無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中一種基于共享密鑰的節點(diǎn)鑒別機制

摘要：在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中，信息的傳輸需要保證通信雙方的節點(diǎn)是本次通信的節點(diǎn)，而不是網(wǎng)絡(luò )中的其他節點(diǎn)或者一些惡意節點(diǎn)，這就需要對通信雙方的身份進(jìn)行身份鑒別。提出了一種基于共享密鑰的節點(diǎn)鑒別機制，實(shí)現了網(wǎng)內節點(diǎn)間在通信前確認彼此身份的合法性和有效性。分析表明，該方案有效抵御了傳感器網(wǎng)絡(luò )中一些常見(jiàn)的安全威脅，例如女巫攻擊等。同時(shí)，該方案還具有很強的攻擊容忍性。
關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )；共享密鑰；Hash算法；節點(diǎn)鑒別

0 引言
在無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中，信息的傳輸都是通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸，因此要特別保證信息在傳輸過(guò)程中的安全性以及私密性，防止惡意節點(diǎn)在信息傳送過(guò)程中中途攔截或者冒充網(wǎng)絡(luò )中的正常節點(diǎn)，與其他節點(diǎn)進(jìn)行通信，從而非法獲取網(wǎng)絡(luò )中的信息，甚至利用丟棄數據，自私性不轉發(fā)等手段破壞節點(diǎn)之間的正常通信。因此，在節點(diǎn)進(jìn)行數據傳輸之前，有必要做好必要的安全措施。一方面需要對節點(diǎn)之間傳送的數據進(jìn)行保護，不能以明文形式進(jìn)行傳輸。當節點(diǎn)之間進(jìn)行信息傳送時(shí)，可以使用全網(wǎng)密鑰對信息進(jìn)行加密，并且使用共享密鑰實(shí)現安全通信。另一方面，需要保證通信雙方的節點(diǎn)是本次通信的節點(diǎn)，而不是網(wǎng)絡(luò )中的其他節點(diǎn)或者一些惡意節點(diǎn)，這就需要對通信雙方的身份進(jìn)行鑒別。
針對傳感器網(wǎng)絡(luò )的實(shí)際需要以及現有的安全技術(shù)，本文提出了一種基于共享密鑰的節點(diǎn)鑒別機制，該方案主要利用網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)之間共享的密鑰，實(shí)現了節點(diǎn)之間的身份鑒別。

1 方案設計
假設在傳感器網(wǎng)絡(luò )中，節點(diǎn)A需要與節點(diǎn)B進(jìn)行通信，則節點(diǎn)A與節點(diǎn)B首先要對彼此身份進(jìn)行鑒別，鑒別過(guò)程如下：
(1)首先，節點(diǎn)A向節點(diǎn)B發(fā)送鑒別請求消息Auth Request開(kāi)始與節點(diǎn)B進(jìn)行鑒別。鑒別請求消息中還包括節點(diǎn)A產(chǎn)生的一個(gè)隨機數RA以及節點(diǎn)A的身份標識符IDA和目的節點(diǎn)的身份標識IDB。
(2)節點(diǎn)B收到節點(diǎn)A的請求后，首先通過(guò)IDA查找自己的密鑰列表中是否保存了與節點(diǎn)A對應的對偶密鑰，若不存在，則終止鑒別；若存在，則產(chǎn)生隨機數RB，并利用密鑰列表中與節點(diǎn)A預共享的密鑰SAB，根據IDA，IDB，RA，RB計算：
MACAB=HASH(SAB，IDA‖IDB ‖RA ‖RB)
其中，IDA和IDB分別是節點(diǎn)A和節點(diǎn)B的身份標識；MACAB為節點(diǎn)A與節點(diǎn)B之間的消息鑒別密鑰。然后，節點(diǎn)B利用MACAB在本地計算消息鑒別碼：
MAC1=HASH(MACAB，RA ‖RB)
然后構造消息RA ‖RB ‖MAC1發(fā)送給節點(diǎn)A。
(3)節點(diǎn)A收到節點(diǎn)B的消息后，首先檢查消息中的隨機數RA是否與自己在第(1)步中發(fā)送的隨機數RA一致，若不一致，終止鑒別；若一致，節點(diǎn)A計算：
MACAB=HASH(SAB，IDA‖IDB‖RA‖RB)
然后利用MACAB在本地計算消息鑒別碼：
MAC2=HASH(SAB，RA‖RB)
如果MAC2≠MAC1，節點(diǎn)A終止鑒別；如果MAC2=MAC1，則節點(diǎn)A對節點(diǎn)B鑒別成功，并計算MAC3=HASH(MACAB，RB)，將RB‖MAC3發(fā)送給節點(diǎn)B。
(4)節點(diǎn)B收到節點(diǎn)A的消息后，檢查隨機數RB是否與自己在第(2)步中發(fā)送給節點(diǎn)A的隨機數RB一致，若不一致，終止鑒別；若一致，節點(diǎn)B本地計算消息鑒別碼：
MAC4=HASH(MACAB，RB)
如果MAC4≠MAC3，節點(diǎn)B終止鑒別；如果MAC4=MAC3，則節點(diǎn)B對節點(diǎn)A鑒別成功。
然后計算：MAC5=HASH(MACAB，RA)，并發(fā)送確認消息RA‖MAC5給節點(diǎn)A，用于通知節點(diǎn)A可以進(jìn)行通信。
(5)節點(diǎn)A收到節點(diǎn)B的確認消息，節點(diǎn)A計算MAC6=HASH(MACAB，RA)，如果MAC6≠MAC5，鑒別失敗，終止鑒別；如果MAC6=MAC5，節點(diǎn)A開(kāi)始與節點(diǎn)B進(jìn)行會(huì )話(huà)。