[发明专利]基于树状结构的智慧社区物联网通信系统和通信方法

权利要求书

1.基于树状结构的智慧社区物联网通信方法，其特征在于，应用于智慧社区物联网通信系统，该智慧社区物联网通信系统包括均在局域网中的智慧社区数据系统中心（1）、终端智能化设备（2）、智慧社区数据分析系统（3）；

所述智慧社区数据系统中心（1）和终端智能化设备（2）均通过局域网信号连接有智慧社区数据分析系统（3），所述智慧社区数据系统中心（1）和终端智能化设备（2）通过组播安全通信方式实现密钥保存与交换；

所述终端智能化设备（2）均信号连接有智慧社区数据系统中心（1），同时，建立终端智能化设备（2）为节点的平衡叉元树密钥结构，终端智能化设备（2）通过组播方式在局域网中进行广播，并在所有合法节点中预先存储所建立的平衡叉元树密钥结构和会议密钥；

基于树状结构的智慧社区物联网通信方法，包括以下步骤：

步骤S1，通信鉴权：在初始化阶段，以终端智能化设备（2）为节点建立平衡叉元树密钥结构，终端智能化设备（2）通过组播方式在局域网中进行广播，并在所有合法节点中预先存储所建立的平衡叉元树密钥结构和会议密钥；叉元树是具有以树状图案布置的一系列链接节点的数据结构；每个叶子节点被赋予分配有从该叶子节点到叉元树最顶端的根节点所构成的路径中所有节点的会议密钥，并且上述所有会议密钥被存储于路径末端的叶子节点的存储单元中；

步骤S1中的建立的平衡叉元树密钥结构，其步骤如下：

步骤S1a，确定统计时间点时的每个终端智能化设备（2）的权重参数A=（B+C/D）×（F-E）/F；

其中，A为权重参数；B为预置参数，根据对应终端智能化设备的重要性在[0,1]内人为选定，不选时采用默认值为0.5；C为截至统计的时间点该终端智能化设备的在线时长；D为截至统计的时间点的系统运行总时长；E为终端智能化设备的使用时长；F为终端智能化设备的使用寿命；

步骤S1b，计算综合权重G＝∑(Ai*Li)；选取综合权重G最小的模型建立平衡叉元树密钥结构；

其中，G为叉元树模型的综合权重；Ai为终端智能化设备i的权重；Li为终端智能化设备i在叉元树中的从顶部往下的层级；

步骤S2，建立安全信赖连线：步骤S1中已获得相对应的密钥，因此当与社区的其他终端智能化设备（2）间做通讯时便可以使用其密钥进行连接；

步骤S3，移除安全信赖连线：由于设备间存在设备断网或离线状况，因此通过下述方式可以快速的将局域网中的所有密钥进行同步更新；

步骤S3中，包括以下步骤：

步骤S3a，令σ∈{0,1}^*且定义σⁱ为删除σ之最右边i个位；假设一虚拟随机数生成器G：{0,1}^l→{0,1}^2l，且G_L(x)及G_R(x)分别为G(x)的左右两半部；

则当一终端智能化设备v_σ想要移除离开的时候，智慧社区数据系统中心便选择一个长度为l的随机数r_σ1∈R{0,1}^k，其中R为Random的缩写，表示随机函数，k表示位数；对于i从1到logn，将移除的终端智能化设备v_σ的父节点v_σi所持有的会议密钥k_σi更新为k_σi^new，其中，k_σi^new为r_σi的左半部，即G_L(r_σi)设定给k_σi^new；

节点v_σi将更新完毕的会议密钥k_σi^new存储并替换原先的k_σi，并向v_σi子节点广播加密过的随机数信息：E_kσi(r_σi)；E_kσi(r_σi)表示用密钥k_σi加密的数据r_σi；

步骤S3b，将v_σi的父节点v_σi+1所持有的会议密钥k_σi+1更新为k_σi+1^new，其中，k_σi+1^new为r_σi+1的左半部，即G_L(r_σi+1)设定给k_σi+1^new，r_σi+1为r_σi的右半部G_R(r_σi)设定的下一组随机数；

节点v_σi+1将更新完毕的会议密钥k_σi+1^new存储并替换原先的k_σi+1，并向v_σi+1子节点广播加密过的随机数信息：E_k(σi+1)(r_σi+1)；E_k(σi+1)(r_σi+1)表示用密钥k_σi+1加密的数据r_σi+1；

步骤S3c，重复步骤2的方法依次更新下一个父节点，直到移除的终端智能化设备v_σ的父节点到二元树最顶端的根节点所构成的路径中所有节点的会议密钥均已经更新完毕，且广播E_kε(r_ε)给终端智能化设备。