CN101222325A - 一种基于id的无线多跳网络密钥管理方法 - Google Patents

一种基于id的无线多跳网络密钥管理方法 Download PDF

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Abstract

一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，适用于WAPI框架方法(TePA，基于三元对等鉴别的访问控制方法)在包括无线局域网、无线城域网和无线个域网在内的具体网络上应用时的安全应用协议。本发明密钥管理方法包括密钥产生、密钥分发、密钥存储、密钥更改和密钥撤销的步骤。本发明解决了现有基于预共享密钥的密钥管理方法不适合于规模较大的网络以及基于PKI的密钥管理方法不适合无线多跳网络的技术问题，由于采用了公钥体制且采用了三元结构，从而可提高了无线多跳网络的安全性和性能。

Description

一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法
技术领域
本发明涉及一种无线网络的密钥管理方法，尤其涉及一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法。
背景技术
随着计算机网络和全球移动通信技术的发展，便携的数字处理终端设备已经成为人们日常生活和办公的必需品，这些终端设备包括笔记本电脑、个人数字助理(PDA)、计算机外设、移动电话、寻呼机和家用电子产品等。它们都具有较强的处理能力和较大的存储空间，从而形成了一个个人操作空间(POS)。但是目前这些终端设备之间的信息交换大都还依赖于电缆的连接，使用非常不方便，人们越来越需要一种无线技术将个人操作空间内的这些终端设备连接起来，真正实现终端设备之间可移动的、自动的互联，这就是无线多跳网络技术。在无线多跳网络中，非相邻终端设备之间的通信数据需要以多跳路由的方式传输。
在无线多跳网络中存在着四种角色的设备：终端设备、路由协调器、网络协调器和可信中心。终端设备可与该网络中的其他设备进行通信，但在该网络中不能为其他设备转发数据，即不能完成路由功能。路由协调器除了完成终端设备的功能外还负责为该网络中的其他设备转发数据，即能完成路由功能。网络协调器负责发送网络信标、建立一个网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的路由消息和不断地接收信息，也能为该网络中的其他设备转发数据，即能完成路由功能。网络协调器和路由协调器可统称为协调器。可信中心是该网络的密钥中心，负责为该网络中的所有设备配置密钥信息。可信中心可以由网络协调器充当，也可以由网络协调器在该网络中指定的其他设备充当。无线多跳网络支持两种网络拓扑结构：星型网络和点到点网络，点到点网络的网络拓扑结构又可分为网状结构和簇型结构，如图1A-图1C所示。
对于无线多跳网络，目前采用的密钥管理方法通常为基于预共享密钥的密钥管理方法和基于PKI的密钥管理方法。
对于第一种密钥管理方法，由于预共享密钥不便于管理，一般不适合于规模较大的网络。对于第二种密钥管理方法，由于证书的管理以及通信量较大，所以也不适合无线多跳网络。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其解决了现有基于预共享密钥的密钥管理方法不适合于规模较大的网络以及基于PKI的密钥管理方法不适合无线多跳网络的技术问题。
本发明的技术解决方案是：
本发明的优点：
1、由于基于ID是一种公钥体制，所以每个设备只需拥有自身基于ID的公私钥对就可以在无线多跳网络中进行安全通信，从而提高了无线多跳网络的安全性和性能。
2、由于基于ID的公钥本身具有撤销特性且基于ID的公钥长度较短，所以这不仅可以减少了公钥有效性查询的次数，而且还减少了传输的通信量，从而提高了无线多跳网络的性能。
3、由于采用了三元结构，所以在认证接入过程中设备和协调器都可以根据可信中心的公钥撤销表知道它们的基于ID的公钥有效性，从而提高了无线多跳网络认证接入的安全性；
4、利用基于ID的公私钥对，可以非交互式地进行密钥协商，从而提高了无线多跳网络的性能。
附图说明
图1为无线多跳网络的网络拓扑结构图，其中图1A为星型网络拓扑结构图，图1B为网状网络拓扑结构图，图1C为簇型网络拓扑结构图，“●”协调器，“○”为终端设备，“”为通信信道。
图2是无线多跳网络的认证接入系统结构示意图；A为请求认证接入的终端设备，B是A所关联的协调器，S是该无线多跳网络的可信中心。
具体实施方式
本发明适用于WAPI框架方法(TePA，基于三元对等鉴别的访问控制方法)在包括无线局域网、无线城域网在内的具体网络上应用时的安全应用协议。
无线多跳网络包括低速率无线个域网、高速率无线个域网和无线传感器网等，这种密钥管理方法可适用于这些网络。
基于ID的无线多跳网络密钥管理方法详述如下：基于ID的无线多跳网络密钥管理主要包括密钥的产生、分发、存储、更改和撤销。
基于ID的无线多跳网密钥管理方法的具体实现如下：
1、密钥产生：
在基于ID的密码体制中，由于基于ID的私钥等于主密钥和基于ID的公钥的标量乘，所以主密钥的安全非常重要，可采取多个可信中心共同分享。
当产生注册设备基于ID的私钥的主密钥由上一层可信中心群共同分享时，该无线多跳网络中的可信中心首先根据注册设备的身份标识构造注册设备基于ID的公钥，然后采用密码学中的门限机制向上一层可信中心群的k个可信中心提交注册设备的基于ID的公钥，接着该k个可信中心利用所拥有的部分主密钥产生注册设备基于ID的部分私钥并发送给该无线多跳网络中的可信中心，最后该无线多跳网络中的可信中心利用注册设备基于ID的部分私钥合成为该注册设备基于ID的私钥。
当产生注册设备基于ID的私钥的主密钥存储于该无线多跳网络的可信中心时，该无线多跳网络中的可信中心根据注册设备的身份标识构造注册设备基于ID的公钥，然后利用存储于本地的主密钥产生该注册设备基于ID的私钥。
注册设备基于ID的公钥可为无线多跳网络中可信中心的CA证书身份、无线多跳网络标识、注册设备的身份标识和公钥的时限的级联值。
2、密钥分发：
注册设备首先向该无线多跳网络的可信中心提交注册设备的身份标识，然后从该无线多跳网络的可信中心获得注册设备基于ID的公私钥对。其中，基于ID的私钥需要保密传输给注册设备。
3、密钥存储：
当产生注册设备基于ID的私钥的主密钥由上一层可信中心群共同分享时，该主密钥经多项式函数分成n个部分后存储于上一层可信中心群的n个可信中心中。每个可信中心存储部分主密钥。
当产生注册设备基于ID的私钥的主密钥不是由上一层可信中心群共同分享时，该主密钥存储于该无线多跳网络的可信中心。
无线多跳网络的可信中心完成注册设备基于ID的公私钥对分发后就删除注册设备基于ID的公私钥对，仅存储自身的基于ID的公私钥对。注册设备存储从无线多跳网络的可信中心获得的注册设备基于ID的公私钥对。其中，基于ID的私钥需要进行安全存储。
4、密钥撤销：
无线多跳网络的可信中心中维护一个公钥撤销表，使注册设备可以进行基于ID公钥的撤销查询；
当注册设备基于ID的私钥发生泄漏时，该注册设备以离线形式向该无线多跳网络中的可信中心申请撤销注册设备基于ID的公钥，可信中心收到该申请后将该注册设备基于ID的公钥加入公钥撤销表；
当注册设备基于ID的私钥没有被泄漏但不再使用时，该注册设备利用与该无线多跳网络中可信中心之间的会话密钥向该可信中心申请撤销注册设备基于ID的公钥，可信中心收到该申请后将该注册设备基于ID的公钥加入公钥撤销表；
5、密钥更改：
当注册设备基于ID的公私钥对需要更改时，该注册设备利用与该无线多跳网络中可信中心之间的会话密钥向该可信中心申请更改注册设备基于ID的公私钥对，可信中心收到该申请后重新构造该注册设备基于ID的公钥，然后从上层可信中心群获得(或本地产生)该注册设备基于ID的公钥对应的注册设备基于ID的私钥，最后该可信中心利用与该注册设备之间的会话密钥传输重新产生的注册设备基于ID的公私钥对，同时将原来的注册设备基于ID的公钥加入公钥撤销表。

Claims (10)

1.一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：
所述密钥管理方法包括以下步骤：
步骤10]密钥产生，具体包括以下步骤：
步骤11]无线多跳网络中的可信中心根据注册设备的身份标识构造基于ID的公钥；
步骤12]无线多跳网络中的可信中心产生注册设备的基于ID的私钥；
步骤20]密钥分发，具体包括以下步骤：
步骤21]注册设备向无线多跳网络的可信中心提交自身的身份标识；
步骤22]注册设备从该无线多跳网络的可信中心安全获得基于ID的公私钥对；
步骤30]密钥存储，具体包括以下步骤：
步骤31]存储用于产生注册设备基于ID的私钥的主密钥；
步骤32]存储注册设备的基于ID的公私钥对。
2.根据权利要求1所述的一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：
当产生注册设备基于ID的私钥的主密钥由上一层可信中心群共同分享时，步骤10]密钥产生的具体步骤如下：
步骤11]无线多跳网络中的可信中心根据注册设备的身份标识构造基于ID的公钥；
步骤12]无线多跳网络中的可信中心向上一层可信中心群提交注册设备的基于ID的公钥，然后获得注册设备基ID的部分私钥，最后利用所获得的注册设备基于ID的部分私钥产生注册设备基于ID的私钥；
步骤30]密钥存储的具体步骤如下：
步骤31]主密钥由上一层可信中心群共同分享，每个可信中心只存储部分主密钥；
步骤32]无线多跳网络的可信中心完成注册设备基于ID的公私钥对分发后删除该注册设备基于ID的公私钥对，存储自身的基于ID的公私钥对；注册设备存储从无线多跳网络的可信中心获得的基于ID的公私钥对。
3.根据权利要求1所述的一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：
当产生注册设备基于ID的私钥的主密钥存储于该无线多跳网络的可信中心时，步骤10]密钥产生的具体步骤如下：
步骤11]无线多跳网络中的可信中心根据注册设备的身份标识构造基于ID的公钥；
步骤12]无线多跳网络中的可信中心利用存储于本地的主密钥产生注册设备基于ID的私钥；
步骤30]密钥存储的具体步骤如下：
步骤31]主密钥存储于无线多跳网络中的可信中心；
步骤32]无线多跳网络的可信中心完成注册设备基于ID的公私钥对分发后删除该注册设备基于ID的公私钥对，仅存储自身的基于ID的公私钥对；注册设备存储从无线多跳网络的可信中心获得的基于ID的公私钥对。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：所述密钥管理方法还包括以下步骤：
步骤40]密钥更改，具体包括以下步骤：
步骤41]若注册设备基于ID的公私钥对需要更改，则注册设备利用与该无线多跳网络中可信中心之间的会话密钥向该可信中心申请更改注册设备基于ID的公私钥对；
步骤42]可信中心收到步骤41]注册设备发送的申请后重新构造注册设备基于ID的公钥；
步骤43]根据步骤42]中注册设备基于ID的公钥，可信中心按照密钥产生的步骤生成注册设备基于ID的私钥；
步骤44]可信中心利用与注册设备之间的会话密钥传输重新产生的注册设备基于ID的公私钥对，同时将原来的注册设备基于ID的公钥加入公钥撤销表。
5.根据权利要求4所述的一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：所述密钥管理方法还包括以下步骤：
步骤50]密钥撤销，具体步骤如下：
步骤51]若注册设备基于ID的公钥需要撤销，则注册设备向无线多跳网络中的可信中心申请撤销注册设备基于ID的公钥；
步骤52]可信中心收到注册设备发送的申请后将注册设备基于ID的公钥加入公钥撤销表。
6.根据权利要求5所述的一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：
步骤51]具体步骤为：当注册设备基于ID的私钥发生泄漏时，注册设备以离线形式向无线多跳网络中的可信中心申请撤销注册设备基于ID的公钥。
7.根据权利要求5所述的一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：
步骤51]具体步骤为：当注册设备基于ID的私钥没有被泄漏但不再使用时，注册设备利用与无线多跳网络中可信中心之间的会话密钥向该可信中心申请撤销注册设备基于ID的公钥。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：所述密钥管理方法还包括以下步骤：
步骤50]密钥撤销；具体包括以下步骤：
步骤51]若注册设备基于ID的公钥需要撤销，则注册设备向无线多跳网络中的可信中心申请撤销注册设备基于ID的公钥；
步骤52]可信中心收到注册设备发送的申请后将注册设备基于ID的公钥加入公钥撤销表。
9.根据权利要求8所述的一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：
当注册设备基于ID的私钥发生泄漏时，步骤51]具体为：注册设备以离线形式向无线多跳网络中的可信中心申请撤销注册设备基于ID的公钥。
10.根据权利要求8所述的一种基于ID的无线多跳网络密钥管理方法，其特征在于：当注册设备基于ID的私钥没有被泄漏但不再使用时，步骤51]具体为：注册设备利用与无线多跳网络中可信中心之间的会话密钥向该可信中心申请撤销注册设备基于ID的公钥。
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