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低数据量环境下物联网密钥管理算法与方案设计

更新时间：2019-12-11 10:04:59 大小：763K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网密钥管理 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）收藏评论(0) 举报

资料介绍

为了提高低数据量环境下物联网密钥的安全性与可靠性,需要对低数据量环境下物联网密钥管理算法以及密钥管理方案进行设计研究;使用当前管理算法对低数据量环境下物联网密钥进行管理时,在物联网网络节点增加到一定数量的情况下,无法保证低数据环境下物联网的安全性与可靠性;为此,提出一种基于LHKE的低数据量环境物联网密钥管理算法与方案设计方法;该算法是由当前算法为基础结合Qoskm算法优点形成的一种新的低数据量环境下物联网密钥算法,此算法将设立两个相同的低数据量密钥树,通过计算组播成员在物联网上的信任度与安全度,将信任度与安全度较高的组播成员放在一棵低数据量密钥树上,其他的组播成员放在另一棵低数据量密钥树上,再通过LHKE算法的初始化、子密钥生成和网络密钥生成3个阶段,对低数据量环境下物联网密钥进行管理;实验仿真证明,所提算法提高了低数据量环境下物联网密钥的安全性与可靠性.

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DoI：10．16526／j．cnki．11—4762／tp．2017．10．060

中图分类号：TN918

文献标识码：A

文章编号：167l一4598(2017)10—0236一04

低数据量环境下物联网密钥管理算法与方案设计

吴

琼1，孙

博2

(1．西安工业大学计算机科学与工程学院，西安710021；2．西安工业大学教务处。西安710021)

摘要：为了提高低数据量环境下物联网密钥的安全性与可靠性，需要对低数据量环境下物联网密钥管理算法以及密钥管理方案进行

设计研究；使用当前管理算法对低数据量环境下物联网密钥进行管理时，在物联网网络节点增加到一定数量的情况下，无法保证低数据

环境下物联网的安全性与可靠性；为此，提出一种基于LHKE的低数据量环境物联网密钥管理算法与方案设计方法；该算法是由当前算

法为基础结合Qoskm算法优点形成的一种新的低数据量环境下物联网密钥算法，此算法将设立两个相同的低数据量密钥树，通过计算组

播成员在物联网上的信任度与安全度．将信任度与安全度较高的组播成员放在一棵低数据量密钥树上，其他的组播成员放在另一棵低数

据量密钥树上，再通过LHKE算法的初始化、子密钥生成和网络密钥生成3个阶段，对低数据量环境下物联网密钥进行管理；实验仿真

证明，所提算法提高了低数据量环境下物联网密钥的安全性与可靠性。

关键词：低数据量环境；物联网；密钥管理

and

for Internet of

under the

Management Algorithm

Design

Things Key

Low Data Environment

B02

Qion91，Sun

Science and

2．Dean’s

710021，China；

710021，China)

(1．Computer

Engineering CoUege，Xi’an Technological University，Xi’an

office，Xi’an

Techn0109icaI University，Xi’an

of data under theenvironment of the I()T

key，the

need forlow

Abstract：In order to

the

and

of the lowamount

reliabllity

improve

safety

and

scheme was_designed．

Using

the current

amount of data under the environment of internet

key management algo“thm

keymanagement

key management，increase

of Iowdata under the environment of the Internet of

things．

of data under the

of internet

to a certain number of network

of 10wamount

environment

the and

re【iabiIity

management algo“thm

not

guarantee

nodes

the Internet of

next，can

things

safety

method of network

and scheme

of 10wamount of data environment based on LH—

design

forward

keymanagement

Therefore，put

KE． The

algo“thm

low amount of data the new

is formed the current

based

Underthe environment

Qoskm algorithm

algo“thm

ring

algorithm

of the 10T

same two low amount of data will be set

in the

tree

the calculation of multicast

algo“thm，through

key algo“thm，the

key

of truston a lowamount

members in the Internet of

on trust and secu

membersof multicast

and

things

rity，the

degree

safety high degree

then

the LHKE_algo“thm

through

of data on the

data on the

tree，the other membersin the multicast another lowamount

tree，and

key

network in three

lowamount of data under the environment of internet

man—

key

and

initialization，key generation

key generation

the

stages．the

the and

safety

of the lowamount of data under the environ—

reliability

The

riments show that

agement．

expe

proposed algorithm improves

ment

10T

key．

data

Internet。f t

hings；key management

Keywords：10w

envlronment；

数据物联网上的信任度、安全度，将信任度、安全度较高的组

播成员放在一棵密钥树上，将信任度、安全度较低的组播成员

放在另一颗密钥树上，再通过LHKE算法的初始化、子密钥

的生成和网络密钥生成3个阶段对低数据密钥树进行管理，这

3个阶段不仅初始化低数据环境下物联网密钥，而且在物联网

密钥树上形成子密钥和网络密钥，并对每个组播成员收到的低

数据物联网密钥进行认证。由于低数据量环境下物联网密钥密

引言

近年来，随着物联网的发展，物联网络安全问题逐渐成为

了一个新的研究热点，引起越来越多密码学者和安全领域专家

的关注口]。密钥管理技术是保证物联网安全可靠的核心技术，

但现在各式各样新型网络攻击方式，使得对低数据环境下物联

网密钥管理技术的研究迫在眉睫[2]。然而当前管理算法对低数

据量环境下物联网密钥进行管理时，在物联网网络节点增加到

一定数量的情况下，无法保证低数据环境下物联网的安全性与

可靠性[3]。在这种情况下，如何在低数据量环境下安全可靠的

管理物联网络数据，成为当前物联网密钥管理技术研究的重

点。然而LHKE算法是以当前算法为基础并结合Qoskm算法

优点形成的一种新的低数据环境下物联网密钥算法，此算法设

立两个相同的低数据物联网密钥树，通过计算将组播成员在低

管理算法对物联网安全具有重要的意义，因此受到许多密码学

者和安全领域专家的关注，同时取得了一定的研究成果[4。5]。

现有的低数据量环境下物联网密钥算法有：文献[6]提

出一种基于正弦投影的低数据量环境物联网密钥管理算法与设

计方案。该算法是结合函数密钥管理方案优点形成的一种新的

低数据物联网密钥算法，首先构成简易的低数据环境下物联网

密钥认证流程，并采用椭圆曲线加密低数据环境下物联网的输

入方式构建低数据物联网网络密钥，形成由自更新、参数更

新、密钥更新的物联网3个模块，再通过物联网物理层参数替

代成本较高的时间函数，进一步降低密钥管理的时间消耗，提

高物联网密钥认证速度。该算法在低数据量环境下物联网终端

收稿日期：2017一04一14；修回日期：2017一05一04。

作者简介：吴琼(1978一)．男，湖北武穴人，硕士生，工程师，主要

从事物联网方向的研究。

万方数据

第10期

吴

琼，等：低数据量环境下物联网密钥管理算法与方案设计

．237．

节点的适用性具有较大优势，但该算法安全性有待提高。文献

[7]提出一种基于HASH的低数据量环境物联网密钥管理算

法与设计方案。以现有的物联网密钥认证算法为基础，对低数

据量环境物联网密钥管理方案进行设计，并对低数据量环境物

联网中所有携带能量、计算处理能力、存储能力和通信能力的

物联网网络节点进行划分，再利用简单安全的算法、无中心零

知识认证模式和低数据量环境物联网密钥协商协议，管理物联

网密钥以及物联网密钥的安全性。该算法提高了低数据量环境

下物联网密钥的安全性，但在物联网网络节点较多时，不容易

管理。文献[8]提出一种基于PADSA的低数据量环境物联

网密钥管理算法与设计方案。在物联网中建立网络节点数据概

率分布模型，在该模型上叠加扰动数据，来隐藏原始物联网网

络节点数据，隐藏的原始数据可以通过简单的数学计算方法还

原，即使物联网节点数据较大的情况下也可以快速还原原始数

据。该算法证明了低数据量环境下物联网减少了网络数据丢

失，提高了物联网密钥的安全性[9。10】。

鱼网站的攻击，必须对节点的身份进行验证。

3)低数据环境下物联网物理攻击：当前所有低数据环境下

的物联网在防止物理攻击方面都比较薄弱，一些网络节点已被

敌手利用，在这种情况下快速退出该节点是最好的办法。当物

联网发现该节点，迫使其退出物联网，以免造成更大的损失。

为了防止以上安全问题的发生，对物联网安全问进行了研

究，并提出LHKE物联网密钥管理算法，来提高物联网的安

全性，同时提高物联网的可靠性。

1．2低数据量环境下物联网密钥管理算法与认证

1．2．1

低数据量环境下物联网密钥管理算法

I。HKE算法是由当前使用的HASH算法为基础，再结合

Qoskm算法优点形成的一种新的算法，I。HKE算法中同一密

钥树上的组播成员构建一个密钥环境，根据同一棵密钥树组播

成员内部共享低数据环境下物联网网络密钥机制的门限(￡，稚)，

在此门限中任何低数据物联网密钥树组成员都可以通过LH—

KE算法，生成卜一1个内部共享的低数据物联网密钥树网络个

人密钥。任何组播成员不可以联合生成低数据物联网密钥树的

网络密钥。LHKE算法主要分为3个阶段：初始化、子密钥

的生成和网络密钥的生成。

针对上述问题，提出一种基于I。HKE的低数据量环境物

联网密钥管理算法与设计方案。实验仿真证明，所提算法提高

了低数据量环境下物联网密钥的安全性与可靠性。

1)初始化阶段：设低数据环境下物联网密钥树的大小为

l低数据量环境下物联网密钥管理算法与方案设计

n，密钥树上的组播成员集合为U一{U。，Uz

．，U。}，每个

1．1

低数据■环境物联网密钥管理方案设计与安全问题

组播成员都有自己身份唯一的标识，低数据环境下物联网密钥

树组播成员身份标识集合为“={“。，№ ．．．．，‰ )，并假设低

数据环境下物联网密钥树上每个组播成员都知道的公开系数为

i，已接收到的低数据物联网密钥树的公开系数为j，当i≠j时，

1．1．1

低数据量环境下物联网密钥管理方案设计

在低数据量环境下如何提高物联网密钥的安全性与可靠

性，是近几年研究的热点。而影响低数据量环境下物联网密钥

安全性与可靠性的因素有，管理者在钓鱼网站上上网时间、网

络防火墙的安全性、恶意攻击等因素。在吸取当前HAsH算

法优点的基础上结合Qoskm算法的灵活性以及安全性的优点，

设计了LHKE低数据环境下物联网密钥管理算法。

则有地≠“，(i，j一1，2，3

，n)，其中包括各个组播成员的身

份标识“，、低数据环境下物联网密钥树的密钥验证元H G，。

2)低数据环境下物联网密钥树的子密钥的生成阶段：低

数据环境下物联网密钥树上组播成员U。(1 i n)的子密钥

为g(n。)，通过密钥树上所有组播成员通信协商计算出，该密

钥树上的内部共享网络密钥份额一共有女。份。在低数据环境

下物联网密钥树网络密钥生成的过程中，组播成员U。(1 i

”)的子密钥的形成，需要通过计算自身占有低数据环境下物

联网内部共享网络密钥的份额GEK”，(G)。低数据环境下物联

网密钥树的子密钥生成的过程如下：

I。HKE物联网密钥管理算法设计方案如下：使用Qoskm

算法中的低数据物联网密钥树，添加组播成员状态值变量，以

组播成员的安全度与信任度，来设计组播成员在低数据物联网

的平均停留时间。当组播成员在物联网停留时间越长，且没有

恶意操作的情况下，将该组播成员与安全度、信任度高的组播

成员一起放在一棵低数据物联网密钥树上，并将刚加入组播成

员与信任度、安全度低的组播成员放到另一棵密钥树上。组播

成员在物联网上停留的时间长度，将自动生成相对应的时间长

度变量，并以组播成员上物联网的频率，计算组播成员在物联

网上停留的平均时间，根据在低数据物联网上平均停留时间设

定不同的安全度与信任度，更好的对低数据环境下物联网密钥

进行管理。

低数据环境下物联网密钥树上每个组播成员U，在Z。中随

机选取相关系数，形成￡一l的多项式：

(1)

^(丁)=“∞zo+矗，l工1+．．．+口m—1)z卜1

其中：f(z)为物联网密钥树的保密多项式。

分别用低数据环境下物联网密钥树的保密多项式计算低数

据环境下物联网密钥树中每个组播成员U。的子密钥；

(2)

1．1．2低数据量环境下物联网密钥安全问题

厂。(“，)一口，oM，o+盘。l“，‘+

+nm 1)“，卜‘

当前影响低数据环境下物联网密钥安全的问题有以下几个

类型：

将工(“，)计算结果通过低数据环境下物联网安全通道发

给各个组播成员U，(1 j n一1，j≠i)，并在低数据环境下

物联网中保存每个组播成员子密钥的计算结果．该结果为每个

组播成员自身的物联网网络密钥份额。

1)低数据环境下物联网流量分析攻击：在低数据环境下物

联网环境中信息的传递是通过无线网络节点与节点之间，节点

与中心网络之间传递的，这种传递方法很容易造成数据的流失，

或被恶意截获，造成不必要损失，因此，需要对信息内容进行

加密，保证在低数据环境下物联网上传递信息是安全性的。

2)低数据环境下物联网中间人攻击：中间人攻击又叫钓

鱼网站，盗取信息者将设立一个正常的低数据环境下物联网网

站节点，并与其它网络节点通信，当通过这个节点上物联网

时，该节点同时获取个人信息以及传输信息内容。为了防止钓

低数据环境下物联网密钥树中每个组播成员U：，已接收

到子密钥组播成员U，(1 j 一一1)，计算出U子密钥份额

后，对乙『，进行子低数据环境下物联网密钥份额的计算，计算

公式为：

(3)

g(“。)一厶(地)

，=l

万方数据

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