wsn的一种分布式组密钥管理方案

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1、WSN的一种分布式组密钥管理方案　【摘要】文章利用拉格朗日插值多项式，提出一种基于簇的无线传感器X络组密钥管理方案。方案将组密钥以分量的形式存储在各合法节点中，合法节点通过和一定数目的邻居节点协作获得新的组密钥，并利用加密广播更新组密钥分量，提高了系统抗合谋攻击的能力，通信、存储开销也有所降低。　　【关键词】无线传感器X络；组密钥管理；拉格朗日插值；合谋攻击　　ADistributedGroupKeyManagementSchemeofeanunicationandstorageoverloadarereduced.　　【Keyanagement;Lagrangeinterpolat

2、ion;collusionattack　　0引言　　无线传感器X络（2();/*BS产生两随机数?滓和R，且?滓□R*/　　BS→*:{(?滓,R)}GK;/*BS用当前组密钥GK加密广播?滓和R*/　　GKSi'=?滓·GKSi+R;/*任意合法节点Pi更新组密钥分量*/　　丢弃{(?滓,R)}GK;/*Pi丢弃数据包*/　　}　　通过执行GKS_update()，组中各节点的组密钥分量便得到了更新。　　2.3组密钥的更新　　2.3.1成员离开　　本文假设被俘节点能被其邻居节点及时检测和标识，当合法节点收到妥协节点广播的组密钥分量请求以及妥协节点返回的篡改的组密钥分量信息时，会自动

3、将其丢弃。为保证前向安全性，当节点被俘时需要更新组密钥。剩余合法节点更新组密钥的过程可描述如下：　　GK_leave_update()　　{if(节点Pi被俘){BS→*:{组密钥更新请求};}/*BS广播组密钥更新请求*/　　Pj→*{组密钥分量请求};/*合法节点Pj向其邻居广播组密钥分量请求*/　　if(节点Pj为被俘节点){丢弃请求数据包;}/*Pj的邻居节点Pi(i≠j)若发现Pj被俘*/　　else{发送GKSi'给节点Pj;}/*否则，则向Pj发送自身的组密钥分量*/　　if(Pj获得组密钥分量个数?莛t)/*当Pj获得的组密钥分量个数达到t*/　　{恢复出f'(x);

4、GK'=f'(0);}/*连同自身组密钥分量共t+1个,Pj可恢复新的组密钥多项式f'(x)，并继而求得新的组密钥GK'*/　　}　　组中所有合法节点通过执行GK_leave_update()，都能获得新的组密钥GK'，被俘节点由于无法获得其邻居节点的组密钥分量而无法更新组密钥。由前文可知f'(IDi)-?滓f(IDi)-R=0，因多项式f'(x)和?滓f(x)+R的次数均为t，IDi的个数N必定大于t，所以f'(x)-?滓f(x)-R=0恒成立，即f'(x)=?滓f(x)+R，故BS亦可完成组密钥的更新：GK'=f'(0)。 　2.3.2成员加入　　为保证后向安全性，节点加入后也需

5、要进行组密钥更新。节点加入的组密钥更新过程可描述如下：　　GK_join_update()　　{BS为新节点Pi预置f(IDi);/*BS根据当前组密钥多项式f(x)以及Pi的身份IDi*/　　Pi→*:{加入组的请求};/*Pi向邻居广播加入组的请求消息，邻居认证*/　　Pj→*:x{组密钥分量请求};/*所有合法节点Pj(含Pj)向其邻居广播组密钥分量请求*/　　if(节点Pj为被俘节点){丢弃请求数据包;}/*Pj的邻居节点Pi(i≠j)若发现Pj被俘*/　　else{发送GKSi'给节点Pj;}/*否则，则向Pj发送自身的组密钥分量*/　　if(Pj获得组密钥分量个数?莛t)

6、/*当Pj获得的组密钥分量个数达到t*/　　{恢复出f'(x);GK'=f'(0);}/*Pj恢复新的组密钥多项式f'(x)，并更新为组密钥GK'*/}　　组中所有合法节点通过执行GK_join_update()实现节点加入后组密钥的更新。BS更新组密钥的过程与2.3.1相同。　　3分析与讨论　　每个节点需要保存的信息包括节点的ID、节点的组密钥分量信息GKSi、以及当前的组密钥GK。假设所有的信息长度均为L(bits)，则每个节点的存储开销为3L。　　节点向其邻居节点广播组密钥分量请求消息的开销为NL，每个节点需要同t个邻居节点进行协作才能获得新的组密钥，其开销为tNL。设每条广播

7、信息发出后全组节点都接收到所必需的转发次数为nr，多项式系数的长度同样设为L，则组密钥更新广播的通信开销为nrL，设组密钥分量更新广播的大随机数R长度为LR(小随机数?滓长度忽略不计)，通信开销为tnrLR。方案的通信开销为：NL+tNL+nrL+tnrLR=((t+1)N+nr)L+tnrLR。　　节点的计算开销主要为对t+1个组密钥分量进行Lagrange插值生成新的组密钥时的开销，其计算复杂度为o(t3)次乘/除操作，故整个X络的计算开销为No(t3