基于CA證書的Restful架構(gòu)下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于CA證書的Restf ul架構(gòu)下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)是由一組微型傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)路覆蓋地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)布給觀察者。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)傳感器具有一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)通常是一個(gè)微型的嵌入式系統(tǒng)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)監(jiān)測(cè)自己的感知范圍對(duì)象，監(jiān)測(cè)特定的行為，使用節(jié)點(diǎn)來(lái)采集數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到最近的匯聚節(jié)點(diǎn)，隨后進(jìn)入?yún)R聚階段，從接近節(jié)點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后將結(jié)果根據(jù)需要發(fā)送給基站，基站將最終結(jié)果傳送給觀察員。
[0003]由于傳感器網(wǎng)絡(luò)配置環(huán)境一般比較惡劣，加之無(wú)線網(wǎng)絡(luò)本身固有的脆弱性，因而極易受到各種各樣的攻擊。為保證信息的安全傳遞，需要有一種機(jī)制來(lái)驗(yàn)證通信各方身份的合法性。在傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)中，公鑰基礎(chǔ)設(shè)施有效地解決了這個(gè)問(wèn)題，它通過(guò)對(duì)數(shù)字證書的使用和管理，來(lái)提供全面的公鑰加密和數(shù)字簽名服務(wù)。通過(guò)公鑰基礎(chǔ)設(shè)施，可以將公鑰與合法擁有者的身份綁定起來(lái)，從而建立并維護(hù)一個(gè)可信的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。然而，非對(duì)稱加密體制需要很高的計(jì)算、通信和存儲(chǔ)開(kāi)銷，這決定了在資源受限的傳感器上使用數(shù)字簽名和公鑰證書機(jī)制是不可行的。為保證信息的安全傳遞，需要有一種機(jī)制來(lái)驗(yàn)證通信各方身份的合法性，必須建立一套綜合考慮安全性、效率和性能并進(jìn)行合理的傳感器網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于CA證書的Restful架構(gòu)下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證方法，有效防止惡意攻擊者對(duì)數(shù)據(jù)的破壞，保護(hù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的安全。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于CA證書的Restful架構(gòu)下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證方法，將傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)自組織成為網(wǎng)絡(luò)，將匯聚節(jié)點(diǎn)連接到基于Restful架構(gòu)的Web服務(wù)器，客戶端與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證，匯聚節(jié)點(diǎn)與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證、傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的認(rèn)證以及客戶端與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的認(rèn)證均基于CA證書完成，用戶通過(guò)客戶端訪問(wèn)Web服務(wù)器獲取無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
[0006]還包括第三方應(yīng)用程序與Web服務(wù)器之間的基于令牌的認(rèn)證。
[0007]認(rèn)證過(guò)程中，被認(rèn)證方持有第一CA證書、第一公鑰和第一私鑰，認(rèn)證方持有第二CA證書、第二公鑰和第二私鑰，認(rèn)證過(guò)程包括如下步驟:
A被認(rèn)證方向認(rèn)證方發(fā)送接入請(qǐng)求，并接收認(rèn)證方返回的第一隨機(jī)數(shù)和第二CA證書；
B被認(rèn)證方用自身保存的CA公鑰對(duì)接收到的第二CA證書進(jìn)行驗(yàn)證，若驗(yàn)證通過(guò)，進(jìn)入步驟C，否則進(jìn)入步驟D; C被認(rèn)證方獲取第二CA證書中的攜帶的第二公鑰，采用自身保存的第一私鑰對(duì)第一隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密，并采用獲取的第二公鑰對(duì)第一私鑰加密后的第一隨機(jī)數(shù)再進(jìn)行加密；
D被認(rèn)證方確定認(rèn)證方為非法身份，拒絕向認(rèn)證方發(fā)送數(shù)據(jù)信息；
E被認(rèn)證方將第一公鑰攜帶在自身保存的第一CA證書中，采用獲取第二公鑰對(duì)第一CA證書進(jìn)行加密，并將加密后的第一 CA證書，以及再加密后的第一隨機(jī)數(shù)發(fā)送給認(rèn)證方；
F認(rèn)證方采用自身保存的第二私鑰，對(duì)接收到的加密后的第一CA證書解密，獲取第一CA證書，并根據(jù)自身保存的CA公鑰對(duì)獲取的第一 CA證書進(jìn)行驗(yàn)證，若驗(yàn)證通過(guò)，則進(jìn)入步驟G，否則進(jìn)入步驟H;
G認(rèn)證方獲取第一CA證書中攜帶的第一公鑰，采用自身保存的第二私鑰，對(duì)再加密后的第一隨機(jī)數(shù)進(jìn)行解密，并采用第一公鑰對(duì)解密后的第一隨機(jī)數(shù)再解密；
H認(rèn)證方確定解密結(jié)果與自身發(fā)送的第一隨機(jī)數(shù)相同時(shí)，向被認(rèn)證方返回確認(rèn)通知和加密后的第二隨機(jī)數(shù)；
I被認(rèn)證方獲取第二隨機(jī)數(shù)，并將第二隨機(jī)數(shù)作為會(huì)話密鑰。
[0008]在認(rèn)證過(guò)程中，被認(rèn)證方采用錯(cuò)誤檢查糾正算法生成并保存第一公鑰和第一私鑰，認(rèn)證方采用錯(cuò)誤檢查糾正算法生成并保存第二公鑰和第二私鑰。
[0009]匯聚節(jié)點(diǎn)與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證過(guò)程還包括對(duì)匯聚節(jié)點(diǎn)的ID的認(rèn)證，具體為: 被認(rèn)證方采用獲取的第一公鑰對(duì)自身的ID進(jìn)行加密，并發(fā)送給認(rèn)證方；
認(rèn)證方采用自身保存的第一私鑰對(duì)加密后的ID進(jìn)行解密，獲取被認(rèn)證方的ID，并驗(yàn)證被認(rèn)證方的ID是否合法。
[0010]第三方應(yīng)用程序與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證采用基于restful架構(gòu)的令牌認(rèn)證，認(rèn)證過(guò)程分為兩種情況:
情況一:用戶在與Web服務(wù)器完成身份認(rèn)證后進(jìn)行身份注冊(cè)，注冊(cè)時(shí)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的操作權(quán)進(jìn)行授權(quán)，表明所擁有的傳感器的數(shù)據(jù)是僅個(gè)人可見(jiàn)、全部可見(jiàn)或者某些人可見(jiàn)，此時(shí)第三方應(yīng)用程序與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證，包括以下步驟:
Al、第三方應(yīng)用程序向Web服務(wù)器發(fā)出訪問(wèn)數(shù)據(jù)請(qǐng)求，進(jìn)入步驟BI;
Bl、Web服務(wù)器決定是否生成臨時(shí)令牌返回給第三方應(yīng)用程序，若不允許，則拒絕訪問(wèn)；若允許，則進(jìn)入步驟Cl;
Cl、Web服務(wù)器發(fā)送臨時(shí)令牌給第三方應(yīng)用程序，進(jìn)入步驟Dl;
D1、第三方應(yīng)用程序接收臨時(shí)令牌，并向Web服務(wù)器再次發(fā)送攜帶臨時(shí)令牌的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求，進(jìn)入步驟EI ；
El、Web服務(wù)器收到數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求后對(duì)臨時(shí)令牌進(jìn)行解析，判斷臨時(shí)令牌是否失效，若未失效，則返回給第三方應(yīng)用程序想要訪問(wèn)的數(shù)據(jù);若失效，則重新生成臨時(shí)令牌返回給第三方應(yīng)用程序，第三方應(yīng)用程序使用新的臨時(shí)令牌發(fā)送數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求；
情況二:用戶在與Web服務(wù)器完成身份認(rèn)證后進(jìn)行身份注冊(cè)，注冊(cè)時(shí)對(duì)所擁有的傳感器數(shù)據(jù)的操作權(quán)沒(méi)有進(jìn)行授權(quán)或第三方應(yīng)用程序不是授權(quán)的可見(jiàn)方，此時(shí)第三方應(yīng)用程序與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證步驟有:
A2、第三方應(yīng)用程序向Web服務(wù)器發(fā)出訪問(wèn)數(shù)據(jù)請(qǐng)求，進(jìn)入步驟B2;
B2、Web服務(wù)器向用戶詢問(wèn)是否允許訪問(wèn)數(shù)據(jù)，若不允許，則拒絕訪問(wèn)；若允許，則進(jìn)入步驟C2;C2、用戶給予Web服務(wù)器授權(quán)，Web服務(wù)器發(fā)送臨時(shí)令牌給第三方應(yīng)用程序，，進(jìn)入步驟
D2；
D2、第三方應(yīng)用程序接收臨時(shí)令牌，并向Web服務(wù)器再次發(fā)送攜帶臨時(shí)令牌的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求，進(jìn)入步驟E2;
E2、Web服務(wù)器收到數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求后對(duì)臨時(shí)令牌進(jìn)行解析，判斷臨時(shí)令牌是否失效，若未失效，則返回給第三方應(yīng)用程序想要訪問(wèn)的數(shù)據(jù);若失效，則進(jìn)入步驟B2;
基于CA證書的Re stf u I架構(gòu)下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證方法，其特征在于:
步驟Cl和步驟C2中，Web服務(wù)器內(nèi)部以當(dāng)前時(shí)間的元素生成一個(gè)臨時(shí)令牌返回給第三方應(yīng)用程序；
步驟El和步驟E2中，對(duì)臨時(shí)令牌進(jìn)行解析，還原成臨時(shí)令牌的生成時(shí)間，從而判斷臨時(shí)令牌是否失效。
[0011]本發(fā)明將傳感器節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)自組織成為網(wǎng)絡(luò)，將匯聚節(jié)點(diǎn)連接到基于Restful架構(gòu)的Web服務(wù)器，客戶端與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證，匯聚節(jié)點(diǎn)與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證、傳感器節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的認(rèn)證以及客戶端與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的認(rèn)證均基于CA證書完成，用戶通過(guò)客戶端訪問(wèn)Web服務(wù)器獲取無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。本發(fā)明能有效防止惡意攻擊者對(duì)數(shù)據(jù)的破壞，保護(hù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的安全。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明基于Restful架構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D；
圖2為本發(fā)明的身份認(rèn)證拓?fù)鋱D；
圖3為本發(fā)明中基于CA證書的認(rèn)證方與被認(rèn)證方的認(rèn)證流程圖；
圖4為本發(fā)明中匯聚節(jié)點(diǎn)與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證流程圖；
圖5為本發(fā)明中的第三方應(yīng)用程序與Web服務(wù)器之間的身份認(rèn)證流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明所述的基于CA證書的Res tf u I架構(gòu)下的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證方法，將傳感器節(jié)點(diǎn)sensor和匯聚節(jié)點(diǎn)sink node自組織成為網(wǎng)絡(luò)，將匯聚節(jié)點(diǎn)sink node連接到基于Restful架構(gòu)的Web服務(wù)器，客戶端user與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證、匯聚節(jié)點(diǎn)sink node與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證、傳感器節(jié)點(diǎn)sensor與匯聚節(jié)點(diǎn)sink node之間的認(rèn)證以及客戶端user與匯聚節(jié)點(diǎn)sink node之間的認(rèn)證均基于CA證書完成，客戶端user、Web服務(wù)器、匯聚節(jié)點(diǎn)sink node和傳感器節(jié)點(diǎn)sensor均具有CA證書中心頒發(fā)的CA證書;第三方應(yīng)用程序與Web服務(wù)器之間的認(rèn)證，采用基于restful架構(gòu)的令牌認(rèn)證；用戶通過(guò)客戶端user訪問(wèn)Web服務(wù)器獲取無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)
REST全稱是Representat1nal State Transfer，即表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移，指的是一組架構(gòu)約束條件和原則，如果一個(gè)架構(gòu)符合REST的約束條件和原則，就稱其為Restful架構(gòu)。目前HTTP是唯一與REST相關(guān)的實(shí)例。
[00M] Restful架構(gòu)遵循無(wú)狀態(tài)通信原則。無(wú)狀態(tài)通信原則指的是客戶端user和Web服務(wù)器交互的過(guò)程中各次請(qǐng)求之間是無(wú)狀態(tài)的。REST要求狀態(tài)要么被放入