運(yùn)算得到散列值，用一定長度的散列值 來自動確定隨機(jī)密鑰坐標(biāo)；由于簇頭的交替更換，為了保證數(shù)字簽名的私密性，安全性完全 取決于隨機(jī)密鑰，隨機(jī)密鑰是互為獨(dú)立的隨機(jī)數(shù)序列，而且每一個傳感節(jié)點(diǎn)一個密鑰，因此 各個節(jié)點(diǎn)的私密要之間不存在線性關(guān)系，通過節(jié)點(diǎn)自定義的更新密鑰動態(tài)更新簽名密鑰， 解決簽名密鑰更新問題； (二） 簇管理的門限密鑰方法： 在分簇結(jié)構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)部署節(jié)點(diǎn)之前，密鑰管理中心選擇所需使用的哈希函數(shù)，橢圓曲 線以及相關(guān)參數(shù)，生成公/私密鑰矩陣，并且將上述信息分發(fā)給節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)都有其所屬 ID、密鑰、函數(shù)以及相關(guān)參數(shù)； 假定在門限密鑰方案中的公開信息有：一個大素數(shù)1~>110是有限域GF(r)的本原元，m=pq，其中p和q是不同的兩個秘密素數(shù)；在簇成員中，有n個節(jié)點(diǎn)，Pi，P2，…，Pn分享由 簇頭生成的密鑰kGGF(r)，密鑰和認(rèn)證片由下列算法生成和分布； (1)首先，秘密選擇t-1次多項(xiàng)式函數(shù)，f(x)=. . +b1x+kmodr，其中，bpb2,b3, . . .，和f(x)均屬于GF(r)。隨機(jī)選擇與滬(/')互素的兩個不同素數(shù)e2，識(r) 是歐拉函數(shù)值； ⑵計算
：分別計算Sff(f3 〇，
i= 1，2,. .i;之后，將SJPwi分別作為密鑰和認(rèn)證片分配給簇成員； (3)當(dāng)需要共享密鑰時，任意n個參與者中，只要有t個合作者就能夠恢復(fù)密鑰k;假定 簇成員Pi，P2，…，Pt合作，使用t個認(rèn)證片，我們可以得到t個插值點(diǎn)（0 \ 02,S2)，…， (0t，St)。使用拉格朗日插值公式我們可以重構(gòu)t-1次多項(xiàng)式f(x)，之后可計算St = f(et)，以及k=f(0)，最后可以利用如下公式計算密鑰k;
選擇將它們放入多項(xiàng)式中：對于節(jié)點(diǎn)i，隨機(jī)選擇Sjt為密鑰S和ai，j(jGl，2，...，n-l)的一部分，構(gòu)造門限多項(xiàng)式如下： f(x) =S+a1x+a2x+. . . +an_1x11^odrf； (x) =Si+ai；1x+ai；2x+. . .+ain_1xn^odr 節(jié)點(diǎn)i根據(jù)上述公式計算密鑰分片，并將它們通過安全信道發(fā)送給節(jié)點(diǎn)j，節(jié)點(diǎn)j收集 從簇成員中的t個節(jié)點(diǎn)獲得的信息，計算門限多項(xiàng)式& (x)，最終獲得主密鑰S。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的簇密鑰管理方法，其特征在于，其方 法流程如下： (1) 基于ECC的CPK認(rèn)證對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化配置： 節(jié)點(diǎn)在部署之前由密鑰管理中心進(jìn)行初始化，其中包括對每個傳感節(jié)點(diǎn)相關(guān)參數(shù)和算 法的設(shè)置；具體包括：傳感節(jié)點(diǎn)ID、節(jié)點(diǎn)能量閥值、哈希函數(shù)、橢圓曲線、基點(diǎn)G、子群S、私鑰 矩陣SSK、公鑰矩陣PSK，復(fù)合密鑰算法和門限密鑰加密算法等。選定一條橢圓曲線：y2 = (x3+ax+b)modp，G= (Xcy。）作為生成元，稱為基點(diǎn)；由基點(diǎn)G的所有倍數(shù)點(diǎn)構(gòu)成Ep(a，b)的 子群S，n是該子群S的階；由G生成的子群S中的元素皆為G的倍點(diǎn)kG，（k= 1，2, 3,…，n)， 即：S= {G, 2G, 3G, ? ? ?nG} = {(Xi,y)，（x2,y2)，......，（xn,yn)}，顯然，S中的元素（xk,yk) 與該點(diǎn)對應(yīng)的倍數(shù)值k，恰好構(gòu)成公/私秘鑰對； (2) 匯聚節(jié)點(diǎn)與簇頭的密鑰管理： 依賴動態(tài)劃分簇方法，分簇方法和簇頭的確定由分簇算法確定，當(dāng)確定簇頭之后，簇頭 節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間通過CPK認(rèn)證建立臨時通信系統(tǒng)，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行 融合之后，通過復(fù)合密鑰矩陣對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于設(shè)置的閥值時， 則放棄成為簇頭的條件轉(zhuǎn)變成普通節(jié)點(diǎn)， 選定一條橢圓曲線：T= (a,b,G,n,p)，G= (xc,yc)作為生成元基點(diǎn)，由G生成的子群 S艮P:S= {G，2G，3G，? ? ?nG} = {(x1;y)，（x2,y2)，......，（xn，yn)}，S中的元素（xk，yk)與該 點(diǎn)對應(yīng)的倍數(shù)值k構(gòu)建私鑰矩陣SSK和公鑰矩陣PSK:
其中:Ti，j是（xuyu)對于基點(diǎn)G的倍數(shù)值，即（Xuyu) =ri，j*G，其中 1 ^ri；J^ (n-1) 傳感節(jié)點(diǎn)的公私密鑰對根據(jù)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識的映射值序列為矩陣橫坐標(biāo)，分別在公/私鑰矩 陣中選取相位置的因子進(jìn)行組合運(yùn)算而生成的；假設(shè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識經(jīng)過映射運(yùn)算，生成映射 序列為（叫，a2, . . .，at)，對公鑰矩陣PSK和私鑰矩陣SSK的元素分別進(jìn)行選取和組合，得到 公開密鑰PK和私有密鑰SK構(gòu)成私鑰和公鑰對；
PSK和SSK由密鑰中心統(tǒng)一生成并分發(fā)，公鑰矩陣、公鑰查詢函數(shù)可保存在傳感節(jié)點(diǎn)終 端的安全芯片上，公鑰查詢函數(shù)包括標(biāo)識映射函數(shù)和公鑰因子運(yùn)算算法兩部分，以節(jié)點(diǎn)ID作為輸入，輸出為該節(jié)點(diǎn)的公鑰，由密鑰管理中心根據(jù)節(jié)點(diǎn)ID先確定PSK中的因子，繼而 查找SSK中的相應(yīng)因子，計算并將節(jié)點(diǎn)私鑰通過專門的私密通道發(fā)放給節(jié)點(diǎn)； 節(jié)點(diǎn)標(biāo)識密鑰是有節(jié)點(diǎn)ID通過密鑰矩陣生成；隨機(jī)密鑰是有KMC定義的隨機(jī)序列與節(jié) 點(diǎn)標(biāo)識密鑰復(fù)合產(chǎn)生一階復(fù)合秘鑰，消除私鑰變量之間的線性關(guān)系；更新密鑰由節(jié)點(diǎn)隨機(jī) 定義，與一階復(fù)合秘鑰再次復(fù)合形成二階復(fù)合秘鑰，提供隱私數(shù)據(jù)加密，更新公私秘鑰分別 用UPKA,仍匕來表示； 秘鑰管理中心為節(jié)點(diǎn)％生成一對一階隨機(jī)密鑰：rsk' &1^1(\，1'4\是表示私鑰和隨機(jī) 私鑰的復(fù)合；節(jié)點(diǎn)％的一階復(fù)合私鑰rsk' 4是表示私鑰和隨機(jī)私鑰的復(fù)合，有秘鑰管理中心 計算csk' A= (isk A+rskA)modn將一階復(fù)合私鑰csk' 4和一階隨機(jī)公鑰RPK' 4記入ID證書 分發(fā)給節(jié)點(diǎn)％，并在系統(tǒng)中刪除隨機(jī)私鑰rskA; 節(jié)點(diǎn)aig行定義一對更新密鑰UPKjPuskA，并由節(jié)點(diǎn)保存以留下次變更使用；二階 復(fù)合私鑰csk" 4為一階復(fù)合私鑰csk'A和更新私鑰uskA的復(fù)合，由簽名方計算RPK"A = RPK'A+UPKA二階復(fù)合公鑰為標(biāo)識公鑰和二階隨機(jī)公鑰（由簽名方提供）的復(fù)合，由驗(yàn)證方 計算：CPK"A=IPKA+RPK" A; 二階復(fù)合私鑰csk" 4為一階復(fù)合私鑰csk'A和更新私鑰uskA的復(fù)合，由簽名方計算RPK" A=RPK'A+UPKA二階復(fù)合公鑰為標(biāo)識公鑰和二階隨機(jī)公鑰的復(fù)合，由簽名方提供，由 驗(yàn)證方計算：CPK" A=IPKA+RPK"A;隨機(jī)密鑰序列存放于KMC線庫中，對外提供查詢服務(wù)， 隨機(jī)密鑰的查詢方式是由節(jié)點(diǎn)標(biāo)識通過散列運(yùn)算得到散列值，用一定長度的散列值來自 動確定隨機(jī)密鑰坐標(biāo)，更新密鑰為隨機(jī)數(shù)，互為獨(dú)立的隨機(jī)數(shù)序列，而且每一個節(jié)點(diǎn)一個密 鑰，因此各個節(jié)點(diǎn)的私密要之間不存在線性關(guān)系； (3)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的密鑰管理，按照步驟（二）所述的簇管理的門限密鑰方法進(jìn)行，最終獲 得主密鑰S。
【專利摘要】本發(fā)明是一種可用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的簇密鑰管理方法，該方法不考慮分簇的具體劃分方法，節(jié)點(diǎn)在部署之前由密鑰管理中心進(jìn)行初始化，其中包括對每個傳感節(jié)點(diǎn)相關(guān)參數(shù)和算法的設(shè)置；整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過分簇之后，分成基站、簇頭和簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)；基站和簇頭之間通過復(fù)合矩陣密鑰保證兩者之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸安全，簇頭和簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)形成內(nèi)部安全通信區(qū)域；簇頭負(fù)責(zé)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的安全數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于設(shè)置的閥值時，則放棄成為簇頭的條件轉(zhuǎn)變成普通節(jié)點(diǎn)，普通節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于某個閥值時，則自銷毀芯片中的算法和參數(shù)。本發(fā)明不需要KMC控制的密鑰認(rèn)證，減少了計算和通信成本，并且簇與簇之間采用雙向認(rèn)證。
【IPC分類】H04W12-06, H04L9-32, H04W12-04, H04L9-08
【公開號】CN104780532
【申請?zhí)枴緾N201510234495
【發(fā)明人】趙啟升, 劉小明, 李存華
【申請人】淮海工學(xué)院
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年5月8日