專利名稱：安全有效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)程序動態(tài)更新方法
技術(shù)領(lǐng)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(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因其具有廣闊的應(yīng)用前景而引起了大量研究者的關(guān)注。 在大多數(shù)情況下，基站需要更新傳感器節(jié)點(diǎn)上的程序。這里的基站是指連接著傳感器網(wǎng)絡(luò) 并且資源不受限的服務(wù)器。最近，許多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全動態(tài)程序更新機(jī)制已經(jīng)被提出， 其中一些機(jī)制因?yàn)槭褂昧藬?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(luò)， 一些其他機(jī)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(luò)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(luò)程序動態(tài)更新方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該安全有效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)部署前，基站進(jìn)行以下操作 確定一個(gè)歐氏空間，并將該歐氏空間分解為兩個(gè)正交的第一子空間和第二子空 間；隨機(jī)選擇第一子空間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交基，并為每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)從第二子空間中隨機(jī) 選擇一個(gè)向量； 確定一個(gè)哈希函數(shù)，并為所有的傳感器節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)相同的隨機(jī)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(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中； 2)在傳感器節(jié)點(diǎn)部署后，當(dāng)基站對所有傳感器節(jié)點(diǎn)上的程序進(jìn)行更新時(shí)，基站向 傳感器網(wǎng)絡(luò)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(shí)間戳、更新后的程序、 程序版本號、程序的標(biāo)識符、以簇密鑰作為輸入的哈希函數(shù)值和用來檢驗(yàn)程序更新消息的 有效性的輔助信息； 3)每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)收到程序更新消息后，驗(yàn)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(diǎn)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(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 (1)本發(fā)明通過矩陣正交原理來實(shí)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(luò)； (2)傳感器節(jié)點(diǎn)對程序更新消息進(jìn)行了周密的驗(yàn)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(diǎn)上的程序，基站僅需要發(fā)送唯一一個(gè)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(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目無關(guān)，從 而適用于大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)程序更新。


圖1是本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)程序動態(tài)更新方法的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式有關(guān)的技術(shù)術(shù)語如下
M程序xPid程序M的標(biāo)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(diǎn)積AT矩陣A的轉(zhuǎn)置A.在傳感器節(jié)點(diǎn)部署前，基站選擇一個(gè)n維的歐氏空間V，并且將V分解為兩個(gè)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。基站再隨機(jī)選擇K的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交基{QpQ^... ，QJ ;并且為每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)i選擇一個(gè)向量Ci， i = 1，2K，k，其 中&是屬于V2的元素?；敬_定一個(gè)哈希函數(shù)，再為所有的傳感器節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)相同的m 位的隨機(jī)數(shù)xB作為簇密鑰，m應(yīng)該足夠大，例如256，也就是說xB是一個(gè)高信息熵的隨機(jī)數(shù)。 然后，向量&、哈希函數(shù)h和簇密鑰xB被裝載到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中。 B.在傳感器節(jié)點(diǎn)部署后，當(dāng)需要更新程序時(shí)，基站向所有的傳感器節(jié)點(diǎn)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(yàn)程序更新消息的有效性的一個(gè)輔助信息；tj表示消息Mddv(j) 發(fā)送的時(shí)間戳；M表示更新后的程序，XPid表示程序的標(biāo)識符，rsr表示程序版本號，|3是滿 足關(guān)系h(j， tj， M， Xpid， XVCT， Xb) |3 = 0的向量。 C.當(dāng)任一傳感器節(jié)點(diǎn)i接收到消息Mddv(j)時(shí)，進(jìn)行下面關(guān)于程序更新消息的有效 性驗(yàn)證的操作 1)驗(yàn)證j的有效性如果j小于或者等于存貯在傳感器節(jié)點(diǎn)中的j*時(shí)，傳感器節(jié) 點(diǎn)拒絕該消息；否則，傳感器節(jié)點(diǎn)認(rèn)為j是新鮮的并且用j替換掉f(初始時(shí)，傳感器節(jié)點(diǎn) 存貯的j* = 0)，并進(jìn)行下一步操作。 2)驗(yàn)證tj的有效性傳感器節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前時(shí)間為Clock,如果IClock-tjl < At，進(jìn) 行下一步驟；否則傳感器節(jié)點(diǎn)拒絕該消息。這里At為預(yù)先設(shè)置好的時(shí)間延遲閾值；
3)接著，傳感器節(jié)點(diǎn)利用所存儲的簇密鑰xB計(jì)算h(j， tj， M， Xpid， XVCT， xB)，將所計(jì) 算得到的h(j， tj， M， Xpid， XVCT， xB)與Madv(j)中對應(yīng)的哈希函數(shù)值h(j， tj， M， Xpid， XVCT， xB)進(jìn) 行比較，如果兩者不相等，則傳感器節(jié)點(diǎn)拒絕該消息；如果兩者相等，則進(jìn)行下一步驟。
4)傳感器節(jié)點(diǎn)計(jì)算h (j ， tj， M， Xpid， XVCT， xB) t |3 0/，如果等于0，進(jìn)行下一步驟；否則
傳感器節(jié)點(diǎn)拒絕該消息； 5)傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)從13 0/中選擇一個(gè)非零的行向量R/，將R/和存儲在節(jié)點(diǎn)i中 的&相乘，如果結(jié)果為O，繼續(xù)下一步驟；否則傳感器節(jié)點(diǎn)拒絕該消息；6)傳感器節(jié)點(diǎn)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(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)對收到的程序更新消息都進(jìn)行以上一系列關(guān)于程序更新消息的 有效性的檢驗(yàn)的操作，若該消息能夠通過全部的檢驗(yàn)，則該傳感器節(jié)點(diǎn)接受該程序更新消 息，進(jìn)行程序的動態(tài)更新；否則，該傳感器節(jié)點(diǎn)拒絕該程序更新消息。
權(quán)利要求
一種安全有效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)部署前，基站進(jìn)行以下操作確定一個(gè)歐氏空間，并將該歐氏空間分解為兩個(gè)正交的第一子空間和第二子空間；隨機(jī)選擇第一子空間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交基，并為每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)從第二子空間中隨機(jī)選擇一個(gè)向量；確定一個(gè)哈希函數(shù)，并為所有的傳感器節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)相同的隨機(jī)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(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中；2)在傳感器節(jié)點(diǎn)部署后，當(dāng)基站對所有傳感器節(jié)點(diǎn)上的程序進(jìn)行更新時(shí)，基站向傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播程序更新消息，該程序更新消息包括消息發(fā)送的時(shí)間戳、更新后的程序、程序版本號、程序的標(biāo)識符、以簇密鑰作為輸入的哈希函數(shù)值和用來檢驗(yàn)程序更新消息的有效性的輔助信息；3)每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)收到程序更新消息后，利用所存儲的簇密鑰，驗(yàn)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(diǎn)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(luò)程序動態(tài)更新方法，屬無線通信領(lǐng)域。該方法包括以下步驟在傳感器節(jié)點(diǎn)部署前，基站確定一個(gè)歐氏空間，并將它分解為兩個(gè)正交的第一子空間和第二子空間；隨機(jī)選擇第一子空間的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交基，并為每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)從第二子空間中隨機(jī)選擇一個(gè)向量；確定一個(gè)哈希函數(shù)，并為所有的傳感器節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)相同的隨機(jī)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(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)中；當(dāng)基站需要更新所有傳感器節(jié)點(diǎn)上的程序時(shí)，基站向傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播程序更新消息，由各傳感器節(jié)點(diǎn)驗(yàn)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(diǎn)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(quán)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(xué)