CN102833740A - 一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法，基于椭圆曲线算法实现数据加法聚合和乘法聚合过程中的隐私保护。目的节点确定椭圆曲线参数和私钥k，并计算出公钥K，将椭圆曲线参数和公钥K都广播出去；各源节点利用一个随机数和椭圆曲线参数、公钥K对明文用椭圆曲线算法加密，发送密文消息；中间节点对收到的密文消息做聚合运算，将聚合结果发送给目的节点；目的节点对收到的聚合的密文数据利用私钥k，根据椭圆曲线算法解密得到聚合的明文数据。与现有技术相比，本发明中采用的椭圆曲线加密技术具有公钥位数小、计算速度快等优点，且可实现加法聚合和乘法聚合两种聚合运算。

Description

一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种用于无线传感器网络的数据聚合时的隐私保护方法。
背景技术
无线传感器网络的中心任务在于对感知数据的采集、处理与管理，数据隐私是无线传感器网络隐私保护机制中的一个重点研究方向，面向数据的隐私安全主要包括数据聚合隐私和数据查询隐私。数据聚合是无线传感器网络中的重要技术，包括和、平均、最大值和最小值等多种聚合计算。
经过对现有技术的检索发现，有以下一些无线传感器网络的数据聚合隐私保护方法：Westhoff D和Girao J等在对比文件1“Concealeddata aggregation for reverse multicast traffic in sensor networks：encryption，key distribution，and routing adaptations”中提出了基于Domingo-Ferrer同态算法的数据聚合隐私保护方法CDA；He W和Liu X等在对比文件2“PDA：privacy-preserving data aggregation in wirelesssensor networks”中提出了两种用于数据聚合隐私保护的方法——基于分簇的隐私数据保护（CPDA）和基于分片的聚合隐私保护（SMART）。
对比文件1中采用的同态加密方法可以实现端到端加密，每一个中间节点不需要解密数据就可以实现聚合，有效地保护了各个节点的隐私数据；不足之处在于同态加密方法一般基于公钥密码体制，计算复杂度高，资源消耗较多。对比文件2中的CPDA方法引入的额外计算量大，增加了计算消耗；SMART方法引入了额外的通信量。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提出一种隐私保护性好、资源消耗低的无线传感器网络数据聚合隐私保护方法。
本发明一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法，无线传感器网络中包含一个目的节点、多个源节点和若干中间节点，基于椭圆曲线算法实现数据聚合过程中的隐私保护，其实现过程包含以下步骤：
（1）首先由目的节点R确定椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k，并将椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k都广播出去；
（2）各源节点Si选取一个随机数ri，利用随机数ri，椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k对待传输的明文mi，用椭圆曲线算法加密计算后得到密文C1i和C2i，发送密文消息（C1i，C2i）；i的取值大于1而小于源节点的个数；
（3）中间节点A收到各源节点发送的密文消息（C1i，C2i）后，对其做聚合运算，并将聚合的密文数据发送给目的节点R；
（4）目的节点R收到聚合的密文数据后利用私钥k，根据椭圆曲线算法解密得到聚合的明文数据。
所述的数据聚合是加法聚合或乘法聚合。
所述的加法聚合需要将待传输的明文mi编码到椭圆曲线上一点M,采用椭圆曲线算法进行加密计算：
C1i＝riG
C2i＝riK+M
采用椭圆曲线算法进行解密计算：
Ci=kC1i=k(riG)=rK
C2i-Ci=riK+M-riK=M。
所述的乘法聚合按照如下公式采用椭圆曲线算法进行加密计算：
C1i＝riG
C3i＝riK
C2i＝miC3i
按照如下公式采用椭圆曲线算法进行解密计算：
kC1i＝k(riG)=riK=C3i
C2iC3 i-1=m。
本发明中采用椭圆曲线加密技术，与现有技术相比具有公钥位数小、计算速度快等优点，且可实现加法聚合和乘法聚合两种聚合运算。
附图说明
图1：本发明中数据聚合隐私保护过程图。
具体实施方式
本发明中实现加法聚合隐私保护时，步骤如下：
（1）首先由目的节点R确定椭圆曲线E、基点G和以及私钥k，计算出公钥K，将椭圆曲线参数、G和K都广播出去；
（2）各源节点Si将待传输的明文编码mi到椭圆曲线E上一点Mi，选取一个随机数ri，根据以下公式计算得到C1i和C2i，发送消息（C1i，C2i）；i的取值大于1而小于源节点的个数；
C1i＝riG
C2i＝riK+M
（3）中间节点A收到各源节点发送的消息（C1i，C2i）后，做加法运算后得到（ΣC1i，ΣC2i），将其发送给目的节点R；
（4）目的节点R收到（ΣC1i，ΣC2i）后利用私钥k，根据以下公式计算得到明文的加法聚合结果。
kΣC1i=kGΣri=KΣri
ΣC2i-C=KΣri+ΣMi-KΣri=ΣMi
本发明中实现乘法聚合隐私保护时，步骤如下：
（a）首先由目的节点R确定椭圆曲线E、基点G和以及私钥k，计算出公钥K，将椭圆曲线参数、G和K都广播出去；
（b）各源节点Si，确定待发送明文信息mi，并选取一个随机数ri，根据以下公式分别计算得到C1i，C2i，C3i，发送消息（C1i，C2i）；
C1i＝riG
C3i＝riK
C2i＝mC3i
（c）中间节点A收到各源节点发送的消息（C1i，C2i）后，做乘法法运算后得到（C11*C12*........*C1n.，C21*C22*........*C2n），将其发送给目的节点R；
（d）目的节点R收到（C11*C12*........*C1n.，C21*C22*........*C2n）后利用私钥k，根据以下公式计算得到明文的乘法聚合结果。
kn*C11*C12*........*C1n＝
kn*Gn*r1*r2*.......*rn＝Kn*r1*r2*.......*rn＝C31*C32*........*C3n
C21*C22*........*C2n*C31 -1*C32 -1*........*C3n -1＝m1*m2*......*mn。

Claims (4)

1.一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法，无线传感器网络中包含一个目的节点、多个源节点和若干中间节点，其特征在于基于椭圆曲线算法实现数据聚合过程中的隐私保护，其实现过程包含以下步骤：
（1）首先由目的节点R确定椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k，并将椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k都广播出去；
（2）各源节点Si选取一个随机数ri，利用随机数ri，椭圆曲线参数E、椭圆曲线基点G以及目的节点的私钥k对待传输的明文mi，用椭圆曲线算法加密计算后得到密文C1i和C2i，发送密文消息（C1i，C2i）；i的取值大于1而小于源节点的个数；
（3）中间节点A收到各源节点发送的密文消息（C1i，C2i）后，对其做聚合运算，并将聚合的密文数据发送给目的节点R；
（4）目的节点R收到聚合的密文数据后利用私钥k，根据椭圆曲线算法解密得到聚合的明文数据。
2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法，其特征在于所述的数据聚合是加法聚合或乘法聚合。
3.根据权利要求2所述的一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法，其特征在于所述的加法聚合需要将待传输的明文mi编码到椭圆曲线上一点M,包含相应椭圆曲线点的参数，采用椭圆曲线算法进行加密计算：
C1i＝riG
C2i＝riK+M
采用椭圆曲线算法进行解密计算：
Ci=kC1i＝k(riG)=rK
C2i-Ci=riK+M-riK=M。
4.根据权利要求2所述的一种无线传感器网络数据聚合隐私保护方法，其特征在于所述的乘法聚合按照如下公式采用椭圆曲线算法进行加密计算：
C1i＝riG
C3i＝riK
C2i＝miC3i
kC1i＝k(riG)=riK=C3i
C2iC3i -1=m。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103581175A (zh) * 2013-10-17 2014-02-12 江苏科技大学 一种安全的数据聚合方法
CN103596295A (zh) * 2013-12-09 2014-02-19 武汉大学 面向两层WSNs的最值查询方法
CN105681362A (zh) * 2016-04-01 2016-06-15 公安部第三研究所 保护地理位置隐私的客户端及服务器通信方法
CN106658490A (zh) * 2016-11-08 2017-05-10 南京邮电大学 一种无线传感器网络同态加密隐私保护方法
CN106972924A (zh) * 2017-03-23 2017-07-21 联想(北京)有限公司 加密、解密、电子签章、验证签章的方法及装置
CN107194185A (zh) * 2017-05-31 2017-09-22 湖北工业大学 一种具有隐私保护的多功能数据处理系统及方法
CN103763702B (zh) * 2013-12-27 2018-05-08 安徽师范大学 一种隐私保护的两层传感器网络范围查询系统及方法
CN110224827A (zh) * 2019-07-09 2019-09-10 佳源科技有限公司 一种加密的边缘物联网关
CN110300183A (zh) * 2019-07-09 2019-10-01 佳源科技有限公司 一种智能边缘物联代理装置
CN111510281A (zh) * 2020-06-29 2020-08-07 腾讯科技（深圳）有限公司 一种同态加密方法及装置
CN112615825A (zh) * 2020-12-07 2021-04-06 郑州师范学院 一种数据加密传输方法、装置、系统及设备
CN115694778A (zh) * 2022-09-14 2023-02-03 广州芳禾数据有限公司 烟草数据跨域安全流通方法和系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1761186A (zh) * 2005-11-11 2006-04-19 南京邮电大学 一种网络密钥分配方法
US20070140202A1 (en) * 2002-05-24 2007-06-21 Airespace, Inc. (A Delaware Corporation) Method and System for Hierarchical Processing of Protocol Information in a Wireless LAN
CN101754205A (zh) * 2009-12-25 2010-06-23 西安交通大学 一种并行化多接收方签密方法
CN102186170A (zh) * 2010-11-24 2011-09-14 北京天融信科技有限公司 一种无线传感器网络的密钥管理方法及装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070140202A1 (en) * 2002-05-24 2007-06-21 Airespace, Inc. (A Delaware Corporation) Method and System for Hierarchical Processing of Protocol Information in a Wireless LAN
CN1761186A (zh) * 2005-11-11 2006-04-19 南京邮电大学 一种网络密钥分配方法
CN101754205A (zh) * 2009-12-25 2010-06-23 西安交通大学 一种并行化多接收方签密方法
CN102186170A (zh) * 2010-11-24 2011-09-14 北京天融信科技有限公司 一种无线传感器网络的密钥管理方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIRK WESTHOFF，JOAO GIRAO，MITHUN ACHARYA: "Concealed Data Aggregation for Reverse Multicast Traffic in Sensor Networks: Encryption, Key Distribution, and Routing Adaptation", 《IEEE TRANSACTIONS ON MOBILE COMPUTING》 *
钱萍，吴蒙: "同态加密隐私保护数据挖掘方法综述", 《计算机应用研究》 *

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103581175A (zh) * 2013-10-17 2014-02-12 江苏科技大学 一种安全的数据聚合方法
CN103581175B (zh) * 2013-10-17 2016-08-10 江苏科技大学 一种安全的数据聚合方法
CN103596295A (zh) * 2013-12-09 2014-02-19 武汉大学 面向两层WSNs的最值查询方法
CN103596295B (zh) * 2013-12-09 2016-06-08 武汉大学 面向两层WSNs的最值查询方法
CN103763702B (zh) * 2013-12-27 2018-05-08 安徽师范大学 一种隐私保护的两层传感器网络范围查询系统及方法
CN105681362B (zh) * 2016-04-01 2018-07-10 公安部第三研究所 保护地理位置隐私的客户端及服务器通信方法
CN105681362A (zh) * 2016-04-01 2016-06-15 公安部第三研究所 保护地理位置隐私的客户端及服务器通信方法
CN106658490A (zh) * 2016-11-08 2017-05-10 南京邮电大学 一种无线传感器网络同态加密隐私保护方法
CN106658490B (zh) * 2016-11-08 2019-11-12 南京邮电大学 一种无线传感器网络同态加密隐私保护方法
CN106972924A (zh) * 2017-03-23 2017-07-21 联想(北京)有限公司 加密、解密、电子签章、验证签章的方法及装置
CN106972924B (zh) * 2017-03-23 2020-06-23 联想(北京)有限公司 加密、解密、电子签章、验证签章的方法及装置
CN107194185A (zh) * 2017-05-31 2017-09-22 湖北工业大学 一种具有隐私保护的多功能数据处理系统及方法
CN107194185B (zh) * 2017-05-31 2020-01-24 湖北工业大学 一种具有隐私保护的多功能数据处理系统及方法
CN110224827A (zh) * 2019-07-09 2019-09-10 佳源科技有限公司 一种加密的边缘物联网关
CN110300183A (zh) * 2019-07-09 2019-10-01 佳源科技有限公司 一种智能边缘物联代理装置
CN110224827B (zh) * 2019-07-09 2020-12-11 佳源科技有限公司 一种加密的边缘物联网关
CN111510281A (zh) * 2020-06-29 2020-08-07 腾讯科技（深圳）有限公司 一种同态加密方法及装置
CN111510281B (zh) * 2020-06-29 2020-09-25 腾讯科技（深圳）有限公司 一种同态加密方法及装置
CN112615825A (zh) * 2020-12-07 2021-04-06 郑州师范学院 一种数据加密传输方法、装置、系统及设备
CN115694778A (zh) * 2022-09-14 2023-02-03 广州芳禾数据有限公司 烟草数据跨域安全流通方法和系统

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