[发明专利]一种基于混沌的无线传感器网络广播身份认证方法

说明书

技术领域

本发明是一种无线传感器网络广播身份认证方案，具体是一种基于混沌的无线传感器网络广播身份认证方法。

背景技术

身份认证是网络中的一方根据某项网络协议、算法以确定另一方身份的过程，也是对网络所构建的安全准入机制。由于无线传感器网络的传感器节点存储容量小、计算能力差，网络带宽有限，这导致了目前传统的互联网络的身份认证技术在无线传感器网络中并不适用。近年来，国内外相关学者通过不断的研究，目前无线传感器网络的广播认证技术主要分为对称密钥加密(SKC)和公共密钥加密(PKC)。

第一种是对称密钥加密，一种比较著名的基于对称密钥加密的无线传感器网络的广播认证方案是μTESLA。μTESLA是一个轻量级的TESLA方案，它通过单向散列链、消息认证码(MAC)、发送方和接收方之间的松散时间同步，以及使用延迟密钥发送来实现身份认证以及确保消息的完整性。在这之后，有许多的基于μTESLA的方案的更进一步的改进方案被许多研究工作者提出，但是由于公开密钥的传播延迟和广播消息的延迟认证，这些方案遭受了若干主动攻击。基于对称密钥机密的广播认证方案确实获得了低通信开销和能量消耗的优点，但是这些方案仍存在一些缺陷，如：无线传感器网络的时间同步的维护是一项非常复杂的任务，初始参数的分布也带来了很严重的开销，而且认证的延迟是不可避免的；

第二种是公共密钥加密，采用公共密钥加密在传统计算机网络中可以很好的实现身份认证，但由于无线传感器网络的硬件资源有限，将其应用到无线传感器网络中却收到了许多制约，科研工作者提出通过采用基于椭圆曲线密码体制(ECC)的公共密钥对无线传感器网络的广播消息进行认证，这显著的降低了无线传感器网络的开销，然而由于椭圆曲线数字签名算法的集约利用使得这种基于公共密钥的广播认证方案没有得到广泛使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种基于混沌的无线传感器网络广播身份认证方法。这种方法不仅能保证无线传感器网络身份认证的安全性，而且能减小无线传感器网络的资源消耗，且能抵御多种攻击。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于混沌的无线传感器网络广播身份认证方法，包括如下步骤：

1)系统初始化：在本方案中，基站作为私钥产生中心的角色，是一个值得信赖的实体，系统初始化阶段在基站之中完成，基站随机选取两个不同的大素数P和Q，它们具有相同的位数，接下来根据P和Q来计算出N＝P·Q，以及L＝(P²-1)(Q²-1)，选择基站的私密钥SK_BS，(0＜SK_BS＜N)，然后基站计算相对应的公钥PK_BS，计算的结果需要满足条件为：SK_BS·PK_BS≡1(mod L)，主密钥SK_BS仅仅保存在基站之中，系统参数SP(PK_BS，N)公开；

2)密钥生成：在这个阶段，选择一个安全的哈希函数h(·)，基站使用主密钥SK_BS通过节点所对应的身份信息ID_S来计算出所有传感器节点各自的私密钥，对于一个传感器节点i，其所对应的身份信息为ID_i，因此可以计算出传感器节点i相对应的私密钥为计算方式为：在传感器节点部署之前，身份信息ID_S，相应的私密钥以及系统参数储存在传感器节点之中，也就是说，任意一个个传感器节点i，它都存储的有

3)消息广播：在这个阶段，传感器节点广播经过签名的消息，任意的一个传感器节点i感知到一个需要快速播报的事件时，节点i首先计算消息摘要δ＝h(m||T_s||ID_i)，之后计算最终的签名最后的广播信息包括消息m，时间戳值T_s，传感器节点的身份ID_i以及签名S_i，所以最终发送的信息为{S_i，m，T_s，ID_i}；

4)身份认证：当接收到广播信息后，接收者首先检查时间戳值T_s来避免重复播放的信息，如果这个信息是最新的，接收者在开始进行签名验证过程，不然的话就丢弃这个信息包，接收者开始验证签名Si即：

首先，节点计算出摘要：

δ′＝h(m||T_s||ID_i)(1)