CN102811440A - 一种基于水印技术的无线传感网安全传输的方法 - Google Patents

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CN102811440A CN2011101474374A CN201110147437A CN102811440A CN 102811440 A CN102811440 A CN 102811440A CN 2011101474374 A CN2011101474374 A CN 2011101474374A CN 201110147437 A CN201110147437 A CN 201110147437A CN 102811440 A CN102811440 A CN 102811440A
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张红
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Abstract

本发明涉及一种基于水印技术的无线传感网安全传输的方法，属于无线传感网的信息安全领域。本方法结合水印技术并改进了RC4算法，对节点进行分簇；建立并预分配密钥；簇内节点的信息传输采用直接与本与簇头节点建立通信链路的方式。不同簇间节点的信息传输采用在簇头节点间建立通信链路的方式，应用RC4法加密解密数据，设定阀值，比较阀值和传感数据，根据传感数据最后一位的奇偶性决定嵌入水印的位置。本方法提高了传感节点的通信量和节点的利用率；提高了传感信息的机密性和安全性，同时，水印算法对节点的计算开销少。

Description

一种基于水印技术的无线传感网安全传输的方法
技术领域
本发明涉及一种基于水印技术的无线传感网安全传输的方法，属于无线传感网的信息安全领域。
背景技术
目前WSN安全机制的研究主要集中在：密码技术、密钥管理、安全路由、入侵检测和数字水印等其它特殊安全问题。
研究发现通过选择合适的非对称密码算法、合理的参数并优化后，可应用于一定的传感器网络中。然而无论是对称还是非对称密钥，当节点被俘时密钥可能会泄露，从而将导致整个网络受到威胁。
数字水印技术与传感网以数据为中心的特点相符合，能以很低的运算开销实现并适合于传感器网络的大规模和动态性的特点，并能容忍传感器网络的网内处理对数据内容的改动，因此该技术在传感器网络安全领域具有较大的研究和应用前景。但是目前关于此类的研究较少，进展缓慢，国内外传感器网络数据水印的文章也不多。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了一种基于水印技术的无线传感网安全传输的方法。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种基于水印技术的无线传感网安全传输的方法，包括如下步骤：
步骤A：将无线传感网中各节点按照LANCH方法分簇；
步骤B：建立足够分配的密钥集合，并根据节点的分簇情况预分配密钥；
步骤C：应用RC4法加密解密数据，结合水印技术建立安全通信链路；
若簇内各节点与本簇头建立安全通信，则进入步骤C-1；
若不同簇内的节点建立安全通信，则进入步骤C-2；
步骤C-1，通过密钥预分配得到的共享密钥进行信息传送；
步骤C-1-1，簇头节点应用RC4法加密传感数据形成密文，簇内节点再将密文传给簇头节点；
步骤C-1-2，簇头节点应用RC4法将密文解密为传感数据；
步骤C-2，用经过预处理的时间戳做为密钥实现簇头节点间的信息传送，具体包括如下步骤：
步骤C-2-1，发送方簇头节点将从数据包取出的发包时间转换为时间戳并将预处理后的时间戳作为密钥，同时发送方簇头节点应用RC4法加密传感数据形成密文；
步骤C-2-2，任意取一个小于传感数据最小值的数作为阀值，将密文逐位与设定的阈值进行比较；
步骤C-2-3，确定嵌入水印的位置，确定最终的传感数据流；
当密文值大于阀值时，根据传感数据最后一位的奇偶性选择嵌入方式：若是偶数，则在传感数据的偶数位置嵌入，否则在传感数据的奇数位置嵌入水印；
当密文值小于阀值时，不为该传感数据加密；
步骤C-2-4，嵌入水印的数据和未嵌入水印的数据共同构成传感数据流；
步骤C-2-5，接收方簇头将密文逐位与设定的阈值进行比较，从传感数据流中提取时间戳，比较时间戳与发包时间：
若时间戳与发包时间相同，应用RC4法解密数据包内容，并准备将数据传给另一个簇头节点；
若时间戳与发包时间不同，直接丢包。
进一步的，本发明的基于水印技术的无线传感网安全传输的方法中，步骤B的具体实施如下：
步骤B-1，建立一个足以满足分配需求的密钥匙集合；
步骤B-2，根据已分簇组数从密钥匙集合中取出相应组数的密钥，每组密钥组所含有的密钥数目与每簇簇内节点数相同；
步骤B-3，簇内节点从相应密钥组中随机选取密钥并存入结点存储器，同时每一个簇内结点存储器里预置一个与簇头通讯的共享密钥。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
数据在加密后，无论是簇头或簇内，经过预处理，都变为16进制，提高传感节点的通信量和节点的利用率；
原RC4算法加密后的数据有一定的规律，而改进后的RC4算法的安全性明显比原来的高；
簇间通信采用时间戳以减少信息外泄的机率，提高传感信息的机密性和安全性，同时水印算法对节点的计算开销少。
附图说明
图1为发送方在簇头节点通信时的通信流程图。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
如图1所示，一种基于水印技术的无线传感网安全传输的方法，包括如下步骤：
一种基于水印技术的无线传感网安全传输的方法，包括如下步骤：
步骤A：将无线传感网中各节点按照LANCH方法分簇；
步骤B：建立足够分配的密钥集合，并根据节点的分簇情况预分配密钥；
步骤C：应用RC4法加密解密数据，结合水印技术建立安全通信链路；
若簇内各节点与本簇头建立安全通信，则进入步骤C-1；
若不同簇内的节点建立安全通信，则进入步骤C-2；
步骤C-1，通过密钥预分配得到的共享密钥进行信息传送；
步骤C-1-1，簇头节点应用RC4法加密传感数据形成密文，簇内节点再将密文传给簇头节点；
步骤C-1-2，簇头节点应用RC4法将密文解密为传感数据；
步骤C-2，用经过预处理的时间戳做为密钥实现簇头节点间的信息传送，具体包括如下步骤：
步骤C-2-1，发送方簇头节点将从数据包取出的发包时间转换为时间戳并将预处理后的时间戳作为密钥，同时发送方簇头节点应用RC4法加密传感数据形成密文；
步骤C-2-2，任意取一个小于传感数据最小值的数作为阀值，将密文逐位与设定的阈值进行比较；
步骤C-2-3，确定嵌入水印的位置，确定最终的传感数据流；
当密文值大于阀值时，根据传感数据最后一位的奇偶性选择嵌入方式：若是偶数，则在传感数据的偶数位置嵌入，否则在传感数据的奇数位置嵌入水印；
当密文值小于阀值时，不为该传感数据加密；
步骤C-2-4，嵌入水印的数据和未嵌入水印的数据共同构成传感数据流；
步骤C-2-5，接收方簇头将密文逐位与设定的阈值进行比较，从传感数据流中提取时间戳，比较时间戳与发包时间：
若时间戳与发包时间相同，应用RC4法解密数据包内容，并准备将数据传给另一个簇头节点；
若时间戳与发包时间不同，直接丢包。
进一步的，本发明的基于水印技术的无线传感网安全传输的方法中，步骤B的具体实施如下：
步骤B-1，建立一个足以满足分配需求的密钥匙集合；
步骤B-2，根据已分簇组数从密钥匙集合中取出相应组数的密钥，每组密钥组所含有的密钥数目与每簇簇内节点数相同；
步骤B-3，簇内节点从相应密钥组中随机选取密钥并存入结点存储器，同时每一个簇内结点存储器里预置一个与簇头通讯的共享密钥。
进一步的，本发明的基于水印技术的无线传感网安全传输的方法中，步骤C-1中的加密和解密的密钥均为簇内节点与簇头节点的共享密钥，
进一步的，本发明的基于水印技术的无线传感网安全传输的方法中，步骤C-2-1中的预处理是将时间戳处理成16进制流。
表1为利用原有RC4算法和本发明改进RC4算法对采集的白天光照数据进行传输的比较，
  白天光照   RC4   RC4’   嵌入timeStanp   timeStanp
  609   623F7D   3E7505   DE75058   4D87F088
  640   623B74   1E660A   14680F   4D87F08E
  672   623876   6E0063   D87003   4D87F08E
  701   633F75   7E3029   74382F   4D87F093
  740   633874   703253   D07203A   4D87F09A
  765   633971   38271D   34281F   4D87F0A1
  793   633677   73271B   74281F   4D87F0AA
  620   6C3D74   5A3F6C   54386F   4D87F0AF
  851   6C3A75   302602   D076022   4D87F0B2
  867   6C3973   752722   D57702C   4D87F0BC
  888   6C3773   151916   14181F   4D87F08F
  897   6C3673   217F06   4287F0C4   4D87F0C4
  901   5D3F75   586B3B   54683F   4D87F0C9
  923   6D3D77   5C7D1E   54781F   4D87F0CD
  950   6D3A74   5C6919   54681F   4D87F0D1
表1
可见，采用本方法有如下优点：
(1)数据在加密后，无论是簇头或簇内，经过预处理，都变为16进制，提高传感节点的通信量和节点的利用率。
(2)从仿真数据图中，看到原RC4算法加密后的数据有一定的规律，而改进后的RC4算法的安全性明显比原来的高。
(3)单水印技术能防止数据被篡改，但是数据内容对外是可见的，所以在簇间通信的方案中，采用时间戳以减少信息外泄的机率，提高传感信息的机密性和安全性，同时水印算法对节点的计算开销少。

Claims (4)

1.一种基于水印技术的无线传感网安全传输的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A: 将无线传感网中各节点按照LANCH方法分簇；
步骤B: 建立足够分配的密钥集合，并根据节点的分簇情况预分配密钥；
步骤C：应用RC4法加密解密数据，结合水印技术建立安全通信链路；
若簇内各节点与本簇头建立安全通信，则进入步骤C-1；
若不同簇内的节点建立安全通信，则进入步骤C-2；
步骤C-1，通过密钥预分配得到的共享密钥进行信息传送；
步骤C-1-1，簇头节点应用RC4法加密传感数据形成密文，簇内节点再将密文传给簇头节点；
步骤C-1-2，簇头节点应用RC4法将密文解密为传感数据；
步骤C-2，用经过预处理的时间戳做为密钥实现簇头节点间的信息传送，具体包括如下步骤：
步骤C-2-1,发送方簇头节点将从数据包取出的发包时间转换为时间戳并将预处理后的时间戳作为密钥，同时发送方簇头节点应用RC4法加密传感数据形成密文；
步骤C-2-2，任意取一个小于传感数据最小值的数作为阀值，将密文逐位与设定的阈值进行比较；
步骤C-2-3，确定嵌入水印的位置，确定最终的传感数据流；
当密文值大于阀值时，根据传感数据最后一位的奇偶性选择嵌入方式：若是偶数，则在传感数据的偶数位置嵌入，否则在传感数据的奇数位置嵌入水印；
当密文值小于阀值时，不为该传感数据加密；
步骤C-2-4, 嵌入水印的数据和未嵌入水印的数据共同构成传感数据流；
步骤C-2-5，接收方簇头将密文逐位与设定的阈值进行比较，从传感数据流中提取时间戳，比较时间戳与发包时间：
若时间戳与发包时间相同，应用RC4法解密数据包内容，并准备将数据传给另一个簇头节点；
若时间戳与发包时间不同，直接丢包。
2.如权利要求1所述的基于水印技术的无线传感网安全传输的方法，其特征在于：步骤B的具体实施如下：
步骤B-1，建立一个足以满足分配需求的密钥匙集合；
步骤B-2，根据已分簇组数从密钥匙集合中取出相应组数的密钥，每组密钥组所含有的密钥数目与每簇簇内节点数相同；
步骤B-3，簇内节点从相应密钥组中随机选取密钥并存入结点存储器，同时每一个簇内结点存储器里预置一个与簇头通讯的共享密钥。
3.如权利要求1所述的基于水印技术的无线传感网安全传输的方法，其特征在于：步骤C-1中的加密和解密的密钥均为簇内节点与簇头节点的共享密钥。
4.如权利要求1所述的基于水印技术的无线传感网安全传输的方法，其特征在于：步骤C-2-1中的预处理是将时间戳处理成16进制流。
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