專利名稱：基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全通信領(lǐng)域，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信任的安全管理。具體是 一種基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)身份的公鑰密碼體制來(lái)建立網(wǎng)絡(luò)信任體系的安全方法，實(shí)現(xiàn)在信任網(wǎng)絡(luò)上 安全通信。
背景技術(shù)：
在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，要解決節(jié)點(diǎn)能量受限、易發(fā)生故障與易被攻擊者物理捕獲等引起 的安全問(wèn)題，單純依靠密碼學(xué)的途徑是不足以解決問(wèn)題的，在諸多解決通信安全的方法中， 通過(guò)增加節(jié)點(diǎn)的信任機(jī)制，構(gòu)建信任網(wǎng)絡(luò)的方法來(lái)解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全已經(jīng)受到業(yè)內(nèi) 研究者的關(guān)注。
文獻(xiàn)"傳感器網(wǎng)絡(luò)信任管理安全框架"(A Security Framework with Trust Management for Sensor Networks, Security and Privacy for Emerging Areas in Communication Networks) ， 2005， pp.190- 198,"公開(kāi)了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信任管理框架。該方案的主要架構(gòu)是首先每個(gè)傳 感器節(jié)點(diǎn)都保存其鄰居節(jié)點(diǎn)的信任值。當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間需要通信時(shí)，源節(jié)點(diǎn)通過(guò)自身的觀察 來(lái)得到目的節(jié)點(diǎn)的直接信任，并結(jié)合其余鄰居節(jié)點(diǎn)對(duì)目的節(jié)點(diǎn)的間接信任來(lái)計(jì)算得到目的節(jié) 點(diǎn)的新的信任值。再根據(jù)應(yīng)用對(duì)信任值的具體要求決定是否進(jìn)一步和目的節(jié)點(diǎn)通信。最后， 結(jié)合上述的信任管理機(jī)制，設(shè)計(jì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全框架，從而保證各種應(yīng)用的安全實(shí)施。
但是該安全框架也存在一些缺陷首先，信任信息在節(jié)點(diǎn)中傳輸沒(méi)有考慮消息的安全和認(rèn)證， 這就導(dǎo)致了攻擊者可以偽裝成一些高信任值節(jié)點(diǎn)來(lái)誤導(dǎo)其余節(jié)點(diǎn)，或是篡改信任信息，從而 導(dǎo)致即使有信任管理機(jī)制也無(wú)法徹底解決網(wǎng)絡(luò)安全的問(wèn)題。其次，未進(jìn)行信任的初始化過(guò)程， 這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)的可操作性差，不適合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。最后，該安全框架本身在功能上存在 缺陷和不足，未考慮傳感器節(jié)點(diǎn)自身的特點(diǎn)對(duì)信任的影響和根據(jù)通信的情況再次更新的問(wèn)題， 這使得設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)不夠完善。此外，沒(méi)有提供多跳的操作和解決辦法，難以滿足較大規(guī) 模自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間信譽(yù)信息傳輸及信任管理中的 上述問(wèn)題，提供一個(gè)基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法。節(jié)點(diǎn)間通過(guò)基于身份的公鑰 密碼體制進(jìn)行加密與認(rèn)證以保護(hù)所傳輸?shù)男抛u(yù)信息，這樣既保證了信譽(yù)信息的可靠性和可認(rèn) 證性，也降低了計(jì)算復(fù)雜性，適合用于能量受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題的方案是基于身份公鑰密碼機(jī)制提供了一個(gè)基于身份的無(wú)線傳感 器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法，首先給網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)加載一個(gè)信任管理結(jié)構(gòu)，在信任管理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 上通過(guò)在節(jié)點(diǎn)間廣播查詢節(jié)點(diǎn)信息、接收査詢響應(yīng)信息、更新節(jié)點(diǎn)信譽(yù)并通過(guò)節(jié)點(diǎn)間基于身 份的公鑰密碼加密與認(rèn)證，建立信任通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信任通信，所述信任管理結(jié)構(gòu)如圖1所 示，由密鑰管理模塊、接收信譽(yù)模塊、存儲(chǔ)信譽(yù)模塊、信譽(yù)計(jì)算模塊、應(yīng)用選擇模塊、路徑 管理模塊、決策模塊、信譽(yù)管理模塊和監(jiān)視模塊構(gòu)成，各模塊的功能如下
1、 密鑰管理模塊該模塊用作計(jì)算和存放源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)的身 份與對(duì)應(yīng)的共享密鑰；
2、 接收信譽(yù)模塊該模塊用于接收鄰居節(jié)點(diǎn)傳來(lái)的信息，并根據(jù)信息的類型做出下一步 的處理如收到的是査詢節(jié)點(diǎn)信息，則査詢密鑰管理模塊，若具有被査詢的節(jié)點(diǎn)則發(fā)送查詢 響應(yīng)信息，否則丟棄該信息；如收到的是査詢響應(yīng)信息，則根據(jù)發(fā)送響應(yīng)信息的節(jié)點(diǎn)身份發(fā) 送查詢?cè)摴?jié)點(diǎn)的信譽(yù)信息；如收到的是査詢信譽(yù)信息，則査詢信譽(yù)存儲(chǔ)模塊，若具有被查詢 節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)則返回信譽(yù)響應(yīng)信息，否則丟棄該信息；如收到的是信譽(yù)響應(yīng)信息，則査詢密鑰 管理模塊并解密，正確解密則將信譽(yù)發(fā)送給信譽(yù)計(jì)算模塊，將能量和可用時(shí)間信息發(fā)送給路 徑管理模塊，否則丟棄該信息；如收到數(shù)據(jù)信息，則査詢密鑰管理模塊解密，若解密結(jié)果正 確則驗(yàn)證信息可靠性并將數(shù)據(jù)發(fā)送給需要的應(yīng)用，否則丟棄；如收到的是確認(rèn)信息，根據(jù)信 息內(nèi)容決定是更新信譽(yù)還是重新發(fā)送數(shù)據(jù)；
3、存儲(chǔ)信譽(yù)模塊該模塊用于存儲(chǔ)和更新每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)信息，并提供查詢服務(wù)。 信譽(yù)信息根據(jù)信譽(yù)計(jì)算模塊的結(jié)果，監(jiān)視模塊的報(bào)告和確認(rèn)信息進(jìn)行更新；
4、信譽(yù)計(jì)算模塊該模塊用于節(jié)點(diǎn)信譽(yù)的計(jì)算。節(jié)點(diǎn)査詢存儲(chǔ)信譽(yù)模塊找出自身對(duì)鄰 居節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)，結(jié)合鄰居節(jié)點(diǎn)關(guān)于目的節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)計(jì)算該目的節(jié)點(diǎn)的間接信譽(yù)，然后結(jié)合自 身對(duì)該目的節(jié)點(diǎn)的直接信譽(yù)計(jì)算該目的節(jié)點(diǎn)的新的信譽(yù)，并更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊； 5、應(yīng)用選擇模塊該模塊存儲(chǔ)各種應(yīng)用的具體要求，為決策提供依據(jù)；
96、路徑管理模塊該模塊存儲(chǔ)通向目的節(jié)點(diǎn)的下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)身份、對(duì)應(yīng)的能量、可 用時(shí)間信息，首先接收到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)所通過(guò)的所有下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)和其能量、可用時(shí)間，然 后查詢存儲(chǔ)信譽(yù)模塊，用與信譽(yù)計(jì)算相同的方法計(jì)算節(jié)點(diǎn)的能量和可用時(shí)間，記錄到達(dá)目的 節(jié)點(diǎn)所通過(guò)的下跳鄰居節(jié)點(diǎn)、對(duì)應(yīng)能量、可用時(shí)間，供決策模塊參考；
7、 決策模塊該模塊根據(jù)應(yīng)用管理模塊的具體應(yīng)用要求、信譽(yù)存儲(chǔ)模塊的節(jié)點(diǎn)信譽(yù)值、 路徑管理模塊給出的可行路徑來(lái)決定使用哪個(gè)節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)；
8、 信譽(yù)管理模塊該模塊接收來(lái)自監(jiān)視模塊的報(bào)告信息，并根據(jù)信息類型更新存儲(chǔ)信 譽(yù)模塊和路徑管理模塊；如收到的報(bào)告內(nèi)容是規(guī)定時(shí)間內(nèi)未廣播信息，累加器次數(shù)加1，并 根據(jù)次數(shù)決定信譽(yù)減少數(shù)量；如收到的報(bào)告內(nèi)容是廣播篡改信息，直接將信譽(yù)置零，并給路 徑管理模塊發(fā)送報(bào)告，置通過(guò)該節(jié)點(diǎn)的路徑不可靠，如收到的報(bào)告內(nèi)容是廣播正確的信息， 則信任增加"，其中^為根據(jù)用戶需要設(shè)定的數(shù)值；
9、 監(jiān)視模塊用于監(jiān)視節(jié)點(diǎn)是否廣播信息，判斷廣播信息是否與發(fā)送的一致，傳送報(bào) 告給信譽(yù)管理模塊(報(bào)告內(nèi)容包括正確發(fā)送、篡改和未發(fā)送等狀態(tài))。首先監(jiān)視下一跳節(jié)點(diǎn) 是否廣播發(fā)送給它的數(shù)據(jù)信息，然后判斷信息是否與發(fā)送的相同，并發(fā)送報(bào)告給信譽(yù)管理模 塊。
本發(fā)明用信譽(yù)計(jì)算模塊計(jì)算節(jié)點(diǎn)^對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)S的信譽(yù)的算法步驟如下
第一步，計(jì)算節(jié)點(diǎn)乂對(duì)所有具有節(jié)點(diǎn)B信譽(yù)的節(jié)點(diǎn)/的信任總和，再計(jì)算節(jié)點(diǎn)^對(duì)某個(gè)
節(jié)點(diǎn)z'的信任在總和中所占的比例，算式為//,,'=-^- (hl，2,…,")，
式中"d,.表示節(jié)點(diǎn)^對(duì)節(jié)點(diǎn)/的信任，是Z&的均值，^,.'表示節(jié)點(diǎn)Z對(duì)節(jié)點(diǎn)/的信任在信任總 和中所占的比例；
第二步，用第一步的計(jì)算結(jié)果計(jì)算節(jié)點(diǎn)J對(duì)節(jié)點(diǎn)5的間接信譽(yù)，算式為
式 中
= iV("ffl，criB2)表示節(jié)點(diǎn)/對(duì)節(jié)點(diǎn)S的直接信譽(yù)信息，服從高斯分布，X^'表示節(jié)點(diǎn)j對(duì)節(jié)
點(diǎn)s的間接信譽(yù)信息，服從高斯分布，&2表示直接信譽(yù);^的方差；第三步，用第二步的計(jì)算結(jié)果計(jì)算節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)S的新信譽(yù)，算式為 義^'= + (1 - w)義^'we(O,l)，式中必表示節(jié)點(diǎn)對(duì)自身的信任程度，義^'表示節(jié)點(diǎn)爿
對(duì)節(jié)點(diǎn)S的新信譽(yù)信息，服從高斯分布；
本發(fā)明用存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和信譽(yù)計(jì)算模塊計(jì)算節(jié)點(diǎn)^對(duì)節(jié)點(diǎn)5的信譽(yù)更新算法如下
第一步，節(jié)點(diǎn)^調(diào)用信譽(yù)算法計(jì)算乂對(duì)S的新信譽(yù)I,/，并用其直接覆蓋原有信譽(yù)；
第二步，節(jié)點(diǎn)^根據(jù)監(jiān)視模塊的報(bào)告更新信譽(yù)
1) 預(yù)定時(shí)間內(nèi)廣播發(fā)送的信息，則信任增加^，
2) 如果沒(méi)有廣播，則第1次減小/2，第2次減小,3，第/次減小《,，以此類推，直至 第n次將節(jié)點(diǎn)信譽(yù)置O，
3) 廣播篡改的信息，即直接將節(jié)點(diǎn)信譽(yù)置O; 第三步，根據(jù)確認(rèn)信息的內(nèi)容更新
1) 數(shù)據(jù)接收正確，信任值增加M Z,.(Z、1,2,…，W)表示用戶根據(jù)需要設(shè)定的數(shù)值；
2) 接收錯(cuò)誤與接收不到不改變信任值，只重新發(fā)送數(shù)據(jù)。 本發(fā)明根據(jù)決策模塊、信譽(yù)計(jì)算模塊和路徑選擇模塊選取可信節(jié)點(diǎn)的算法如下
第一步，調(diào)用信譽(yù)算法，計(jì)算所有下一跳節(jié)點(diǎn)的新信譽(yù)J^,"、剩余能量和可用時(shí)間， 第二步，根據(jù)應(yīng)用的要求選擇最適合的節(jié)點(diǎn)。 本發(fā)明在信任管理結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立信任通信網(wǎng)絡(luò)的步驟如下
第一步，節(jié)點(diǎn)初始化，初始化后每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同的信譽(yù)；所有節(jié)點(diǎn)都向周圍的鄰居節(jié) 點(diǎn)廣播自己的身份ID,.，收到信息的節(jié)點(diǎn)知道自己鄰居節(jié)點(diǎn)的身份，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只知道鄰居節(jié)點(diǎn) 的信息，對(duì)于2跳以外的節(jié)點(diǎn)并不知情，節(jié)點(diǎn)用鄰居節(jié)點(diǎn)的身份與自己的私鑰計(jì)算共享密鑰^. 存放在密鑰管理模塊中；設(shè)從源節(jié)點(diǎn)S到目的節(jié)點(diǎn)D要經(jīng)過(guò)n瑕fe，路徑為 S — M — iV2 —…—— —…—畫！ ■> ;
第二步，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)S要與目的節(jié)點(diǎn)D通信的時(shí)候，需向其周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播査詢節(jié)點(diǎn) 信息ID,IIIDD，査詢鄰居節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)是否目的節(jié)點(diǎn)Z)，其中，ID,是源節(jié)點(diǎn)的身份， 是目的節(jié)點(diǎn)身份；
第三步，收到查詢節(jié)點(diǎn)信息的鄰居節(jié)點(diǎn)調(diào)用接收信譽(yù)模塊查詢自己的密鑰管理模塊中是 否具有目的節(jié)點(diǎn)"的身份，如鄰居節(jié)點(diǎn)的下一跳不是目的節(jié)點(diǎn)D,則鄰居節(jié)點(diǎn)^向它的鄰居 節(jié)點(diǎn)W2接著廣播查詢節(jié)點(diǎn)信息IE^||IDs||IDfl ，查詢下一跳節(jié)點(diǎn)是否是目的節(jié)點(diǎn)D，其中， 是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份；
11第四步，如果節(jié)點(diǎn)W,的下一跳不是目的節(jié)點(diǎn)D，則重復(fù)第三步，直至節(jié)點(diǎn)JV"—,找到目的 節(jié)點(diǎn)"，此時(shí)查詢節(jié)點(diǎn)信息為n^j…IIID^IIIEV H…lin^llID^IIID』IDp,期間所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié) 點(diǎn)都在消息前加上自己的身份，其中，11\,,2 11…ilE^+,lilDw, H…IIID^IIIDM是所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的 身份；
第五步，如果鄰居節(jié)點(diǎn)a^,的下一跳是目的節(jié)點(diǎn)"，則戈—,廣播一個(gè)查詢響應(yīng)信息
nV,卄iD』u…iiid^iiiDw卄…iin^iiirgiiEyn^給i2'其中'是下一跳為目的節(jié) 點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)身份，n\2 u…iiiD^iin^ 11…niE^iiiDM是所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份，au廣播此査 詢響應(yīng)信息給仄—3，如此循環(huán)，直至源節(jié)點(diǎn)s的接收信譽(yù)模塊收到此査詢響應(yīng)信息，在轉(zhuǎn)發(fā) 過(guò)程中，所有通過(guò)的節(jié)點(diǎn)的路徑管理模塊都記錄源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)和此信息中自己的鄰居節(jié)
點(diǎn)；
第六步，源節(jié)點(diǎn)s的路徑管理模塊隨機(jī)選擇一個(gè)査詢響應(yīng)信息中的節(jié)點(diǎn)w作為下一跳節(jié)
點(diǎn)，用密鑰管理模塊中與"的共享密鑰夂^加密明文信息M ,將數(shù)據(jù)消息 IDw, 1iro』ID。 1li^(M，f，/Z(M,s》廣播，其中，IDw,是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份，^^(M，e,Z/(M，e》 是用源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的共享密鑰&。加密的明文M、時(shí)間戳f和hash函數(shù)/Z(M，e)，其余 節(jié)點(diǎn)的接收信譽(yù)模塊判定ID與自身不符則將消息丟棄，只有iV,的路徑管理模塊被要求和S 一樣隨機(jī)選擇一個(gè)適合的到目的節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)，例如乂，并廣播數(shù)據(jù)消息 IT^IIIE^ ||E)s||IDJi:ro(M,，//(Af,f))，然后源節(jié)點(diǎn)S的監(jiān)視模塊監(jiān)督7V,點(diǎn)的行為，信譽(yù) 管理模塊調(diào)用信譽(yù)更新算法更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和路徑管理模塊中節(jié)點(diǎn)^的信息；
第七步，重復(fù)第六步，直至節(jié)點(diǎn)"的接收信譽(yù)模塊收到數(shù)據(jù)消息 IDwJIEV" l卜.HID^ IIIDw, l卜.IIIE^IIIDw, ||IDs||IDji^(M，f，//(M，0)S，用與源節(jié)點(diǎn)S 的共享密鑰《,D解密，發(fā)送一個(gè)用與源節(jié)點(diǎn)S的共享密鑰K^加密的確認(rèn)信息 IDwJIIDwJ卜.IIID^Iin^J…IIIE^IIIDMllID』IDji^(m,s，if(附，f))給S ,其中， H)w」IID^ l卜』IDww IIIDw, H…HIDw」IIE^是所有通過(guò)節(jié)點(diǎn)的身份，i^(M,s,Z/(M,s))是使 用密鑰/^2)對(duì)附^,//(附,￡)的加密結(jié)果，/n是通信成功的標(biāo)識(shí)；
第八步，通信中所有節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)視模塊更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和路徑管理模塊中鄰居節(jié)點(diǎn)的 信息，源節(jié)點(diǎn)S的存儲(chǔ)信譽(yù)模塊根據(jù)確認(rèn)信息的內(nèi)容更新節(jié)點(diǎn)iV,的信譽(yù)
第九步，如通信失敗，則S的決策模塊選擇另一個(gè)査詢信息響應(yīng)中信譽(yù)高的節(jié)點(diǎn)作為下 一跳節(jié)點(diǎn)并重復(fù)第六至第八步；
通過(guò)上述步驟，在通信的過(guò)程中動(dòng)態(tài)建立起信任網(wǎng)絡(luò)，信任網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有不同的信譽(yù)。
信任網(wǎng)絡(luò)建立后，在信任網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)安全通信的步驟如下 從源節(jié)點(diǎn)S到目的節(jié)點(diǎn)D，要經(jīng)過(guò)W跳，路徑為
"m — iV2 ~>…—iV,一— w —i ~> D
1) 當(dāng)源節(jié)點(diǎn)S要與目的節(jié)點(diǎn)Z)通信的時(shí)候，需向其周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播査詢節(jié)點(diǎn)信息 ID,IIIDd，查詢鄰居節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)是否是目的節(jié)點(diǎn)"，其中，ID,是源節(jié)點(diǎn)的身份，ID。 是目的節(jié)點(diǎn)身份；
2) 收到査詢節(jié)點(diǎn)信息的鄰居節(jié)點(diǎn)調(diào)用接收信譽(yù)模塊査詢自己的密鑰管理模塊中是否具 有目的節(jié)點(diǎn)Z)的身份，如鄰居節(jié)點(diǎn)的下一跳不是目的節(jié)點(diǎn)D，則鄰居節(jié)點(diǎn)JV,向其鄰居節(jié)點(diǎn)iV, 接著廣播査詢節(jié)點(diǎn)信息11\||105||11^，査詢下一跳節(jié)點(diǎn)是否是目的節(jié)點(diǎn)仏其中，IE^是轉(zhuǎn)發(fā) 節(jié)點(diǎn)的身份；
3) 如果節(jié)點(diǎn)iV,的下一跳不是目的節(jié)點(diǎn)Z)，則重復(fù)2)，直至節(jié)點(diǎn)7C,找到目的節(jié)點(diǎn)"，
此時(shí)査詢節(jié)點(diǎn)信息為iD^ H…niD^iin^ i卜.iiiD《lliDMiiiEgin^，期間所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)都在消
息前加上自己的身份，其中，ID^ I卜.IIID^I1IEV, l卜.IIH^IIIE^是所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份；
4) 如果鄰居節(jié)點(diǎn)乂—，的下一跳是目的節(jié)點(diǎn)D，則A^廣播一個(gè)査詢響應(yīng)信息 IDiVi||ID;V2H'H|IDw,.+1l|IDJV,H'H|IDiV2||IEg|ID』IDi^iV -2，其中，ID^是下一跳為目的節(jié)
點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)身份，id^ u…iiiD^iin^ 11…11iDjn^是所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份，乂—2廣播此查
詢響應(yīng)信息給^ _3，如此循環(huán)，直至源節(jié)點(diǎn)s的接收信譽(yù)模塊收到此査詢響應(yīng)信息。在轉(zhuǎn)發(fā) 過(guò)程中，所有通過(guò)的節(jié)點(diǎn)的路徑管理模塊都記錄源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)和此信息中的自己的鄰居
節(jié)點(diǎn)；
5) 源節(jié)點(diǎn)S根據(jù)接收信譽(yù)模塊收到的査詢響應(yīng)信息，廣播査詢查詢響應(yīng)信息中鄰居節(jié)點(diǎn)
A^的信譽(yù)信息rojiDw, 其中(^i，2,…,")，ID,是査詢節(jié)點(diǎn)身份，ro^是被査詢
節(jié)點(diǎn)身份，Z,M是節(jié)點(diǎn)m的信譽(yù)標(biāo)志，f是時(shí)間戳，所有收到査詢信譽(yù)信息的節(jié)點(diǎn)都查詢自 己的存儲(chǔ)信譽(yù)模塊，然后，具有節(jié)點(diǎn)m的信譽(yù)信息的節(jié)點(diǎn)返回用密鑰管理模塊中自己與源節(jié)
點(diǎn)S的共享密鑰加密的信譽(yù)響應(yīng)信息ED,. iiIDS ii《s(Z,Wi ，f)，其中0' = 1,2，…,")，ID,.是節(jié)點(diǎn)z' 的身份，ID,是節(jié)點(diǎn)S的身份，/q(^^，s)是用節(jié)點(diǎn)/和源節(jié)點(diǎn)S的共享密鑰&加密的節(jié)點(diǎn)z' 對(duì)節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)義w和時(shí)間戳s ;
6) 源節(jié)點(diǎn)S的信譽(yù)計(jì)算模塊計(jì)算節(jié)點(diǎn)A^間接信譽(yù)和直接信譽(yù)，存儲(chǔ)信譽(yù)模塊更新節(jié)點(diǎn) m的信譽(yù)信息；7) 重復(fù)步驟5)—6),源節(jié)點(diǎn)S的信譽(yù)計(jì)算模塊計(jì)算所有查詢響應(yīng)信息中的鄰居節(jié)點(diǎn) 的信譽(yù)信息并更新；
8) 源節(jié)點(diǎn)S的決策模塊比較所有査詢響應(yīng)信息中的節(jié)點(diǎn)的信任值，根據(jù)應(yīng)用選擇模塊 的要求選擇最適合的節(jié)點(diǎn)作為通向D的下一跳節(jié)點(diǎn)，比如是^，用密鑰管理模塊中與D的 共享密鑰《^加密明文信息M，將數(shù)據(jù)消息IE^ |1105||11^||^^(肘,￡,//(肘,￡))廣播，其中， IDM是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份，《^(M,f,H(M,f》是用源和目的節(jié)點(diǎn)的共享密鑰/^D加密的明文 M、時(shí)間戳f， 11犯11函數(shù)//(^,<)，其余節(jié)點(diǎn)的接收信譽(yù)模塊判斷出ID與自身不符則將消息 丟棄；
9) 只有W的路徑管理模塊被要求重復(fù)步驟5) —8)，選擇一個(gè)適合的到目的節(jié)點(diǎn)的下 一跳節(jié)點(diǎn)，例如A^，并廣播數(shù)據(jù)消息ID IIIDm llirgilDJIAT^MAT/XM^)),然后S的監(jiān) 視模塊監(jiān)督iV,點(diǎn)的行為，信譽(yù)管理模塊調(diào)用信譽(yù)更新算法，更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和路徑管理模 塊中節(jié)點(diǎn)A^的信息；
10 )重復(fù)步驟5 ) — 9 )，直到節(jié)點(diǎn)"的接收信譽(yù)模塊收到消息 IDw,—,IIID』||."||IDw,+i IIIDw, ^H|rDw」lIDW| ||10』100||/^(似,，//(肘,0)后用與S的共享密 鑰KOT解密，發(fā)送 一 個(gè)用與源節(jié)點(diǎn)共享密鑰《ro加密的確認(rèn)信息
id^iiid^ H…liiDww lin\ l卜'llir^iiiDw, ||10』11^||&"0 ^,//(附^))給源節(jié)點(diǎn)s,其中， iDw」|nV2 h…iiid^ lliD^ h…iiiD』n^是所有通過(guò)節(jié)點(diǎn)的身份，i^(乾f,^(乾s))是使
用密鑰《幼對(duì)m，e,/7(m，e)的加密結(jié)果，m是通信成功的標(biāo)志；
11) 通信中所有節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)視模塊更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和路徑管理模塊中鄰居節(jié)點(diǎn)的信譽(yù) 信息，源節(jié)點(diǎn)S的存儲(chǔ)信譽(yù)模塊還根據(jù)確認(rèn)信息的內(nèi)容更新節(jié)點(diǎn)7V,的信譽(yù)；
12) 如通信失敗，則源點(diǎn)S重復(fù)步驟5) —8)，源節(jié)點(diǎn)S的決策模塊重新選擇最適合的 節(jié)點(diǎn)作為下一跳，如果還是選擇節(jié)點(diǎn)M，則重復(fù)上一次過(guò)程直到節(jié)點(diǎn)^的信譽(yù)低于要求，選 擇其他節(jié)點(diǎn)，通信成功為止。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較所具有的有益效果
1)使用基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法，給網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)加載一個(gè)信任管理 結(jié)構(gòu)，在信任管理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上節(jié)點(diǎn)間通過(guò)基于身份的公鑰密碼體制進(jìn)行加密與認(rèn)證，因此， 節(jié)點(diǎn)間不需要交換大量的信息和進(jìn)行大量的計(jì)算，只需知道目的節(jié)點(diǎn)的身份即可安全地交換 信譽(yù)信息，在能量受限的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的加密和認(rèn)證，從而保證信譽(yù)信息的可靠性和可認(rèn)證性，降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信譽(yù)計(jì)算的復(fù)雜性，提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信任 體系通信的安全性；
2) 解決了節(jié)點(diǎn)信仟的初始化問(wèn)題，使節(jié)點(diǎn)在建立網(wǎng)絡(luò)初期具有相同的信譽(yù)，通過(guò)更新節(jié) 點(diǎn)信譽(yù)建立信任通信網(wǎng)絡(luò)，具有實(shí)際的可操作性；
3) 本發(fā)明建立的信任管理結(jié)構(gòu)和信任網(wǎng)絡(luò)符合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，具有實(shí)際可用性； 通過(guò)發(fā)送査詢節(jié)點(diǎn)信息、查詢信譽(yù)信息、接收查詢響應(yīng)信息、信譽(yù)響應(yīng)信息解決了源節(jié)點(diǎn)和 目的節(jié)點(diǎn)距離多跳情況下在信任網(wǎng)絡(luò)上通信的問(wèn)題，使本發(fā)明可以滿足較大規(guī)模自組織網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用。


圖1本發(fā)明的信任管理系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu) 圖2本發(fā)明的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)例拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
具體實(shí)施例方式
圖2給出了本發(fā)明的基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)例拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合圖2的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí) 施實(shí)例，描述建立一個(gè)信任體系構(gòu)建的工作過(guò)程； 一、構(gòu)建信任網(wǎng)絡(luò)
所有節(jié)點(diǎn)都向周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播自己的身份ID,.，收到信息的節(jié)點(diǎn)就知道自己鄰居節(jié)點(diǎn) 的身份，并且用自己的私鑰與鄰居節(jié)點(diǎn)的身份計(jì)算共享密鑰A存放在密鑰管理模塊中，節(jié)點(diǎn) 只保存其一跳范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)；
第一步，當(dāng)節(jié)點(diǎn)^試圖與節(jié)點(diǎn)5通信時(shí)，先廣播查詢目的節(jié)點(diǎn)B的信息IDJIID^
第二步，節(jié)點(diǎn)^的鄰居節(jié)點(diǎn)C, D,五的下一跳節(jié)點(diǎn)是目的節(jié)點(diǎn)B，則節(jié)點(diǎn)C, Z)， ￡發(fā) 送查詢響應(yīng)信息ID,.llID』IDs給節(jié)點(diǎn)J;
第三步，節(jié)點(diǎn)乂隨機(jī)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)D作為下一跳節(jié)點(diǎn)，用與5的共享密鑰《^加密明文 信息M ，將消息IDJIDJIDJI/^(乾s,i7(M^))廣播，其余節(jié)點(diǎn)判斷消息中的ID與自身 身份不符則丟棄消息，只有節(jié)點(diǎn)"被要求廣播消息IDjIDJIDs ||i^(M,s，//(M，e》，然后J 監(jiān)督"點(diǎn)的行為；
第四步，節(jié)點(diǎn)"收到加密的消息后，廣播IDZ)||IDJIDs||/^(M,s，//(M,e》給JS，同時(shí) 節(jié)點(diǎn)收到該信息可以驗(yàn)證是否與發(fā)送的相同，根據(jù)消息正確性節(jié)點(diǎn)J調(diào)用信譽(yù)更新算法更
15新節(jié)點(diǎn)。的信譽(yù)信息；
第五步，節(jié)點(diǎn)￡收到消息IDd ||IDj 1IX^(M，s，i/(M,f))后，用與節(jié)點(diǎn)爿的共享密鑰 《^解密，然后發(fā)送一個(gè)加密共享密鑰《^的確認(rèn)信息10。 IIIDS IIIDj ||《^0 ，￡，//(附，<))給節(jié) 點(diǎn)A
第六步，節(jié)點(diǎn)^根據(jù)監(jiān)視模塊和確認(rèn)信息的內(nèi)容更新"點(diǎn)的信譽(yù)；
第七步，如通信成功，則無(wú)下一步動(dòng)作；如通信失敗，則節(jié)點(diǎn)^選擇另外一個(gè)信譽(yù)高的 節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)；
通過(guò)上述步驟，信譽(yù)體系在通信的過(guò)程中動(dòng)態(tài)的建立起來(lái)，此時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)不再是 相同的。
二、在信譽(yù)體系上實(shí)現(xiàn)安全通信
1) 當(dāng)節(jié)點(diǎn)v4試圖與節(jié)點(diǎn)5通信時(shí)，需向其周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播査詢下一跳節(jié)點(diǎn)是否是 目的節(jié)點(diǎn)5的査詢信息ID』IDa ;
2) 節(jié)點(diǎn)^的鄰居節(jié)點(diǎn)C,五的下一跳節(jié)點(diǎn)是目的節(jié)點(diǎn)凡則節(jié)點(diǎn)C, "， ￡發(fā)送查詢 響應(yīng)信息E)」IIDJIDa給節(jié)點(diǎn)4;
3) 節(jié)點(diǎn)爿廣播査詢節(jié)點(diǎn)C的信譽(yù)信息IDJIDcll^,.Jf ,然后，具有節(jié)點(diǎn)C的信譽(yù)信 息的節(jié)點(diǎn)返回，用與節(jié)點(diǎn)爿的共享密鑰加密信譽(yù)查詢響應(yīng)信息E),.IIIDJi^(Z,.。f);
4) 節(jié)點(diǎn)^調(diào)用信譽(yù)計(jì)算算法計(jì)算節(jié)點(diǎn)C的間接信譽(yù)和直接信譽(yù)，更新節(jié)點(diǎn)C的信譽(yù)信
息；
5) 重復(fù)上述步驟3) —4)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)"和￡的信譽(yù)信息并更新；
6) 比較節(jié)點(diǎn)C， "， ￡的信任值，根據(jù)應(yīng)用選擇最適合的節(jié)點(diǎn)作為通向目的節(jié)點(diǎn)B的下 一跳節(jié)點(diǎn)，例如是節(jié)點(diǎn)"，用與目的節(jié)點(diǎn)B的共享密鑰《^加密明文信息M，將消息 100||11^||11^||/^(^,&//(亙,》廣播，其余節(jié)點(diǎn)判斷IDD與自身ID不符則丟棄消息，只有 節(jié)點(diǎn)"被要求廣播消息IT^ ||IDj |1IDB ||Afl(M，f，〃(M,f》，然后節(jié)點(diǎn)爿監(jiān)督節(jié)點(diǎn)D的行為；
7) 節(jié)點(diǎn)"收到加密的消息后，廣播10。||11^||10￡||^^(肘，￡,//(肘,))給目的節(jié)點(diǎn)5， 同時(shí)節(jié)點(diǎn)^收到該信息可以驗(yàn)證是否與發(fā)送的相同，根據(jù)消息正確性節(jié)點(diǎn)J調(diào)用信譽(yù)更新算 法更新節(jié)點(diǎn)Z)的信譽(yù)信息；
8) 目的節(jié)點(diǎn)5收到消息101)||10^11^||《^(肘,￡,//(肘,￡))后用與爿的共享密鑰i^解
密，發(fā)送一個(gè)用與爿的共享密鑰/^加密的確認(rèn)信息11^||102)||11^||&/1( ^，//(附,力)給^; 第九步，節(jié)點(diǎn)^根據(jù)確認(rèn)信息的內(nèi)容調(diào)用信譽(yù)更新算法再次更新節(jié)點(diǎn)D的信譽(yù)；第十步，若通信失敗，則節(jié)點(diǎn)^重復(fù)步驟一至五，重新選擇最適合的節(jié)點(diǎn)作為下一跳， 如果還是選擇節(jié)點(diǎn)D，則重復(fù)上一次過(guò)程直到節(jié)點(diǎn)"的信譽(yù)低于要求，選擇其他節(jié)點(diǎn)，通信 成功為」h。
權(quán)利要求
1、基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法，其特征在于首先給網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)加載一個(gè)信任管理結(jié)構(gòu)，在信任管理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過(guò)在節(jié)點(diǎn)間廣播查詢節(jié)點(diǎn)信息、接收查詢響應(yīng)信息、更新節(jié)點(diǎn)信譽(yù)并通過(guò)節(jié)點(diǎn)間基于身份的公鑰密碼加密與認(rèn)證，建立信任通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)安全通信，所述信任管理結(jié)構(gòu)由密鑰管理模塊、接收信譽(yù)模塊、存儲(chǔ)信譽(yù)模塊、信譽(yù)計(jì)算模塊、應(yīng)用選擇模塊、路徑管理模塊、決策模塊、信譽(yù)管理模塊和監(jiān)視模塊構(gòu)成，各模塊的功能如下1)密鑰管理模塊用作計(jì)算和存放源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)與鄰居節(jié)點(diǎn)的身份與對(duì)應(yīng)的共享密鑰；2)接收信譽(yù)模塊接收鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，并根據(jù)信息的類型做出下一步的處理，如收到的是查詢節(jié)點(diǎn)信息，則查詢密鑰管理模塊，若具有被查詢的節(jié)點(diǎn)則發(fā)送查詢響應(yīng)信息，否則丟棄該信息；如收到的是查詢響應(yīng)信息，則根據(jù)發(fā)送響應(yīng)信息的節(jié)點(diǎn)身份發(fā)送查詢?cè)摴?jié)點(diǎn)的信譽(yù)信息；如收到的是查詢信譽(yù)信息，則查詢信譽(yù)存儲(chǔ)模塊，若具有被查詢節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)則返回信譽(yù)響應(yīng)信息，否則丟棄該信息；如收到的是信譽(yù)響應(yīng)信息，則查詢密鑰管理模塊并解密，正確則將信譽(yù)發(fā)送給信譽(yù)計(jì)算模塊，將能量和可用時(shí)間信息發(fā)送給路徑管理模塊，否則丟棄該信息；如收到數(shù)據(jù)信息，則查詢密鑰管理模塊解密，若解密結(jié)果正確則驗(yàn)證信息可靠性并將數(shù)據(jù)發(fā)送給需要的應(yīng)用，否則丟棄；如收到的是確認(rèn)信息，根據(jù)信息內(nèi)容決定是更新信譽(yù)還是重新發(fā)送數(shù)據(jù)；3)存儲(chǔ)信譽(yù)模塊存儲(chǔ)和更新每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)信息，并提供查詢服務(wù)，所述信譽(yù)信息根據(jù)信譽(yù)計(jì)算模塊計(jì)算結(jié)果，監(jiān)視模塊的報(bào)告和確認(rèn)信息進(jìn)行更新；4)信譽(yù)計(jì)算模塊進(jìn)行節(jié)點(diǎn)信譽(yù)的計(jì)算，節(jié)點(diǎn)查詢存儲(chǔ)信譽(yù)模塊找出與鄰居節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)，結(jié)合鄰居節(jié)點(diǎn)關(guān)于目的節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)計(jì)算該目的節(jié)點(diǎn)的間接信譽(yù)，然后結(jié)合本節(jié)點(diǎn)對(duì)該目的節(jié)點(diǎn)的直接信譽(yù)計(jì)算該目的節(jié)點(diǎn)的新的信譽(yù)，并更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊；5)應(yīng)用選擇模塊存儲(chǔ)各種應(yīng)用要求，為決策提供依據(jù)；6)路徑管理模塊存儲(chǔ)通向目的節(jié)點(diǎn)的下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)身份、對(duì)應(yīng)的能量、可用時(shí)間信息，首先接收到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)所通過(guò)的所有下一跳鄰居節(jié)點(diǎn)身份、能量和可用時(shí)間，然后查詢存儲(chǔ)信譽(yù)模塊，用與信譽(yù)計(jì)算相同的方法計(jì)算節(jié)點(diǎn)的能量和可用時(shí)間，供決策模塊參考；7)決策模塊根據(jù)應(yīng)用選擇模塊的應(yīng)用要求、信譽(yù)存儲(chǔ)模塊的節(jié)點(diǎn)信譽(yù)及路徑管理模塊給出的可行路徑來(lái)決定使用哪個(gè)節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)；8)信譽(yù)管理模塊接收來(lái)自監(jiān)視模塊的報(bào)告，并根據(jù)信息類型更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和路徑管理模塊；9)監(jiān)視模塊監(jiān)視節(jié)點(diǎn)的廣播信息，判斷廣播信息與發(fā)送信息的一致性，傳送報(bào)告給信譽(yù)管理模塊。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法，其特征在于所 述信譽(yù)計(jì)算模塊計(jì)算節(jié)點(diǎn)j對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)S的信譽(yù)的算法步驟如下第一步，根據(jù)節(jié)點(diǎn)^對(duì)所有具有節(jié)點(diǎn)5信譽(yù)的節(jié)點(diǎn)z'的信任總和，計(jì)算節(jié)點(diǎn)J對(duì)某個(gè)節(jié)點(diǎn)i的信任在總和中所占的比例，算式為//,,.'=-^- ("1，2,…，")，式中t^,.表示節(jié)點(diǎn)^對(duì)節(jié)點(diǎn)i的信任，是Xg的均值，"^表示節(jié)點(diǎn)^對(duì)節(jié)點(diǎn)i的信任在信任總 和中所占的比例；第二步，用第一步的計(jì)算結(jié)果計(jì)算節(jié)點(diǎn)J對(duì)節(jié)點(diǎn)萬(wàn)的間接信譽(yù)，算式為=/^^b +++/^Xs .式中&=7^",.3,^2)表示節(jié)點(diǎn)/對(duì)節(jié)點(diǎn)5的直接信譽(yù)信息，服從高斯分布，X^'表示節(jié)點(diǎn)^對(duì)節(jié)點(diǎn)5的間接信譽(yù)信息，服從高斯分布，《/表示直接信譽(yù)義w的方差；第三步，用第二步的計(jì)算結(jié)果計(jì)算節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)5的新信譽(yù)，算式為 Zm = wX,fl + (1 - 0)Zm ft)G(O,l), w表示節(jié)點(diǎn)對(duì)自身的信任程度，^^"表示節(jié)點(diǎn)乂對(duì) 節(jié)點(diǎn)5的新信譽(yù)信息，服從高斯分布；
3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法，其特征在于:節(jié)點(diǎn)^的存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和信譽(yù)計(jì)算模塊對(duì)節(jié)點(diǎn)5的信譽(yù)更新算法如下第一步，節(jié)點(diǎn)/i調(diào)用信譽(yù)算法計(jì)算J對(duì)5的新信譽(yù)X^"，并用其直接覆蓋原有信譽(yù)； 第二步，節(jié)點(diǎn)^4根據(jù)監(jiān)視模塊的報(bào)告更新信譽(yù)1) 預(yù)定時(shí)間內(nèi)廣播發(fā)送的信息，則信任增加^2) 如果沒(méi)有廣播，則第1次減小^，第2次減小^，第z次減小^，以此類推，直至第M次將節(jié)點(diǎn)信譽(yù)置O;3) 廣播篡改的信息，則即直接將節(jié)點(diǎn)信譽(yù)置0;第三步，根據(jù)確認(rèn)信息的內(nèi)容更新1) 數(shù)據(jù)接收正確，信任值增加"，/,.(z'",2，…，")表示用戶根據(jù)需要設(shè)定的數(shù)值；2) 接收錯(cuò)誤與接收不到不改變信任值，只重新發(fā)送數(shù)據(jù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法，其特征在于根 據(jù)決策模塊、信譽(yù)計(jì)算模塊和路徑選擇模塊選取可信節(jié)點(diǎn)的算法如下第一步，調(diào)用信譽(yù)算法，計(jì)算所有下一跳節(jié)點(diǎn)的新信譽(yù)j^,."、剩余能量和可用時(shí)間； 第二步，根據(jù)應(yīng)用的要求選擇最適合的節(jié)點(diǎn)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法，其特征在于建立 信任網(wǎng)絡(luò)的步驟如下第一步，節(jié)點(diǎn)初始化，使每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同的信譽(yù)，所有節(jié)點(diǎn)都向周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播 自己的身份ID,，收到信息的節(jié)點(diǎn)知道自己鄰居節(jié)點(diǎn)的身份且每個(gè)節(jié)點(diǎn)只知道其鄰居節(jié)點(diǎn)的信 息，不知道二跳以外的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)用鄰居節(jié)點(diǎn)的身份與自己的私鑰計(jì)算共享密鑰&存放在密 鑰管理模塊中；從源節(jié)點(diǎn)S到目的節(jié)點(diǎn)D要經(jīng)過(guò)"跳，路徑為 S —M — iV2 —4";第二步，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)s要與目的節(jié)點(diǎn)"通信的時(shí)候，需向其周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播查詢節(jié)點(diǎn)信息IDJIDd，査詢鄰居節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)是否是目的節(jié)點(diǎn)"，其中，ID,是源節(jié)點(diǎn)的身份，n^是目的節(jié)點(diǎn)身份；第三步，收到査詢節(jié)點(diǎn)信息的鄰居節(jié)點(diǎn)調(diào)用接收信譽(yù)模塊査詢自己的密鑰管理模塊中是 否具有目的節(jié)點(diǎn)D的身份，如鄰居節(jié)點(diǎn)的下一跳不是目的節(jié)點(diǎn)"，則鄰居節(jié)點(diǎn)M向它的鄰居節(jié)點(diǎn)W接著廣播査詢節(jié)點(diǎn)信息iDMllirgiiDD，査詢下一跳節(jié)點(diǎn)是否是目的節(jié)點(diǎn)"，其中，是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份；第四步，如果節(jié)點(diǎn)^2的下一跳不是目的節(jié)點(diǎn)"，則重復(fù)第二步，直至節(jié)點(diǎn)A^—^戈到目的 節(jié)點(diǎn)"，此時(shí)査詢節(jié)點(diǎn)信息為ID^ U…HIDw,』IDw, 11…11ID^IIID^IKyiDD，期間所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié) 點(diǎn)都在消息前加上自己的身份，其中，ID^H…IIID;JIIDm H…UIDw」lIDw,是所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的 身份；第五步，如果鄰居節(jié)點(diǎn)乂—,的下一跳是目的節(jié)點(diǎn)"，則A^廣播一個(gè)查詢響應(yīng)信息ro^,||11\2H…iiro^iin^H…iin^iiiEgiiEgiiDD給^—2，其中，id^是下一跳為目的節(jié) 點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)身份，n\_2 h…iiid^1111^ ||...||11\2||11^是所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份，乂一2廣播此査 詢響應(yīng)信息給iV^，如此循環(huán)，直至源節(jié)點(diǎn)s的接收信譽(yù)模塊收到此查詢響應(yīng)信息，在轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，所有通過(guò)節(jié)點(diǎn)的路徑管理模塊都記錄源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)和此信息中的自己的鄰居節(jié) 點(diǎn)；第六步，源節(jié)點(diǎn)S的路徑管理模塊隨機(jī)選擇一個(gè)査詢響應(yīng)信息中的節(jié)點(diǎn)A^作為下一跳節(jié) 點(diǎn)，用密鑰管理模塊中與的共享密鑰加密明文信息M ，將數(shù)據(jù)消息 IDv, ||11)5||11)/)||/^(厘,￡，//(崖,￡))廣播，其中，IDw,是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份，XSD(M，s,i/(M,e》 是用源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的共享密鑰i^。加密的明文iV/ 、時(shí)間戳s和hash函數(shù)/f(M，s)，其余 節(jié)點(diǎn)的接收信譽(yù)模塊判定數(shù)據(jù)消息中ID與自身不符則將消息丟棄，只有//,的路徑管理模塊被要求與源節(jié)點(diǎn)S隨機(jī)選擇一個(gè)適合的到目的節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)，例如;v,，并廣播數(shù)據(jù)消息ID&IIIDm ||E)s||IDD||^:sD(M，s，//(M,s))，然后源節(jié)點(diǎn)S的監(jiān)視模塊監(jiān)督W,點(diǎn)的行為，信譽(yù) 管理模塊調(diào)用信譽(yù)更新算法更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和路徑管理模塊中節(jié)點(diǎn)^的信息；第七步，重復(fù)第六步，直至節(jié)點(diǎn)"的接收信譽(yù)模塊收到數(shù)據(jù)消息 ro乂」IID^ l卜'IIIDw,+, IIIDw l卜.IIIEV」IIDw, HIDsllIDJIi^(^^,H(乾s》后，用與源節(jié)點(diǎn)S 的共享密鑰《OT解密，發(fā)送 一 個(gè)用與源節(jié)點(diǎn)共享密鑰《m加密的確認(rèn)信息iDwJ|nv2 H…lliDw,+, lliDw, i卜.lin^niDw, ||11)』11^||^)(附,,//(附,))給源節(jié)點(diǎn)&其中，IDw』ID』l卜'IIIDww ||IDW, H…IIIE^Iin^是所有通過(guò)節(jié)點(diǎn)的身份，^d(M,e,7/(M,s))是使 用密鑰^^1)對(duì) 《，5，//(>，<)的加密結(jié)果，m是通信成功的標(biāo)識(shí)；第八步，通信中所有節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)視模塊更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和路徑管理模塊中鄰居節(jié)點(diǎn)的 信息，源節(jié)點(diǎn)S的存儲(chǔ)信譽(yù)模塊根據(jù)確認(rèn)信息的內(nèi)容更新節(jié)點(diǎn)A^的信譽(yù)；第九步，如通信失敗，則s的決策模塊選擇另一個(gè)査詢信息響應(yīng)中信譽(yù)高的節(jié)點(diǎn)作為下一跳節(jié)點(diǎn)重復(fù)步驟第六至第八；至此，在更新節(jié)點(diǎn)信譽(yù)的過(guò)程中動(dòng)態(tài)建立起信任網(wǎng)絡(luò)，信任網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有不同的 信譽(yù)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法，其特征在于 在信任網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)安全通信的步驟如下從源節(jié)點(diǎn)S到目的節(jié)點(diǎn)D，要經(jīng)過(guò)m跳。路徑為<formula>formula see original document page 5</formula>1)當(dāng)源節(jié)點(diǎn)S要與目的節(jié)點(diǎn)"通信的時(shí)候，需向其周圍的鄰居節(jié)點(diǎn)廣播査詢節(jié)點(diǎn)信息 IDS||IDD，査詢鄰居節(jié)點(diǎn)的下一跳節(jié)點(diǎn)是否是目的節(jié)點(diǎn)Z)，其中，ID,是源節(jié)點(diǎn)的身份，IDd 是目的節(jié)點(diǎn)身份；2) 收到査詢節(jié)點(diǎn)信息的鄰居節(jié)點(diǎn)調(diào)用接收信譽(yù)模塊査詢自己的密鑰管理模塊中是否具 有目的節(jié)點(diǎn)的身份，如鄰居節(jié)點(diǎn)的下一跳不是目的節(jié)點(diǎn)仏則鄰居節(jié)點(diǎn)向其鄰居節(jié)點(diǎn)乂接著廣播查詢節(jié)點(diǎn)信息n^lliD,iin^，査詢下一跳節(jié)點(diǎn)是否是目的節(jié)點(diǎn)仏其中，n^,是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份；3) 如果節(jié)點(diǎn)^的下一跳不是目的節(jié)點(diǎn)￡>，則重復(fù)步驟2)，直至節(jié)點(diǎn)乂一,找到目的節(jié)點(diǎn)"，此時(shí)查詢節(jié)點(diǎn)信息為id^ |卜 ll id^ii…ii 11\2hiDm||ids||ie>d ,期間所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn) 都在消息前加上自己的身份，其中，n…iiiD^iin^ 11…uiD《iiii^是所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份；4) 如果有鄰居節(jié)點(diǎn)乂一的下一跳是目的節(jié)點(diǎn)D，則乂_,廣播一個(gè)查詢響應(yīng)信息 ro^, HID乂2卩…IIID^IIIDw, l卜.IIIEV」IIEgiID』II^給AU，其中，ID ,是下一跳為目的節(jié) 點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)身份，ID^ l卜.IIIDw,JIIDw卩…lin^llIEV,是所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份，乂—2廣播此査 詢響應(yīng)信息給# —3，如此循環(huán)，直至源節(jié)點(diǎn)S的接收信譽(yù)模塊收到此査詢響應(yīng)信息，在轉(zhuǎn)發(fā) 過(guò)程中，所有通過(guò)的節(jié)點(diǎn)的路徑管理模塊都記錄源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)和此信息中的自己的鄰居 節(jié)點(diǎn)；5) 源節(jié)點(diǎn)S根據(jù)接收信譽(yù)模塊收到的查詢響應(yīng)信息，廣播査詢査詢響應(yīng)信息中鄰居節(jié)點(diǎn) A^的信譽(yù)信息ID,IIIE^IIXwlle，其中(hl，2，…，")，ID,是査詢節(jié)點(diǎn)身份，DC^是被査詢 節(jié)點(diǎn)身份，Zw是節(jié)點(diǎn)M的信譽(yù)標(biāo)志，s是時(shí)間戳，所有收到查詢信譽(yù)信息的節(jié)點(diǎn)都査詢自 己的存儲(chǔ)信譽(yù)模塊，然后，具有節(jié)點(diǎn)M的信譽(yù)信息的節(jié)點(diǎn)返回用密鑰管理模塊中自己與源節(jié) 點(diǎn)S的共享密鑰加密的信譽(yù)響應(yīng)信息ID,. IIID, ||/:,.S(Z,W| ,s)，其中(z' = 1,2, — ，") ， ID,.是節(jié)點(diǎn)z' 的身份，ID,是源節(jié)點(diǎn)S的身份，/^(Z,w,s)是用節(jié)點(diǎn)f和源節(jié)點(diǎn)5"的共享密鑰i^加密的節(jié) 點(diǎn)/對(duì)節(jié)點(diǎn)M的信譽(yù)X Wi和時(shí)間戳s ;6) 源節(jié)點(diǎn)S的信譽(yù)計(jì)算模塊計(jì)算節(jié)點(diǎn)^間接信譽(yù)和直接信譽(yù)，存儲(chǔ)信譽(yù)模塊更新節(jié)點(diǎn)^ 的信譽(yù)信息；7) 重復(fù)步驟5) —6)，源節(jié)點(diǎn)S的信譽(yù)計(jì)算模塊計(jì)算所有査詢響應(yīng)信息中的鄰居節(jié)點(diǎn) 的信譽(yù)信息并更新；8) 源節(jié)點(diǎn)S的決策模塊比較所有査詢響應(yīng)信息中的節(jié)點(diǎn)的信任值，根據(jù)應(yīng)用選擇模塊的 要求選擇最適合的節(jié)點(diǎn)作為通向Z)的下一跳節(jié)點(diǎn)，比如是M，用密鑰管理模塊中與D的共 享密鑰i^加密明文信息M ，將數(shù)據(jù)消息IDw, llirgin^ 1li^(M,f,/Z(Af,f))廣播，其中， 是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的身份，A^(M，f,i/(M，e))是用源和目的節(jié)點(diǎn)的共享密鑰i^d加密的明文M、時(shí)間戳s， hash函數(shù)Z/(M，e)，其余節(jié)點(diǎn)的接收信譽(yù)模塊判斷出ID與自身不符則將消息丟棄；(9)只有W的路徑管理模塊被要求重復(fù)步驟5) —8)，選擇一個(gè)適合的到目的節(jié)點(diǎn)的下 一跳節(jié)點(diǎn)，例如W，并廣播數(shù)據(jù)消息IDw」IIE^ ||11^||10」|/^(#^，//(^/>》，然后S的監(jiān)視模塊監(jiān)督W,點(diǎn)的行為，信譽(yù)管理模塊調(diào)用信譽(yù)更新算法，更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和路徑管理模 塊中節(jié)點(diǎn)A^的信息；(10 )重復(fù)步驟5 ) — 9 ),直到節(jié)點(diǎn)D的接收信譽(yù)模塊收到消息iDwJiD^ l卜'lliDw,+, IIn\ 11…111D』iDw, HiD』n^ 11/^(M,s，i/(M,f))后用與s的共享密鑰《SZ)解密，發(fā)送 一 個(gè)用與S的共享密鑰《SD加密的確認(rèn)信息ro^lliD^H.HliD^linMHIir^lin^lliEgiiDji^o^,//^,))給s '其中'ID^IIIDw"—2 H…卄IDww 11…11IT^IlIDw,是所有通過(guò)節(jié)點(diǎn)的身份，/C幼(M，f，W(M，e))是使用密鑰K^對(duì)m，f ,H(m，f)的加密結(jié)果，m是通信成功的標(biāo)志；(11) 通信中所有節(jié)點(diǎn)根據(jù)監(jiān)視模塊更新存儲(chǔ)信譽(yù)模塊和路徑管理模塊中鄰居節(jié)點(diǎn)的信譽(yù) 信息，源節(jié)點(diǎn)S的存儲(chǔ)信譽(yù)模塊還根據(jù)確認(rèn)信息的內(nèi)容更新節(jié)點(diǎn)^的信譽(yù)；(12) 如通信失敗，則節(jié)點(diǎn)S重復(fù)步驟5) —8)，節(jié)點(diǎn)S的決策模塊重新選擇最適合的節(jié) 點(diǎn)作為下一跳，如果還是選擇節(jié)點(diǎn)《，則重復(fù)上一次過(guò)程直到節(jié)點(diǎn)W的信譽(yù)低于要求，選擇 其他節(jié)點(diǎn)，通信成功為止。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于身份的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全信任方法，該方法首先給網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)加載一個(gè)信任管理結(jié)構(gòu)，所述信任管理結(jié)構(gòu)由密鑰管理模塊、接收信譽(yù)模塊、存儲(chǔ)信譽(yù)模塊、信譽(yù)計(jì)算模塊、應(yīng)用選擇模塊、路徑管理模塊、決策模塊、信譽(yù)管理模塊和監(jiān)視模塊構(gòu)成。在信任管理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過(guò)在節(jié)點(diǎn)間廣播查詢節(jié)點(diǎn)信息、接收查詢響應(yīng)信息、更新節(jié)點(diǎn)信譽(yù)并通過(guò)節(jié)點(diǎn)間基于身份的公鑰密碼加密與認(rèn)證，建立信任通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間信譽(yù)信息的安全通信。本發(fā)明降低無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信譽(yù)計(jì)算的復(fù)雜性，提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)信任體系通信的安全性；解決了源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)距離多跳情況下的通信問(wèn)題，能滿足較大規(guī)模自組織網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04W84/18GK101600198SQ20091002325
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者劉思伯, 龐遼軍, 茹 李, 李慧賢, 焦李成, 裴慶祺, 趙曉輝 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)