一種基于公鑰的無線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性保護方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于公鑰的無線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性保護方法，包括如下步驟：預配置階段，可信第三方生成密鑰材料，并分發(fā)到無線圖像傳感器和最終用戶；簽名階段，無線圖像傳感器通過使用簽名算法生成一個簽名，并把數(shù)據(jù)和簽名發(fā)給最終用戶；驗證階段，最終用戶接收到數(shù)據(jù)后，檢查數(shù)據(jù)確保接收的圖像不是重復也不是無序的，并使用驗證算法確保圖像數(shù)據(jù)沒有被偽造。本發(fā)明提供的方法保證了無線圖像傳感器的數(shù)據(jù)無法被偽造和用戶能夠避免重放攻擊，即確保最終用戶收到無線圖像傳感器的數(shù)據(jù)沒有被修改、插入、刪除或者重放，從而無線圖像傳感器的數(shù)據(jù)完整性得到保護，并且效率更高。
【專利說明】-種基于公鑰的無線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性保護方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于公鑰的無線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性設(shè)計方法，屬于無線網(wǎng)絡(luò) 安全【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息感知和采集的一場革命，給人類的生活和生產(chǎn)帶來了深遠 影響。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)等能夠協(xié) 作地實時感知、采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對該些信息進行處 理，獲得詳盡、準確的信息，傳送到需要該些信息的最終用戶巧nd化er，EU)。無線圖像傳 感器（wireless image sensors, WI巧是無線傳感器的重要組成部分，該種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可W 廣泛地應(yīng)用于國防軍事、環(huán)境監(jiān)測、交通管理、等領(lǐng)域。
[0003] 為了將數(shù)據(jù)從WIS傳輸?shù)紼U，從安全角度考慮需要部署數(shù)據(jù)完整性模塊W確保數(shù) 據(jù)不會被WIS和抓之間的攻擊者偽造?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)完整性保護技術(shù)常采用基于哈希函數(shù) 的簽名算法生成長圖像帖的消息認證碼（Message Authentication Codes, MAC)。令人擔憂 的是，基于哈希函數(shù)的簽名算法要求WIS和抓共享一個密鑰，并使用該個密鑰進行簽名和 驗證。該就導致了新的安全問題：如果抓受到攻擊變成非法用戶（如，軍事間碟成功地登 錄抓)，那么攻擊者可能得到共享密鑰并偽造來自WIS的數(shù)據(jù)，然后使用密鑰生成一個新的 MAC來隱藏偽造數(shù)據(jù)行為。為了解決該個問題，避免此類攻擊，公鑰加密方法是可取的。但 是，公鑰加密運算對于無線圖像傳感器有限的計算資源來說是相當耗時，效率會變低，該將 會增加數(shù)據(jù)完整性保護的計算成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于公鑰的無 線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性保護方法，引入了蒙哥馬利模乘（Montgomery Mcxlular Multiplication, MontMM)技術(shù)作為基于公鑰的簽名算法，該方法能夠提供無線圖像傳感器 和最終用戶之間的簽名和驗證功能，保證用戶收到的數(shù)據(jù)的確是授權(quán)無線圖像傳感器所發(fā) 出的數(shù)據(jù)，并且比基于共享一個密鑰的方法效率更高效。
[0005] 技術(shù)方案；一種基于公鑰的無線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性保護方法，包括下述步 驟：
[0006] 第一步，預配置階段；可信第S方（trusted third-party, nr〇完成密鑰的生成， 并把密鑰中的私鑰分發(fā)給無線圖像傳感器（WIS)，把密鑰中的公鑰分發(fā)給最終用戶巧U)， 為后面的階段做準備；
[0007] 第二步，簽名階段；WIS完成圖像帖簽名，并發(fā)送數(shù)據(jù)。WIS對圖像帖進行分塊，生 成用于識別WIS身份的識別號、用于識別圖像帖的序列號W及圖像帖的簽名，并將簽名、圖 像數(shù)據(jù)和用于識別的識別號和序列號發(fā)送給抓；
[0008] 第S步，驗證階段；抓對WIS發(fā)來的數(shù)據(jù)進行識別和驗證。抓檢查圖像帖序列號， 保證接收的圖像既不是重放的也不是無序的，并使用驗證算法驗證數(shù)據(jù)，確保圖像不被攻 擊者偽造。
[0009] 有益效果：使用本發(fā)明提供的方法，保證了無線圖像傳感器的數(shù)據(jù)無法被偽造和 用戶能夠避免重放攻擊，即確保最終用戶收到無線圖像傳感器的數(shù)據(jù)沒有被修改、插入、刪 除或者重放，從而保護無線圖像傳感器的數(shù)據(jù)完整性。此外，本發(fā)明提供的方法比基于共享 一個密鑰的方法效率更高效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)模型示意圖；
[0011] 圖2為本發(fā)明的方法流程時序圖；
[0012] 圖3為本發(fā)明的預配置階段的方法原理圖；
[0013] 圖4為本發(fā)明的簽名階段的方法原理圖；
[0014] 圖5為本發(fā)明的驗證階段的方法原理圖；
[0015] 圖6為本發(fā)明的驗證階段的流程圖。

【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解該些實施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價 形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0017] 如圖1和圖2所示，本發(fā)明主要設(shè)及了 =種實體和=個階段，其中=種實體包括： 無線圖像傳感器、可信第=方和最終用戶；=個階段包括；預配置階段、名階段和驗證階 段。
[00化](1)如圖3所示的預配置階段；TTP運行密鑰生成算法，并給WIS和抓分發(fā)各自的 密鑰，具體步驟為；
[0019] 步驟101 ;TTP根據(jù)給定素數(shù)q、階數(shù)為q的加法群G和階數(shù)為q的乘法群Gt，創(chuàng)建 一個雙線性映射組會：GXG - Gt;
[0020] 步驟102 ;根據(jù)素數(shù)q隨機生成一組私鑰{ski, . . .，sk"G Z。}，其中n是私鑰的個 數(shù)，一般為64位，Z。為比q小的非負整數(shù)集；
[002U 步驟103 ;根據(jù)私鑰和生成器g G G，計算出公鑰：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于公鑰的無線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性保護方法，其特征在于，包括如下步 驟： (1) 預配置階段：可信TTP生成密鑰對，并把密鑰中的私鑰分發(fā)給WIS，把密鑰中的公鑰 分發(fā)給EU; (2) 簽名階段：WIS對圖像幀進行簽名，并把簽名、圖像數(shù)據(jù)以及用于識別的識別號和 序列號信息發(fā)送給EU; (3) 驗證階段：EU接收數(shù)據(jù)后，檢查序列號，并驗證圖像幀是否是偽造的。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于公鑰的無線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性保護方法，其特征在 于，所述配置階段的具體步驟為： (1) :TTP根據(jù)給定素數(shù)q、階數(shù)為q的加法群G和階數(shù)為q的乘法群GT，創(chuàng)建一個雙線 性映射組S:GxG->Gr; (2) :根據(jù)素數(shù)q隨機生成一組私鑰{ski，. . .，skneZq}，其中n為密鑰對的個數(shù)，ZqS 比q小的非負整數(shù)集； (3) 根據(jù)私鑰和生成器geG，計算公鑰
(4) TTP把私鑰分發(fā)給WIS，把公鑰分發(fā)給EU。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于公鑰的無線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性保護方法，其特征在 于，所述簽名階段的具體步驟為： (1)WIS將采集的第i個圖像幀分割成n個數(shù)據(jù)塊{mn，mi2,. . .，minGZq}; (2)WIS生成一個用于識別WIS身份的識別號wID和一個用于識別圖像該幀的序列號 Seqi，其中{SeqJ序列是遞增的； (3)WIS運行GenSig簽名算法，完成對第i個圖像幀的簽名；
其中，ti為第i個圖像幀的簽名，H為Mont麗簽名算法，wID為WIS身份的識別號，Seqi為該圖像幀的識別號，n^_為該圖像幀的第j個數(shù)據(jù)塊，為第j個數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的私鑰； (4)WIS將簽名、圖像數(shù)據(jù)以及用于識別的識別號和序列號信息發(fā)送給EU。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于公鑰的無線圖像傳感器數(shù)據(jù)完整性保護方法，其特征在 于，所述驗證階段的具體步驟為： (1)EU首先檢查圖像幀序列號Seqi，如果所接收的幀的序列號與前一個是相同的，EU將 丟棄它；如果所接收的幀的序列號小于前一個，EU將根據(jù)序列號對圖像幀進行重新排序； (2) 通過對圖像幀的序列號檢查后，EU運行VerSig驗證算法，驗證圖像幀的真?zhèn)危?br> 其中，^為雙線性映射函數(shù)，ti為第i個圖像幀的簽名，g為生成器，H為Mont麗簽名 算法，wID為WIS身份的識別號，SeqiS該圖像幀的識別號，m^為第j個數(shù)據(jù)塊，pk」為為第 j個數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的公鑰。如果等式成立，則輸出True;如果等式不相等，則輸出False。
【文檔編號】H04L9/08GK104486079SQ201410720446
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月2日
【發(fā)明者】萬長勝, 潘浩 申請人:東南大學