一种新体制无线传感器网络加密算法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数据加密技术领域，涉及一种新体制无线传感器网络加密算法。
【背景技术】
[0002] Zigbee技术是一种近距离，低复杂度，低功耗，低成本的双向无线通信技术。随着 WSN网络的应用越来越广泛，如何在zigbee网络上实现有效的安全传输，越来越引起人们 的重视。目前，人们研究了 WSN上的RSA，IBE等其他加密算法，尤其是IBE算法，越来越引 起人们的重视。
[0003] 所谓IBE加密即是"基于身份加密"。其主要观点是：系统中不需要证书，可以使用 与任何用户身份有关的标识（如姓名、IP地址、电子邮件地址等）作为公钥。用户的私钥 通过一个被称作可信密钥生成中心的可信第三方来生成。其优点在于用户之间不用交换私 钥也不用交换公钥，不需要公共的证书服务器。因此，避免了传统公钥密码体制中因管理大 量用户证书而带来的不方便。
[0004] 但目前，普通IBE加密算法没法有效解决无线传感器网络加密所存在的私钥泄 漏，算法能耗过大，结点认证困难等问题。而且由于双线性映射是在椭圆曲线上所实现，它 在实现过程中需要进行非常庞大的多项式运算。以至于如何实现双线性映射的高效运算成 为了一个目前的热点。最早提出的是miller和他的Miller算法。后来人们又在Miller 算法的基础上提出了 tate pairing对，wei pairing对等算法。近来，国内针对双线性对 的研究也大量涌现，但由于双线性对本身的数学特性，它的计算即使经过大量的优化，相对 于传感器有限的计算能力，仍显得过于复杂。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种新体制无线传感器网络加密算法，解决了无线传感器 网络上所存在的私钥泄漏，算法能耗过大，结点认证困难的问题。
[0006] 本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
[0007] 步骤1 :密钥协商过程，服务器与结点协商产生结点私钥，并分配给结点加密参 数；
[0008] 步骤2 :数据加密过程，加密&解密密钥，用于加密&解密传感器采集的数据；传感 器采集的数据使用加密密钥加密后传送给汇聚结点，由服务器解密；
[0009] 步骤3 :认证&签名过程，认证密钥用于结点之间&服务器与结点间的相互认证； 服务器或者网内拥有结点认证密钥的其他结点发起对结点的认证，使用认证密钥加密一段 明文，传送给结点，结点使用秘密参数和私钥解密密文，将明文返回给认证发起者，进行验 证。
[0010] 进一步，所述结点私钥是一个二元组E，包含了 el, e2两个参数，参数el = L* (s*Q*d)，其中L为椭圆曲线生成元C与结点产生的随机数k相乘的结果，Q是通过结点公 开信息所得到的一个值，d为服务器针对此结点所唯一生成的一个随机数，参数e2 = C*d， 其中C为椭圆曲线的生成元，d为服务器针对此结点所唯一生成的一个随机数；当应用在乘 法有限域上时，以上的点乘运算变为模幂运算，以上的点加运算变为模乘运算。
[0011] 进一步，所述加密&解密密钥是一个数值Y = y*(k*Q)+e2,其中y为椭圆曲线公开 参数C*s，C是椭圆曲线生成元，s是服务器生成的秘密参数，K是结点产生的随机数，Q是通 过结点公开信息所得到的一个值，e2是结点私钥的第二个参数，当应用在乘法有限域上时， 以上的点乘运算变为模幂运算，以上的点加运算变为模乘运算。
[0012] 进一步，认证密钥是一个二元组R，包含了 Rl, R2两个参数，参数Rl = y*(d*Q)+L*d，其中其中y为椭圆曲线公开参数C*s，C是椭圆曲线生成元，s是服务器生成 的秘密参数，d为服务器针对此结点所唯一生成的一个随机数，Q是通过结点公开信息所得 到的一个值，L为椭圆曲线生成元C与结点产生的随机数k相乘的结果，第二个参数R2 = d，d为服务器针对此结点所唯一生成的一个随机数；当应用在乘法有限域上时，以上的点 乘运算变为模幂运算，以上的点加运算变为模乘运算。
[0013] 本发明的有益效果是能够有效防止无线传感器网络的私钥泄漏问题，同时具有结 点对结点的认证能力，并极大减少了结点加密负担，延长了结点寿命。
【附图说明】
[0014] 图1是加密初始化流程图；
[0015] 图2是加密&解密流程；
[0016] 图3是认证&签名流程。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0018] 1.初始化流程
[0019] 初始化：
[0020] 选取一个素域上的椭圆曲线有限群Fp，以及它的一个本原元C。
[0021] PKI 选取秘密参数 s，l〈s〈p_2。
[0022] 计算 y = Os mod p
[0023] 结点入网：
[0024] 终端结点广播入网请求，PKI收到后，比对结点IEEE地址和白名单。通过后，向结 点发送有限域参数P，C和公共参数y。
[0025] 密钥协商：
[0026] 结点随机生成结点参数k，l〈k〈p_2,并计算L = C*k。将L传送给PKI。
[0027] PKI 针对此结点随机生成 d, l〈d〈p_2。计算 el = L*(s*Q*d)，e2 = C*d，
[0028] 结点私钥sQbob = (el，e2)。PKI将sQbob传送给结点。
[0029] 初始化流程如图1。
[0030] 2.加密&解密流程
[0031] 加密：
[0032] 假设 m = Hash2 (明文）。
[0033] 密文 c = m 异或（y* (k*Q) +e2)
[0034] 解密：
[0035] 明文 m = c 异或（L* (s*Q)+C*d)
[0036] 加密&解密流程如图2。
[0037] 3.认证&签名流程
[0038] 这里假设有一个簇头结点，由PKI提前分配了认证参数R(y*(d*Q)+L*d, d)= R(vl, v2) 〇
[0039] 簇头结点向待认证结点A发送认证请求。
[0040] 结点A收到后向簇头发送L。
[0041] 簇头随机产生一段明文，计算m = Hl (明文）。并计算D = L*m。
[0042] 簇头计算X = vl+D-L* (d)，将X发送给结点A。
[0043] 结点A计算W = x*k_el,并将W发给簇头。
[0044] 簇头比较W和D。相同，通过认证，不同未通过认证。
[0045] 认证&签名流程如图3。
[0046] 下面列举具体实施例对本发明进行说明：