚定节点；

步骤2-3，当所在通信范围内的任一锚定节点B收到随机数V_A和密钥D_A后，锚定节点B计算密钥K_A＝V_A^-1Pk_B，并将密钥K_A发送给汇聚节点A，其中随机数V_A是步骤2-2中汇聚节点A生成的，锚定节点B的公钥Pk_B是已知值；

步骤2-4，当汇聚节点A收到密钥K_A后，汇聚节点A用初始化过程中生成的私钥sk_A通过DSA算法的签名消息过程sign，得到签名消息C_signA＝sign(sk_A，ID_A||ID_B||D_A||N_A)；汇聚节点A用密钥K_A通过DSA算法的加密过程EN，得到的密文C_AB＝EN(K_A，ID_A||ID_B||N_A||C_signA)；汇聚节点A将签名消息C_signA和密文C_AB发送到锚定节点B；

步骤2-5，当锚定节点B收到签名消息C_signA和密文C_AB后，锚定节点B用密钥K_A通过DSA算法的解密过程DE，得到明文DE(K_A，C_AB)＝ID_A||ID_B||N_A||C_signA；比较锚定节点的身份标识号ID_B与自身是否一致，若不一致转步骤2-9；若一致，锚定节点B通过比较汇聚节点A公钥sk_A计算所得到的签名消息C_signA与解密后得到的签名消息C_signA是否相等，判断汇聚节点A是否可信；如果相等，则汇聚节点A可信，转步骤2-6，如果不相等，则汇聚节点A不可信，转步骤2-9；

步骤2-6，锚定节点B生成一个随机数V_B，临时交互号N_B，其中V_B，N_B∈F_q，F_q是代表椭圆曲线的有限域；锚定节点B计算密钥D_B＝V_B^-1Pk_B(D_B≠0)，密钥K_B＝V_Bsk_BD_A，并用私钥sk_B通过DSA算法的签名消息过程sign，得到签名消息C_signB＝sign(sk_B，ID_A||ID_B||D_B||N_B||N_A)；锚定节点B用密钥K_B通过DSA算法的加密过程EN，得到密文C_BA＝EN(K_B，ID_A||ID_B||C_signB||N_B||N_A)，将签名消息C_signB、密钥D_B和密文C_BA发送给汇聚节点A；

步骤2-7，当汇聚节点A收到密钥D_B、签名消息C_signB和密文C_BA后，汇聚节点A用密钥K_B通过DSA算法的解密过程DE，得到的明文DE(K_B，C_BA)＝ID_A||ID_B||C_signB||N_B||N_A；比较汇聚节点的身份标识号ID_A与自身是否一致，若不一致转步骤2-9；若一致，汇聚节点A通过比较锚定节点B公钥sk_B计算所得到的签名消息C_signB与解密后得到的签名消息C_signB是否相等，判断锚定节点B是否可信；如果相等，则锚定节点B可信，转步骤2-8，如果不相等，则汇聚节点A不可信，转步骤2-9；

步骤2-8，汇聚节点A计算密钥K_C＝V_AD_B后，将密钥K_C发送给锚定节点B；汇聚节点A和锚定节点B可使用密钥K_C作为会话密钥进行通信，双向身份认证成功，转步骤2-10；若验证不通过，则转步骤2-9；

步骤2-9，汇聚节点A和锚定节点B双向认证失败；

步骤2-10，认证成功，结束协议执行过程。