一种轻量级的节点、网关双向身份认证方法
【专利摘要】本发明公开一种轻量级的节点、网关双向身份认证方法，其具体包括如下步骤：A、节点注册。B、节点认证。C、网关广播源认证。本发明采用节点和网关之间的双向身份认证有效的防止“假冒攻击”，轻量级的认证算法减少了节点的能耗，Merkle哈希树广播源认证在计算、存储、通信方面开销较小，能够抵制节点捕获、请求信息重放和Dos攻击。
【专利说明】一种轻量级的节点、网关双向身份认证方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及智能家居安防【技术领域】，尤其涉及一种轻量级的节点、网关双向身份认证方法。
【背景技术】
[0002]目前，物联网技术越来越多的受到了人们的关注。物联网的本质是通过能够获取物体信息的传感器节点(简称节点)来进行信息采集，通过泛在网进行信息传输及交换，通过/[目息处理系统进行?目息加工及决策。
[0003]智能家居以住宅为平台，利用综合布线、网络通信、安全防范、自动控制等技术构建高效的住宅设施与安全防范系统，提升家居安全性、便利性、舒适性，并实现环保节能的居住环境。智能家居作为物联网发展过程中的典型应用在物联网行业中拥有巨大的消费潜力，前景光明。
[0004]家居安防系统作为智能家居系统的子系统为居住环境提供了重要的安全保障，而传感技术被广泛应用于智能家居的各个子系统中完成信息的采集以及实时控制，传感系统本身存在的安全风险也随即被带入到智能家居系统中。传感系统的前端感知设备即传感器节点能量受限以及采用无线通信的方式使得前端感知节点很容易成为被攻击的对象，包括对感知节点的假冒身份、干扰、屏蔽、信号截获等攻击。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于通过一种轻量级的节点、网关双向身份认证方法，来解决以上【背景技术】部分提到的问题。
[0006]一种轻量级的节点、网关双`向身份认证方法，其包括如下步骤:
[0007]Α、节点注册；Β、节点认证；C、网关广播源认证。
[0008]特别地,所述步骤A具体包括:
[0009]Al、节点向网关发送注册请求包；
[0010]A2、网关对收到的注册请求包进行解析，验证注册请求包的MAC，若验证不通过，则丢弃该注册请求包，若验证通过，则发送注册响应包给节点。
[0011]特别地，所述步骤B具体包括:
[0012]B1、网关向通过注册的节点发送随机数，并存储该随机数与对应节点号；
[0013]B2、节点收到与自己对应的所述随机数后，生成认证请求包，发送给网关；
[0014]B3、网关接收认证请求包，根据节点号取出与其对应的随机数，将其与认证请求包中数据异或，并使用对应的MAC算法验证MAC，若验证通过，则网关发送认证响应包给节点，否则认证失败，节点超时会发起重新认证。
[0015]特别地，所述步骤C具体包括:
[0016]Cl、节点与网关预制工作:网关生成一系列Si和深度为3的完全二叉Merkle树；为每个节点i编号，满足:当i为父亲节点时，其左孩子节点为2i，右孩子节点为2i+l，树的根节点编号为I ;节点间hash值关系满足:当i为叶子节点时，Ki=hash(Si);当1不为叶子节点时，其必存在左、右孩子K21、K2i+l，满足M=hash (K21.④(K2i + 1));每个传感器节点预置Kl和hash散列算法；网关保存Si和Merkle树；
[0017]C2、网关发送广播源认证包；
[0018]C3、节点收到广播源认证包后进行如下计算:
[0019]
Hash(Hash(Hash(Hash(Merkle[0] Φ Merkle[l]) Φ Merkle[2]) Φ Merkle
[3]),验证其结果与节点自身存储的κι是否相等，若相等，则认证成功。
[0020]特别地，所述步骤Al具体包括:节点向网关发送注册请求包，其过程如下:
[0021]一、节点UART驱动程序按照与网关协商好的数据格式，将认证算法标志位(IB)、NodeID (2Β)、保留位(IB)、保留位(4Β)共8Β与随机数进行异或后输入到LKT4200中，其中，注册阶段的上行包随机数N恒等于O ;
[0022]二、LKT4200接收所述8Β数据，进行如下计算生成MAC (4Β):
[0023]MAC [K,(认法紐志位(iB)+N(AID(2B) +保衍位(IB) +保街位(4Β))ΦΝ (4Β，注册阶段N=O)]
[0024]三、节点UART驱动程序将13Β数据打包封装为注册请求包，发送至网关。
[0025]特别地，所述步骤Α2具体包括:网关对收到的注册请求包进行解析，根据注册请求包的数据包说明，判断该数据包为注册请求包，根据注册请求包的算法标志位，判断生成MAC所用的轻量级算法，从而验证注册请求包的MAC，若验证不通过，则丢弃该注册请求包，若验证通过，则发送注册响应包给节点。
[0026]特别地，所述步骤B3具体包括:网关接收认证请求包，根据节点号取出与其对应的随机数，将其与认证请求包中前8字节数据异或，并根据算法标志位使用对应的MAC算法验证MAC，若验证通过，则网关发送认证响应包给节点，否则认证失败，节点超时会发起重新认证。
[0027]本发明提供的轻量级的节点、网关双向身份认证方法采用节点和网关之间的双向身份认证有效的防止“假冒攻击”，轻量级的认证算法减少了节点的能耗，Merkle哈希树广播源认证在计算、存储、通信方面开销较小，能够抵制节点捕获、请求信息重放和Dos攻击。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明实施例提供的节点、网关双向身份认证方法流程图；
[0029]图2为本发明实施例提供的节点、网关双向身份认证方法数据流向图；
[0030]图3为本发明实施例提供的广播源认证的Merkle哈希树示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0032]请参照图1和图2所示，本实施例中节点、网关双向身份认证方法具体包括如下步骤:
[0033]步骤S101、节点注册。节点注册的具体过程如下:
[0034]步骤S1011、节点向网关发送注册请求包，其格式如下:
【权利要求】
1.一种轻量级的节点、网关双向身份认证方法，其特征在于，具体包括如下步骤: A、节点注册；B、节点认证；C、网关广播源认证。
2.根据权利要求1所述的轻量级的节点、网关双向身份认证方法，其特征在于，所述步骤A具体包括: Al、节点向网关发送注册请求包； A2、网关对收到的注册请求包进行解析，验证注册请求包的MAC，若验证不通过，则丢弃该注册请求包，若验证通过，则发送注册响应包给节点。
3.根据权利要求2所述的轻量级的节点、网关双向身份认证方法，其特征在于，所述步骤B具体包括: B1、网关向通过注册的节点发送随机数，并存储该随机数与对应节点号； B2、节点收到与自己对应的所述随机数后，生成认证请求包，发送给网关； B3、网关接收认证请求包，根据节点号取出与其对应的随机数，将其与认证请求包中数据异或，并使用对应的MAC算法验证MAC，若验证通过，则网关发送认证响应包给节点，否则认证失败，节点超时会发起重新认证。
4.根据权利要求3所述的轻量级的节点、网关双向身份认证方法，其特征在于，所述步骤C具体包括: Cl、节点与网关预制工作:网关生成一系列Si和深度为3的完全二叉Merkle树；为每个节点i编号，满足:当i为父亲节点时，其左孩子节点为2i，右孩子节点为2i+l，树的根节点编号为1 ;节点间hash值关系满足:当i为叶子节点时，Ki=hash(Si);当i不为叶子节点时，其必存在左、右孩子K21、K2i+l，满足
5.根据权利要求4所述的轻量级的节点、网关双向身份认证方法，其特征在于，所述步骤Al具体包括:节点向网关发送注册请求包，其过程如下: 一、节点UART驱动程序按照与网关协商好的数据格式，将认证算法标志位(IB)、NodeID (2Β)、保留位(IB)、保留位(4Β)共8Β与随机数进行异或后输入到LKT4200中，其中，注册阶段的上行包随机数N恒等于O ; 二、LKT4200接收所述8Β数据，进行如下计算生成MAC(4Β):
6.根据权利要求5所述的轻量级的节点、网关双向身份认证方法，其特征在于，所述步骤Α2具体包括:网关对收到的注册请求包进行解析，根据注册请求包的数据包说明，判断该数据包为注册请求包，根据注册请求包的算法标志位，判断生成MAC所用的轻量级算法，从而验证注册请求包的MAC，若验证不通过，则丢弃该注册请求包，若验证通过，则发送注册响应包给节点。
7.根据权利要求2至6之一所述的轻量级的节点、网关双向身份认证方法，其特征在于，所述步骤B3具体包括:网关接收认证请求包，根据节点号取出与其对应的随机数，将其与认证请求包中前8字节数据异或，并根据算法标志位使用对应的MAC算法验证MAC，若验证通过，则网关发送认证响应包`给节点，否则认证失败，节点超时会发起重新认证。
【文档编号】H04L29/06GK103701797SQ201310718763
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】刘庆昊, 吕世超, 芦翔, 潘磊, 周新运, 孙利民 申请人:江苏物联网研究发展中心