一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法采用雙線性對(duì)函數(shù)、哈希函數(shù)和異或運(yùn)算進(jìn)行設(shè)計(jì)，在節(jié)點(diǎn)的會(huì)話密鑰協(xié)商階段，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)計(jì)算生成會(huì)話密鑰而不暴露節(jié)點(diǎn)之間彼此的真實(shí)身份ID信息，并且節(jié)點(diǎn)之間只有合法的節(jié)點(diǎn)才能通過相互認(rèn)證；在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間安全通信鏈路建立完后，網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信過程中，分別使用各自的假名身份ID信息代替真實(shí)身份ID信息進(jìn)行通信，并使用會(huì)話密鑰對(duì)報(bào)文載荷進(jìn)行加密。該方法可以有效的保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)匿名、目的節(jié)點(diǎn)匿名和網(wǎng)絡(luò)中通信關(guān)系的匿名，可以有效的抵御攻擊者通過流量分析等方法分析出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)報(bào)文中的敏感信息。
【專利說明】
-種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多的微型傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，面向任務(wù)的無線自組織網(wǎng)絡(luò)。 運(yùn)些節(jié)點(diǎn)被密集部署到指定區(qū)域，通過自組織方式形成的多跳無線網(wǎng)絡(luò)，用來采集、感知和 處理監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息和目標(biāo)數(shù)據(jù)，并將采集和感知到的信息和數(shù)據(jù)傳送給終端用戶 或監(jiān)控中屯、，協(xié)作完成指定的任務(wù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為21世紀(jì)最具影響力的技術(shù)之一，在 許多新興領(lǐng)域的應(yīng)用有著傳統(tǒng)信息技術(shù)不能比擬的優(yōu)勢(shì)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)必將在人類的社會(huì)生活中產(chǎn)生越來越重要的影響，特別是其作為物聯(lián)網(wǎng)的主要 組成部分，更顯示出了不可估量的發(fā)展前景。
[0003] 從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的體系架構(gòu)上看，傳感器節(jié)點(diǎn)在部署環(huán)境惡劣，無線通信 信道開放性，節(jié)點(diǎn)自身計(jì)算和存儲(chǔ)資源有限性無法加載復(fù)雜的安全與隱私保護(hù)策略，運(yùn)些 因素都容易導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)容易發(fā)生隱私泄露等安全隱患，因此隱私保護(hù)是一個(gè) 極其重要的因素來確保無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全通信，尤其當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于軍事領(lǐng) 域及復(fù)雜環(huán)境安全監(jiān)測(cè)等特殊應(yīng)用。
[0004] 目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的隱私保護(hù)技術(shù)按隱私泄露的途徑，可W將通信過程分為通 信實(shí)體、通信機(jī)制和數(shù)據(jù)Ξ部分，相應(yīng)的隱私為實(shí)體隱私、通信隱私和數(shù)據(jù)隱私。其中實(shí)體 隱私主要是指與節(jié)點(diǎn)自身相關(guān)的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)、節(jié)點(diǎn)位置、通信時(shí)間等隱私信息;通信隱私主要 是指數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)W及路由過程等通信關(guān)系的隱私;數(shù)據(jù)隱私主要是 指節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容等。
[0005] 匿名通信技術(shù)作為一種重要的隱私保護(hù)技術(shù)手段，一直是隱私保護(hù)研究領(lǐng)域的一 個(gè)熱點(diǎn)問題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣泛的應(yīng)用前景。匿名通信技術(shù)最早的研究是由化vid 化aum提出的Mix-化t密碼系統(tǒng)中提出來的，它是由一系列的混淆中屯、組成。發(fā)送者把要發(fā) 送的消息經(jīng)過加密后發(fā)送給本地的混淆中屯、，混淆中屯、在收到消息后又重新對(duì)消息進(jìn)行加 密發(fā)送出去，運(yùn)樣發(fā)送的消息通過本地混淆中屯、進(jìn)行混淆后，原來的發(fā)送者就無法與發(fā)送 出去的消息保持聯(lián)系，從而達(dá)到隱藏發(fā)送者的目的。后來，研究者逐漸把運(yùn)種匿名通信思想 引入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，其中有一類可W歸納為抵御流量分析的虛假流量技術(shù)，例如 A.Durresi提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)分層匿名通信協(xié)議化ACP)，運(yùn)種方法中為確保通信節(jié)點(diǎn)的匿 名性，需要向通信節(jié)點(diǎn)中發(fā)送虛假的數(shù)據(jù)包W掩藏真實(shí)的數(shù)據(jù)包來達(dá)到匿名通信的目的， 但是運(yùn)種方法給通信網(wǎng)絡(luò)中帶來了巨大的通信能耗和通信資源的占用。還有一類可W歸納 為基于轉(zhuǎn)發(fā)的匿名通信機(jī)制，通過路由路徑的重新構(gòu)建來達(dá)到發(fā)送者匿名和接收者匿名的 目的，例如化turk和Kamat等人提出的幻影路由協(xié)議，該協(xié)議中將報(bào)文隨機(jī)漫步到網(wǎng)絡(luò)中的 一個(gè)偽源節(jié)點(diǎn)，然后將報(bào)文從偽源節(jié)點(diǎn)路由到Sink節(jié)點(diǎn)，運(yùn)種方法采用了洪泛技術(shù)，使攻擊 者很難收集到信息的位置信息，但是運(yùn)種方法給通信網(wǎng)絡(luò)帶來了巨大的能耗和通信資源的 占用。
[0006] 隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用越來越廣泛，針對(duì)現(xiàn)階段無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信技 術(shù)的不足，尋找更加高效安全的匿名通信方法是非常有意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法，該方法可 W有效的保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)匿名、目的節(jié)點(diǎn)匿名和網(wǎng)絡(luò)中通信關(guān)系的匿名，可 W有效的抵御攻擊者通過流量分析等方法分析出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)報(bào)文中的敏感信息。
[000引為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0009] -種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法，該方法采用雙線性對(duì)函數(shù)、哈希函數(shù)和異或 運(yùn)算進(jìn)行設(shè)計(jì)，在節(jié)點(diǎn)的會(huì)話密鑰協(xié)商階段，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)計(jì)算生成會(huì)話密鑰 而不暴露節(jié)點(diǎn)之間彼此的真實(shí)身份ID信息，并且節(jié)點(diǎn)之間只有合法的節(jié)點(diǎn)才能通過相互認(rèn) 證;在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間安全通信鏈路建立完后，網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在進(jìn) 行數(shù)據(jù)通信過程中，分別使用各自的假名身份ID信息代替真實(shí)身份ID信息進(jìn)行通信，并使 用會(huì)話密鑰對(duì)報(bào)文載荷進(jìn)行加密。
[0010] 進(jìn)一步，該方法具體包括W下步驟：
[0011] S1:在初始狀態(tài)下，基站作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全管理中屯、，為每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn) 生成并分配一個(gè)身份ID信息作為唯一真實(shí)身份標(biāo)識(shí)，并根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)ID生成一個(gè)相對(duì)應(yīng)的 秘密參數(shù)；
[0012] S2:網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)i利用從基站接收的參數(shù)對(duì)（IDi，Pi)分別計(jì)算生成相應(yīng)的公鑰 PKi和私鑰SKi;
[0013] S3:網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行會(huì)話密鑰協(xié)商過程中，利用自己的公鑰和私鑰計(jì)算生成 節(jié)點(diǎn)之間的會(huì)話密鑰，節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行相互認(rèn)證且不暴露節(jié)點(diǎn)間彼此的真實(shí)身份信息；
[0014] S4:網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)在安全通信鏈路建立請(qǐng)求階段和響應(yīng)階段，分別計(jì)算生成源節(jié)點(diǎn) 和目的節(jié)點(diǎn)的假名身份信息并代替它們各自的真實(shí)身份信息，并使節(jié)點(diǎn)在安全通信鏈路建 立之后，只有合法的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)才能相互推測(cè)出彼此的真實(shí)身份信息；
[001引S5:網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程中，分別使用各自的假名身 份信息代替真實(shí)身份進(jìn)行通信，并使用會(huì)話密鑰對(duì)報(bào)文載荷進(jìn)行加密；
[0016] S6:網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定期的更新自己的會(huì)話密鑰和假名身份信息。
[0017] 進(jìn)一步，在步驟S4中，具體包括：網(wǎng)絡(luò)中通過認(rèn)證的源節(jié)點(diǎn)i要與目的節(jié)點(diǎn)j進(jìn)行安 全數(shù)據(jù)通信時(shí)，源節(jié)點(diǎn)i首先構(gòu)造安全通信鏈路建立請(qǐng)求信息包并發(fā)送出去；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn) 收到安全通信鏈路建立請(qǐng)求信息包后，首先判斷自己是否是目的節(jié)點(diǎn)，若判斷出自己是目 的節(jié)點(diǎn)，則需要給源節(jié)點(diǎn)i回復(fù)安全通信鏈路建立響應(yīng)信息包；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)i和目的節(jié) 點(diǎn)j在建立安全通信鏈路過程中，僅有合法的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)才能相互推測(cè)出彼此的真 實(shí)身份信息，中間路由節(jié)點(diǎn)推測(cè)不出源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的真實(shí)信息。
[0018] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0019] 本發(fā)明提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匿名通信方法，通過使用本方法任何第Ξ方 都難W通過流量分析等方法追蹤網(wǎng)絡(luò)中信息包的發(fā)送方和接收方來推斷出無線傳感器網(wǎng) 絡(luò)中比較重要的節(jié)點(diǎn)（如簇頭節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)等)信息，防止攻擊者對(duì)重要節(jié)點(diǎn)發(fā)起攻擊，因 此達(dá)到了匿名通信的傳輸模式。網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行安全數(shù)據(jù)通信過程中， 分別使用各自的假名身份ID代替真實(shí)身份ID進(jìn)行通信來保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)匿 名、目的節(jié)點(diǎn)匿名和網(wǎng)絡(luò)中通信關(guān)系的匿名。該方法能夠有效的滿足抵御無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 中偽裝攻擊、蟲桐攻擊、選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊、信息篡改攻擊等重要的安全需求。具體說明如下：
[0020] 1)偽裝攻擊:在偽裝攻擊中，攻擊者偽裝成網(wǎng)絡(luò)中的合法節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送虛假 的數(shù)據(jù)包來進(jìn)行攻擊，W此來達(dá)到破壞網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的真實(shí)性和使網(wǎng)絡(luò)飽和的目的。在我 們所提出的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匿名通信方法中，網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都是通過匿名認(rèn)證 的，偽裝攻擊者由于沒有通過認(rèn)證，所W不能向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起偽裝攻擊。
[0021] 2)蟲桐攻擊:蟲桐攻擊可W使網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)多跳的節(jié)點(diǎn)之間建立起一條蟲桐隧道， 使它們變成鄰居節(jié)點(diǎn)。在我們所提出的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匿名通信方法中，由于攻擊 者不能通過相互認(rèn)證，因此攻擊者不能使自己能為網(wǎng)絡(luò)中的合法節(jié)點(diǎn)，更不能轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)中 的數(shù)據(jù)包，所W不能向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起蟲桐攻擊。
[0022] 3)選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊:在多跳的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，通常假設(shè)中間路由節(jié)點(diǎn)安全的 轉(zhuǎn)發(fā)所收到的信息。在選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊中，惡意節(jié)點(diǎn)拒絕轉(zhuǎn)發(fā)某種特定的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，只轉(zhuǎn)發(fā) 一些無關(guān)緊要的報(bào)文。在我們所提出的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匿名通信方法中，由于攻擊 者不能成為網(wǎng)絡(luò)中合法的中間路由節(jié)點(diǎn)，因此攻擊者不能向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起丟棄關(guān)鍵性報(bào)文的 選擇性轉(zhuǎn)發(fā)攻擊。
[0023] 4)信息篡改攻擊:在信息篡改攻擊中，惡意節(jié)點(diǎn)很容易改變網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包內(nèi)容。 要發(fā)起運(yùn)種攻擊，攻擊者就必須偽裝成為網(wǎng)絡(luò)中的合法節(jié)點(diǎn)，在我們所提出的一種無線傳 感器網(wǎng)絡(luò)的匿名通信方法中，由于攻擊者不能成為網(wǎng)絡(luò)中的合法節(jié)點(diǎn)，所W攻擊者不能向 網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起信息篡改攻擊。
【附圖說明】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0025] 圖1為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
[0026] 圖2為節(jié)點(diǎn)間會(huì)話密鑰生成交互圖；
[0027] 圖3為安全通信鏈路建立請(qǐng)求過程；
[00%]圖4為安全通信鏈路建立響應(yīng)過程。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0030] 本發(fā)明提供的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匿名通信方法，其中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)如圖1所示，具體包括W下Ξ個(gè)方面：
[0031] (1)匿名會(huì)話密鑰協(xié)商
[0032] 1)網(wǎng)絡(luò)初始狀態(tài)下，基站作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全管理中屯、，基站為網(wǎng)絡(luò)中每 個(gè)節(jié)點(diǎn)生成并分配一個(gè)身份I D作為唯一身份標(biāo)示，生成規(guī)則為： 巧=//|(巧），碼二//,(/0;)，…，ID。二//|(/巧），其中η為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，H()表示一 個(gè)強(qiáng)密碼化sh函數(shù)?；靖鶕?jù)所生成的每個(gè)節(jié)點(diǎn)ID生成相應(yīng)的參數(shù)巧=化取,=·ν·巧(/巧')， 其中i = l，2,…，η。S為僅有基站知道的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。基站將每對(duì)參數(shù)(I化，Pi)分別下發(fā)給對(duì) 應(yīng)節(jié)點(diǎn)。
[00削 2)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)A，其身份ID信息為IDa，利用從基站接收的參數(shù)對(duì)(IDa，Pa) 生成相應(yīng)的公鑰PKa=R · IDa和私鑰SKa=R · Pa=R · S · IDa=s · R · IDa=s · PKa，其中R是 節(jié)點(diǎn)A中的隨機(jī)數(shù)。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中另一節(jié)點(diǎn)B，其公私鑰對(duì)為(PKb，SKb)，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B協(xié)商會(huì)話 密鑰而不暴露其各自的身份信息，其交互圖如圖2所示。
[0034] 3)節(jié)點(diǎn)A給節(jié)點(diǎn)B發(fā)送信息Mi = PKa| |Ri，Ri是節(jié)點(diǎn)A生成的隨機(jī)數(shù)，I I是連接符操 作。
[0035] 4)節(jié)點(diǎn)B收到信息Ml后，首先利用自己的私鑰SKb和節(jié)點(diǎn)A的公鑰PKa計(jì)算生成
其中約口，抑是雙線性對(duì)函數(shù)運(yùn)算。節(jié)點(diǎn) B生成認(rèn)證碼AUTb和用Kba加密的Ct，其中AUTB = mKBA||PKB| IPKaI |Ri| |Τι)，Τι是節(jié)點(diǎn)B的時(shí)間 戳，=每,<巧1陽），R2是節(jié)點(diǎn)Β生成的隨機(jī)值。節(jié)點(diǎn)Β給節(jié)點(diǎn)A回復(fù)信息M2 = PKB||Cti| AUTb。
[0036] 5)節(jié)點(diǎn)A收到信息M2后，首先利用自己的私鑰SKa和節(jié)點(diǎn)B的公鑰PKb計(jì)算生成
，用Kab解密Cti得到Τι和R2,如解密不成 功，則說明節(jié)點(diǎn)A對(duì)節(jié)點(diǎn)Β認(rèn)證不成功，丟棄報(bào)文，如解密成功，且判斷時(shí)間戳Τι是否有效，若 時(shí)間戳Τι有效，則計(jì)算驗(yàn)證碼AUTA = mKAB II PKa II PKb II Ri II Τι)并判斷其是否與接收到的 AUTb相等，若相等，則說明節(jié)點(diǎn)A對(duì)節(jié)點(diǎn)Β認(rèn)證成功，并生成認(rèn)證碼AUT^ Α=Η化ΑΒ II PKa II PKb I R2I |Τ2)和用Kab加密的C。= ￡\,,代)生成信息M3 = AUT'a| |Ct2發(fā)送給節(jié)點(diǎn)B，其中Τ2是節(jié)點(diǎn)A生 成的時(shí)間戳。
[0037] 6)節(jié)點(diǎn)則欠到信息M3后，首先利用自己的Kba解密得到時(shí)間戳T2,如若解密不成功， 則說明節(jié)點(diǎn)B對(duì)節(jié)點(diǎn)A初步認(rèn)證不成功，丟棄報(bào)文，如若解密成功，則判斷時(shí)間戳T2是否有 效，若時(shí)間戳T2有效，則計(jì)算驗(yàn)證碼AUT'b = H化baMPKbMPKaI帕| |Τ2)并判斷其是否與接收 到的AUr A相等，若相等，則說明節(jié)點(diǎn)Β對(duì)節(jié)點(diǎn)A認(rèn)證成功。
[003引通過W上過程，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B建立起會(huì)話密鑰Kab，且未暴露其彼此的真實(shí) 身份信息并進(jìn)行了雙向認(rèn)證。
[0039] (2)安全通信鏈路構(gòu)建
[0040] 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)A要與目的節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行安全數(shù)據(jù)通信時(shí)，它們之間沒有一條安全的 匿名通信鏈路，因此，在通信之前應(yīng)該通過一系列的中間節(jié)點(diǎn)建立一條匿名通信鏈路。源節(jié) 點(diǎn)A首先構(gòu)造安全通信鏈路建立請(qǐng)求信息包并發(fā)送出去。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)收到此安全通信鏈 路建立請(qǐng)求信息包后，首先判斷自己是否是目的節(jié)點(diǎn)B，若判斷出自己是目的節(jié)點(diǎn)B，則需要 給源節(jié)點(diǎn)A回復(fù)安全通信鏈路建立響應(yīng)信息包。源節(jié)點(diǎn)的安全通信鏈路建立請(qǐng)求過程如圖3 所示，目的節(jié)點(diǎn)的安全通信鏈路建立響應(yīng)過程如圖4所示，安全通信鏈路建立具體實(shí)現(xiàn)過程 如下。
[OOW 1)源節(jié)點(diǎn)A利用自己的私鑰SKa及目的節(jié)點(diǎn)的公鑰PKb計(jì)算生成啦A'4,巧V) 代替自己的真實(shí)身份信息并更新自己的路由表。
[0042] 2)源節(jié)點(diǎn)A產(chǎn)生安全通信鏈路建立請(qǐng)求信息包Μ發(fā)送給自己路由表中下一跳節(jié)點(diǎn)， Μ包具體格式為：
[0043]
[0044] 其中：tag#表示此次鏈路請(qǐng)求信息包的唯一標(biāo)識(shí);REP表示判斷節(jié)點(diǎn)在鏈路響應(yīng)階 段是否處理過此鏈路請(qǐng)求信息包的標(biāo)識(shí)；(/? II乃)表示用源節(jié)點(diǎn)A與目的節(jié)點(diǎn)B之間的 會(huì)話密鑰Kab加密目的節(jié)點(diǎn)B的真實(shí)身份信息和時(shí)間戳Τα。
[0045] 3)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某一節(jié)點(diǎn)收到此安全通信鏈路建立請(qǐng)求信息包Μ后，首先檢查節(jié)點(diǎn)自 身路由表中是否存在鏈路請(qǐng)求標(biāo)識(shí)tag#。若此節(jié)點(diǎn)路由表中存在鏈路請(qǐng)求標(biāo)識(shí)tag#，則表 示此節(jié)點(diǎn)已收到過此鏈路請(qǐng)求信息包Μ，進(jìn)而丟棄包Μ;否則，節(jié)點(diǎn)則把信息包Μ中的鏈路響 應(yīng)處理標(biāo)識(shí)REP存入路由表中，并使用自己會(huì)話密鑰解密旬(/All。，若能正確解密出信 息，則對(duì)比自己的路由表中真實(shí)身份信息與解密出的IDb是否相等，若相等則可判斷自己是 目的節(jié)點(diǎn)B。若時(shí)間戳Τα有效，且由雙線性對(duì)運(yùn)算規(guī)則相關(guān)知識(shí)可知
[0046]
[0047] 則可利用源節(jié)點(diǎn)的公鑰與自己的私鑰通過計(jì)算/1).4 eS(洶:漲6) 推測(cè)出源節(jié)點(diǎn)的真實(shí)身份信息，并更新自身路由表信息。若判斷出收到此通信鏈路建立請(qǐng) 求包的節(jié)點(diǎn)不是目的節(jié)點(diǎn)而是中間路由節(jié)點(diǎn)，則此節(jié)點(diǎn)把信息包Μ轉(zhuǎn)發(fā)給自己路由表中下 一跳節(jié)點(diǎn)。
[004引4)若收到安全通信鏈路建立請(qǐng)求信息包Μ的節(jié)點(diǎn)判斷出自己就是目的節(jié)點(diǎn)后，貝U 需要給與自己通信的源節(jié)點(diǎn)A進(jìn)行鏈路響應(yīng)操作。目的節(jié)點(diǎn)Β構(gòu)造的安全通信鏈路響應(yīng)信息 包格式記作：
[0049]
[0050] 選取tag#M乍為鏈路響應(yīng)信息包的唯一標(biāo)識(shí)，時(shí)間戳Tb表示鏈路響應(yīng)信息包的時(shí) 間戳。目的節(jié)點(diǎn)通過計(jì)算H( IDb II Randomi)來代替自己的真實(shí)身份信息并更新自身路由表信 息，其中針對(duì)不同的源節(jié)點(diǎn)采用不同的隨機(jī)數(shù)Random^此來生成不同的假名身份信息。
[0051] 4)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)收到此安全通信鏈路響應(yīng)信息包后，首先檢查自身路由表中是 否存在鏈路響應(yīng)標(biāo)識(shí)tag#/。若存在鏈路響應(yīng)標(biāo)識(shí)tag#/，則可判斷此節(jié)點(diǎn)已經(jīng)收到過鏈路 響應(yīng)信息包，丟棄該響應(yīng)包；否則，則檢查節(jié)點(diǎn)自身路由表中是否存在鏈路響應(yīng)處理標(biāo)識(shí) REP，若不存在，則丟棄該響應(yīng)包。若節(jié)點(diǎn)自身路由表中存在鏈路響應(yīng)處理標(biāo)識(shí)REP，則此節(jié) 點(diǎn)利用自己與目的節(jié)點(diǎn)之間的會(huì)話密鑰解密每。(心(/? PandomiMI與)，若能正確解密出 信息，則可證明此節(jié)點(diǎn)就是源節(jié)點(diǎn)，且得到目的節(jié)點(diǎn)與之通信的假名信息H(IDb II Randomi) 并更新自身路由表中的信息。如果此節(jié)點(diǎn)未能正確解密出^,,,(^嗎.|!/^3113〇1111)||7；)則可 判斷收到此安全通信鏈路響應(yīng)信息包的節(jié)點(diǎn)不是源節(jié)點(diǎn)而是中間路由節(jié)點(diǎn)，則此中間路 由節(jié)點(diǎn)把信息包發(fā)送給自身路由表中的下一跳節(jié)點(diǎn)并更新路由表。
[0052] (3)匿名數(shù)據(jù)傳輸
[0053] 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)A和目的節(jié)點(diǎn)B通過安全通信鏈路建立請(qǐng)求階段和響應(yīng)階段得到 各自的假名身份信息后，節(jié)點(diǎn)可W通過使用各自產(chǎn)生的假名身份信息代替真實(shí)身份信息進(jìn) 行安全數(shù)據(jù)通信，W此來達(dá)到匿名通信的目的。具體過程在下文中詳細(xì)介紹。
[0054] 1)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某一源節(jié)點(diǎn)A要與目的節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，源節(jié)點(diǎn)A首先使用自 己與目的節(jié)點(diǎn)B之間的會(huì)話密鑰Kab將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，然后使用自己的假名信息和 目的節(jié)點(diǎn)的假名信息將報(bào)文發(fā)送出去，報(bào)文格式如下：
[ο化5]
[0化6] 其中tag#表示此次通信過程中的路由路徑標(biāo)識(shí)，/化@ Ρ而)表示此次通信 過程中的源節(jié)點(diǎn)的假名身份信息，H(I化llRandomi)表示此次通信過程中的目的節(jié)點(diǎn)的假名 身份信息。
[0057] 2)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)收到此數(shù)據(jù)包后，首先檢查自身的路由表中是否存在路由路徑 標(biāo)識(shí)tag#。若存在，則可判斷此節(jié)點(diǎn)不是中間路由節(jié)點(diǎn)就是目的節(jié)點(diǎn)；若不存在，則丟棄該 報(bào)文。繼續(xù)查詢節(jié)點(diǎn)自身路由表中假名身份信息是否與H(IDBMRandomi)相等，若兩者相等 則可初步判斷此節(jié)點(diǎn)是目的節(jié)點(diǎn)。此節(jié)點(diǎn)利用與源節(jié)點(diǎn)之間的會(huì)話密鑰解密加密的數(shù)據(jù)載 荷，若能有效的解密出數(shù)據(jù)載荷，則可判斷此節(jié)點(diǎn)就是目的節(jié)點(diǎn)，從而判斷了 報(bào)文發(fā)送的正確性，此節(jié)點(diǎn)通過計(jì)算貨'許泌',，P馬,)Θf,，S馬)可得到源節(jié)點(diǎn)的真實(shí) 身份信息。如果通過判斷得出收到此數(shù)據(jù)包的是中間路由節(jié)點(diǎn)，則中間路由節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包 轉(zhuǎn)發(fā)給自己路由表中下一跳節(jié)點(diǎn)，直到收到此數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)是目的節(jié)點(diǎn)。
[005引最后說明的是，W上優(yōu)選實(shí)施例僅用W說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可W在 形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法，其特征在于:該方法采用雙線性對(duì)函數(shù)、哈希函 數(shù)和異或運(yùn)算進(jìn)行設(shè)計(jì)，在節(jié)點(diǎn)的會(huì)話密鑰協(xié)商階段，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)計(jì)算生成 會(huì)話密鑰而不暴露節(jié)點(diǎn)之間彼此的真實(shí)身份ID信息，并且節(jié)點(diǎn)之間只有合法的節(jié)點(diǎn)才能通 過相互認(rèn)證;在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間安全通信鏈路建立完后，網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)和目的 節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信過程中，分別使用各自的假名身份ID信息代替真實(shí)身份ID信息進(jìn)行通 信，并使用會(huì)話密鑰對(duì)報(bào)文載荷進(jìn)行加密。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法，其特征在于:該方法具體 包括以下步驟： S1:在初始狀態(tài)下，基站作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全管理中心，為每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)生成 并分配一個(gè)身份ID信息作為唯一真實(shí)身份標(biāo)識(shí)，并根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)ID生成一個(gè)相對(duì)應(yīng)的秘密 參數(shù)； S2:網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)i利用從基站接收的參數(shù)對(duì)（IDi，Pi)分別計(jì)算生成相應(yīng)的公鑰PKi和 私鑰SKi; S3:網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行會(huì)話密鑰協(xié)商過程中，利用自己的公鑰和私鑰計(jì)算生成節(jié)點(diǎn) 之間的會(huì)話密鑰，節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行相互認(rèn)證且不暴露節(jié)點(diǎn)間彼此的真實(shí)身份信息； S4:網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)在安全通信鏈路建立請(qǐng)求階段和響應(yīng)階段，分別計(jì)算生成源節(jié)點(diǎn)和目 的節(jié)點(diǎn)的假名身份信息并代替它們各自的真實(shí)身份信息，并使節(jié)點(diǎn)在安全通信鏈路建立之 后，只有合法的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)才能相互推測(cè)出彼此的真實(shí)身份信息； S5:網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程中，分別使用各自的假名身份信 息代替真實(shí)身份進(jìn)行通信，并使用會(huì)話密鑰對(duì)報(bào)文載荷進(jìn)行加密； S6:網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)定期的更新自己的會(huì)話密鑰和假名身份信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匿名通信方法，其特征在于：在步驟S4 中，具體包括：網(wǎng)絡(luò)中通過認(rèn)證的源節(jié)點(diǎn)i要與目的節(jié)點(diǎn)j進(jìn)行安全數(shù)據(jù)通信時(shí)，源節(jié)點(diǎn)i首 先構(gòu)造安全通信鏈路建立請(qǐng)求信息包并發(fā)送出去；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)收到安全通信鏈路建立請(qǐng) 求信息包后，首先判斷自己是否是目的節(jié)點(diǎn)，若判斷出自己是目的節(jié)點(diǎn)，則需要給源節(jié)點(diǎn)i 回復(fù)安全通信鏈路建立響應(yīng)信息包；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)i和目的節(jié)點(diǎn)j在建立安全通信鏈路過 程中，僅有合法的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)才能相互推測(cè)出彼此的真實(shí)身份信息，中間路由節(jié)點(diǎn) 推測(cè)不出源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的真實(shí)信息。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK105871929SQ201610452120
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】王浩, 鄧軍, 王平, 陳偉, 王朝美
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)