專利名稱：安全有效的無線傳感器網(wǎng)絡程序動態(tài)更新方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種程序動態(tài)更新方法，屬于無線通信領域。
背景技術：
近年來，無線傳感器網(wǎng)絡因其具有廣闊的應用前景而引起了大量研究者的關注。 在大多數(shù)情況下，基站需要更新傳感器節(jié)點上的程序。這里的基站是指連接著傳感器網(wǎng)絡 并且資源不受限的服務器。最近，許多無線傳感器網(wǎng)絡安全動態(tài)程序更新機制已經(jīng)被提出， 其中一些機制因為使用了數(shù)字簽名這一高能耗的操作而不適用于資源受限的傳感器網(wǎng)絡， 一些其他機制已經(jīng)被人指出存在安全漏洞。因此，到目前為止，還沒有出現(xiàn)一種安全有效的 無線傳感器網(wǎng)絡程序動態(tài)更新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種安全有效的無線傳感器網(wǎng)絡程序動態(tài)更新方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是該安全有效的無線傳感器網(wǎng)絡程序 動態(tài)更新方法主要包括以下步驟 1)在傳感器節(jié)點部署前，基站進行以下操作 確定一個歐氏空間，并將該歐氏空間分解為兩個正交的第一子空間和第二子空 間；隨機選擇第一子空間的一個標準正交基，并為每一個傳感器節(jié)點從第二子空間中隨機 選擇一個向量； 確定一個哈希函數(shù)，并為所有的傳感器節(jié)點選擇一個相同的隨機數(shù)作為簇密鑰；
將所述向量、簇密鑰和哈希函數(shù)安裝到每一個傳感器節(jié)點中； 2)在傳感器節(jié)點部署后，當基站對所有傳感器節(jié)點上的程序進行更新時，基站向 傳感器網(wǎng)絡廣播程序更新消息，該程序更新消息中包括消息發(fā)送的時間戳、更新后的程序、 程序版本號、程序的標識符、以簇密鑰作為輸入的哈希函數(shù)值和用來檢驗程序更新消息的 有效性的輔助信息； 3)每個傳感器節(jié)點收到程序更新消息后，驗證該消息的有效性，若該程序更新消 息有效，則傳感器節(jié)點接受該程序更新消息并更新自身的程序；否則拒絕該程序更新消息。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是 (1)本發(fā)明通過矩陣正交原理來實現(xiàn)系統(tǒng)的安全性，簡單可靠，因此特別適用于資 源受限的無線傳感器網(wǎng)絡； (2)傳感器節(jié)點對程序更新消息進行了周密的驗證從而能夠有效地抵御各
種襲擊，特別是簇密鑰的使用，能夠有效抵御蟲洞攻擊； (3)為了更新所有傳感器節(jié)點上的程序，基站僅需要發(fā)送唯一一個廣播消息即可。
(4)本發(fā)明中的程序更新信息的長度是固定的，與傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)目無關，從 而適用于大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡程序更新。


圖1是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡程序動態(tài)更新方法的工作流程圖。
具體實施例方式有關的技術術語如下
M程序xPid程序M的標識符^ver程序M的版本h單路的哈希函數(shù)④異或操作
A B矩陣A和矩陣B的點積AT矩陣A的轉(zhuǎn)置A.在傳感器節(jié)點部署前，基站選擇一個n維的歐氏空間V，并且將V分解為兩個正交的第-一子空間K和第二子空間、，其中K是k維，L是n-k維?；驹匐S機選擇K的一個標準正交基{QpQ^... ，QJ ;并且為每個傳感器節(jié)點i選擇一個向量Ci， i = 1，2K，k，其 中&是屬于V2的元素?；敬_定一個哈希函數(shù)，再為所有的傳感器節(jié)點選擇一個相同的m 位的隨機數(shù)xB作為簇密鑰，m應該足夠大，例如256，也就是說xB是一個高信息熵的隨機數(shù)。 然后，向量&、哈希函數(shù)h和簇密鑰xB被裝載到每個傳感器節(jié)點中。 B.在傳感器節(jié)點部署后，當需要更新程序時，基站向所有的傳感器節(jié)點發(fā)送程序 更新消息Mddv(j)，M=^^■，M，義，X附，/^C;V,,M，J^w,;re xs),^9J}，其中J = l，2Kk， j
表示程序更新序號，是用來檢驗程序更新消息的有效性的一個輔助信息；tj表示消息Mddv(j) 發(fā)送的時間戳；M表示更新后的程序，XPid表示程序的標識符，rsr表示程序版本號，|3是滿 足關系h(j， tj， M， Xpid， XVCT， Xb) |3 = 0的向量。 C.當任一傳感器節(jié)點i接收到消息Mddv(j)時，進行下面關于程序更新消息的有效 性驗證的操作 1)驗證j的有效性如果j小于或者等于存貯在傳感器節(jié)點中的j*時，傳感器節(jié) 點拒絕該消息；否則，傳感器節(jié)點認為j是新鮮的并且用j替換掉f(初始時，傳感器節(jié)點 存貯的j* = 0)，并進行下一步操作。 2)驗證tj的有效性傳感器節(jié)點的當前時間為Clock,如果IClock-tjl < At，進 行下一步驟；否則傳感器節(jié)點拒絕該消息。這里At為預先設置好的時間延遲閾值；
3)接著，傳感器節(jié)點利用所存儲的簇密鑰xB計算h(j， tj， M， Xpid， XVCT， xB)，將所計 算得到的h(j， tj， M， Xpid， XVCT， xB)與Madv(j)中對應的哈希函數(shù)值h(j， tj， M， Xpid， XVCT， xB)進 行比較，如果兩者不相等，則傳感器節(jié)點拒絕該消息；如果兩者相等，則進行下一步驟。
4)傳感器節(jié)點計算h (j ， tj， M， Xpid， XVCT， xB) t |3 0/，如果等于0，進行下一步驟；否則
傳感器節(jié)點拒絕該消息； 5)傳感器節(jié)點隨機從13 0/中選擇一個非零的行向量R/，將R/和存儲在節(jié)點i中 的&相乘，如果結果為O，繼續(xù)下一步驟；否則傳感器節(jié)點拒絕該消息；6)傳感器節(jié)點檢查Rj是否為&， R2 K Rj—工的線性組合，如果不是，則存儲Rj，將Rj
插入到向量集合{&，1 21( Rj—J中，接受該消息；否則拒絕該消息。
每個傳感器節(jié)點對收到的程序更新消息都進行以上一系列關于程序更新消息的 有效性的檢驗的操作，若該消息能夠通過全部的檢驗，則該傳感器節(jié)點接受該程序更新消 息，進行程序的動態(tài)更新；否則，該傳感器節(jié)點拒絕該程序更新消息。
權利要求
一種安全有效的無線傳感器網(wǎng)絡程序動態(tài)更新方法，其特征在于包括以下步驟1)在傳感器節(jié)點部署前，基站進行以下操作確定一個歐氏空間，并將該歐氏空間分解為兩個正交的第一子空間和第二子空間；隨機選擇第一子空間的一個標準正交基，并為每一個傳感器節(jié)點從第二子空間中隨機選擇一個向量；確定一個哈希函數(shù)，并為所有的傳感器節(jié)點選擇一個相同的隨機數(shù)作為簇密鑰；將所述向量、簇密鑰和哈希函數(shù)安裝到每一個傳感器節(jié)點中；2)在傳感器節(jié)點部署后，當基站對所有傳感器節(jié)點上的程序進行更新時，基站向傳感器網(wǎng)絡廣播程序更新消息，該程序更新消息包括消息發(fā)送的時間戳、更新后的程序、程序版本號、程序的標識符、以簇密鑰作為輸入的哈希函數(shù)值和用來檢驗程序更新消息的有效性的輔助信息；3)每個傳感器節(jié)點收到程序更新消息后，利用所存儲的簇密鑰，驗證該消息的有效性，若該程序更新消息有效，則傳感器節(jié)點接受該程序更新消息并更新自身的程序；否則拒絕該程序更新消息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種安全有效的無線傳感器網(wǎng)絡程序動態(tài)更新方法，屬無線通信領域。該方法包括以下步驟在傳感器節(jié)點部署前，基站確定一個歐氏空間，并將它分解為兩個正交的第一子空間和第二子空間；隨機選擇第一子空間的一個標準正交基，并為每一個傳感器節(jié)點從第二子空間中隨機選擇一個向量；確定一個哈希函數(shù)，并為所有的傳感器節(jié)點選擇一個相同的隨機數(shù)作為簇密鑰；將所述向量、簇密鑰和哈希函數(shù)安裝到每一個傳感器節(jié)點中；當基站需要更新所有傳感器節(jié)點上的程序時，基站向傳感器網(wǎng)絡廣播程序更新消息，由各傳感器節(jié)點驗證該消息的有效性，若該程序更新消息有效，則傳感器節(jié)點接受該程序更新消息并更新自身的程序；否則拒絕該程序更新消息。
文檔編號H04W12/00GK101742490SQ20091015512
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月2日 優(yōu)先權日2009年12月2日
發(fā)明者何道敬, 卜佳俊, 尹明劍, 陳純 申請人:浙江大學