CN109255700A - 微支付安全数据采集激励系统及方法、dsr路由控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种微支付安全数据采集激励系统及方法、DSR路由控制系统；节点在存款服务中心处进行注册并获得证书；路由发现过程中，节点验证控制信息，添加安全数据在控制信息中并转发控制信息；存款服务中心根据报告者报告的接收到的控制信息进行实时的充值扣费操作。本发明可以避免重复支付，抵抗合谋攻击，适用于移动自组织网。以激励各节点采集安全数据，避免滥转发给源节点造成的巨额支付，在实现对各节点的公平。本发明基于微支付允许源节点支付给报告接收到控制信息的节点，变相地支付给参加控制信息转发的节点，控制了控制信息滥转发给源节点造成的损失，并极大地实现了对各节点的公平性。

Description

微支付安全数据采集激励系统及方法、DSR路由控制系统

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种微支付安全数据采集激励系统及方法、DSR路由控制系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：移动自组织网是允许用户在网内随意移动而保持通信的网络。移动自组织网中主要存在两种场景。若两个节点在相互的传输范围内，它们可以使用配备的收发器进行直接的信息交换。若两个节点不能进行直接通信，其他节点会合作地帮助转发包，节点被称为路由节点。移动自组织网具有一些特点。1.没有固定的基础设施；2.节点分享共同通信媒介(也就是有限的带宽)；3.网络拓扑具有动态性；4.节点蓄电能力有限；5.节点的物理安全等级较低；6.没有管理中心。正由于这些特征，移动自组织网遭受不同的攻击。移动自组织网中的DSR协议本身遭遇各种主动攻击，例如黑洞攻击、灰洞攻击、虫洞攻击，这些攻击主要集中在路由发现过程。可以通过攻击检测来发现攻击并且进行相应的响应。但攻击检测需要使用安全数据，并且由于节点的自私、电池量低、过载等原因，其不愿采集安全数据。因此，一个开放的问题就是如何激励DSR路由发现中各节点转发控制信息并采集提供各种类型的安全数据。微支付可以用来构建这种激励机制。虽然目前存在DSR路由发现中基于微支付的数据转发的激励机制，但这些激励机制存在一些问题：1.

这些激励机制通常是为了激励节点转发控制信息，不支持激励各节点采集各种类型的安全数据；2.部分激励机制让源节点支付费用给所有帮助它转发过控制信息的节点，但它们不能限制节点滥转发，给源节点造成大量支付；3.部分激励机制只允许在最终发现的路由路径里的节点得到支付，对其他参与过路由发现的节点是不公平的。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有的激励机制可以激励节点转发控制信息，不支持激励各节点采集各种类型的安全数据，以至于不能对各种攻击进行检测。

(2)现有的激励机制存在部分激励机制让源节点支付费用给所有帮助它转发过控制信息的节点，但不能限制节点滥转发，给源节点造成大量支付，远远增加了路由寻找的代价，减少了网络的生存时间。

(3)现有的激励机制存在部分激励机制只允许在最终发现的路由路径里的节点得到支付，其他参与过路由发现的节点不能获得支付，这可能降低节点转发控制信息的积极性。

解决上述技术问题的难度和意义：

(1)针对DSR路由发现不支持激励各节点采集各种类型安全数据的问题，通过在控制信息中添加安全数据项，基于微支付，实现对节点采集各种类型安全数据的激励，有利于攻击检测，有利于保证安全的网络环境。

(2)针对源节点不能限制控制信息滥转发，造成巨额支付的问题，允许源节点根据自己的预算设置控制信息转发形成树的深度及每个深度上节点的度，从而克服了滥转发控制信息造成巨额支付的问题，控制了路由寻找的代价，增加了网络生存时间。

(3)针对只允许最终发现的路由路径中节点得到支付的问题，基于微支付，任意节点都可以利用接收到的控制信息进行充值操作，尽可能保证参与过转发控制信息的节点获得支付，增加了节点转发控制信息的积极性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种微支付安全数据采集激励系统及方法、DSR路由控制系统。

本发明是这样实现的，一种微支付安全数据采集激励方法，所述微支付安全数据采集激励方法的节点在存款服务中心处进行注册并获得证书；路由发现过程中，节点验证控制信息，添加安全数据在控制信息中并转发控制信息；存款服务中心根据报告者报告的接收到的控制信息进行实时的充值扣费操作。

进一步，所述微支付安全数据采集激励方法包括以下步骤：

步骤一，节点在存款服务中心处进行注册并获得证书；

步骤二，路由发现过程中，节点验证控制信息，添加安全数据在控制信息中并转发控制信息；

步骤三，存款服务中心根据报告者报告的接收到的控制信息进行实时的充值扣费操作。

进一步，所述步骤一具体包括：

(1)节点N_i首先产生密钥对其中g是间隙Diffie-Hellman群G₁的生成元，N_i利用(N_i，y_i)在存款服务中心N_DA注册；

(2)拥有密钥对的N_DA给N_i分发一个证书其中date为失效时间，σ_DA为N_DA产生的数字签名，N_DA存储{N_i，y_i，date}在其数据库以备后续的验证。

进一步，所述步骤二具体包括：

(1)通过邻居发现，每个节点N_i记录邻居节点列表NL_i，并且定期地公布

(2)源节点试图发现目的节点，根据预算确定合适的TTL和 k＝{k_h：h＝0，1，...，TTL-1}；

(3)源节点N₀随机挑选k₀′个邻居并生成 其中k₀′≤k₀然后N₀广播RREQ₀及σ₀注意：若|NL₀|≤k₀，N₀转发RREQ₀给其所有邻居节点，即k₀′＝|NL₀|；

(4)在首次收到来自N_i的 节点N_j首先验证它是不是在列表里，验证h＜TTL，最终验证e(σ_DA，g)＝e(H(N_DA，N_i，y_i，date)，y_DA)，及e(σ_i，g)＝e(H(RREQ_i)，y_i)；

(5)任意邻居节点能够扮演观察者的身份，当一个观察者发现|NL_j|≥k_j及N_j故意转发RREQ_j给少于k_j的k_j′个邻居节点，向存款服务中心报告来获得奖励，然后存款服务中心扣除N_j适当的金额；

(6)当目的节点或者拥有到目的节点路由路径的中间节点收到RREQ及其签名时，首先验证它是不是在RREQ中被挑选的节点列表里面，验证RREQ是否超出了传播范围，并且通过签名验证收到的RREQ；若验证都成立，目的节点N_d生成 或者拥有到目的节点路由路径的中间节点N_w生成RREP里的 route list是N₀到N_d的路由路径，srd包含RREQ的srd；目的节点或者中间节点将 RREP及签名按照route list中路由路径的逆方向传播；

(7)当在路由路径中的节点收到RREP及签名，其添加采集的安全数据到 srd，生成并按照route list逆向转发新的RREP及签名。

进一步，所述步骤三具体包括：

(1)节点N_v利用收到的和向存款服务中心发起充值请求，当N_v能够快速地连接到存款服务中心时，向存款服务中心发送或者

(2)对于收到的存款服务中心利用路由信息和报告者的身份建立树；N₀，N₁，...，N_s为树中的非叶子节点，存款服务中心进一步验证并且，存款服务中心可以加速验证，存款服务中心首先选择s+1个随机数r₀，r₁，...，r_s∈Z_q ^*，然后验证：

验证都通过，存款服务中心给除源节点的每个非叶子节点的账户充值α分，给每个叶子节点的账户充值β分，并扣除源节点账户相应的金额；对于树之外存在的每个报告者，源节点需要向存款服务中心支付α-β分；

(3)对于收到的存款服务中心建立对应的连续虚拟回复路径；除了连续虚拟路径中的节点，若里的route list还剩ln个节点，源节点将支付ln×(α-β)分给存款服务中心；

(4)存款服务中心根据来自报告者的控制信息更新树及连续虚拟回复路径，然后实行动态的充值扣费；

(5)由于存款服务中心获得来自源节点的支付，其需要按照特定随机分布将获得的存款分发给所有注册过的节点。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述微支付安全数据采集激励方法的微支付安全数据采集激励系统，所述微支付安全数据采集激励系统包括：

节点注册模块，用于实现节点在存款服务中心利用身份及公钥进行注册；存款服务中心分发证书；

路由发现及数据采集模块，用于实现路由发现过程中节点验证及转发含安全数据的控制信息；

充值扣费模块，用于实现节点通过向存款服务中心报告收到的控制信息及签名请求充值；存款服务中心验证控制信息后，建立树或虚拟回复路径，最终对相应节点的账户进行充值扣费操作。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述微支付安全数据采集激励方法的 DSR路由控制系统。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述微支付安全数据采集激励方法的移动通信系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明允许各节点在转发控制信息时附加自己采集的安全数据，允许源节点在路由发现之前根据自己的花费限定包含安全数据的控制信息转发形成的树或路径的深度和每个深度上节点的度，并基于微支付允许源节点支付给报告接收到控制信息的节点，变相地支付给参加控制信息转发的节点，控制了控制信息滥转发给源节点造成的损失，并极大地实现了对各节点的公平性。表1所示，本发明与国内外有关DSR路由发现中的安全数据采集激励机制的对比。

表1 本发明与现有技术对比

文献	激励性	抗滥转发性	公平性
				【1】	否	否	否
【2】	是	否	是
				【3】	是	否	是
【4】	是	是	否

【1】S.Qazi，R.Raad，Y.Mu，et al.“Securing DSR against wormhole attacks inmultirate ad hoc networks，”Journal of Network and Computer Applications，vol.36，no.2，pp.582-592，2013.

【2】N.Marchang and R.Datta，“Light-weight trust-based routing protocolfor mobile ad hoc networks，”IET Information Security，vol.6，no.2，pp. 77-83，2012.

【3】S.Zhong，J.Chen，and Y.R.Yang，“Sprite：A simple，cheat-proof， credit-based system for mobile ad-hoc networks，”in 2003 IEEE InternationalConference on Computer Communications(INFOCOM)，vol.3，pp. 1987-1997，IEEE，2003.

【4】C.Li，B.Yu，and K.Sycara，“An incentive mechanism for messagerelaying in unstructured peer-to-peer systems，”Electronic Commerce Researchand Applications，vol.8，no.6，pp.582-592，2009.

附图说明

图1是本发明实施例提供的微支付安全数据采集激励系统结构示意图；

图中：1、节点注册模块；2、路由发现及数据采集模块；3、充值扣费模块。

图2是本发明实施例提供的微支付安全数据采集激励方法流程图。

图3是本发明路由发现和数据采集过程的示例

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有的激励机制存在不支持激励各节点采集各种类型的安全数据；不能限制节点滥转发，给源节点造成大量支付；对其他参与过路由发现的节点不公平的问题。本发明提出DSR路由发现中基于微支付的安全数据采集激励机制，以激励各节点采集安全数据，避免滥转发给源节点造成的巨额支付，在支付方面实现对各节点的公平。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的微支付安全数据采集激励系统包括：

节点注册模块1，用于实现节点在存款服务中心利用身份及公钥进行注册；存款服务中心分发证书。

路由发现及数据采集模块2，用于实现路由发现过程中节点验证及转发含安全数据的控制信息。

充值扣费模块3，用于实现节点通过向存款服务中心报告收到的控制信息及签名请求充值；存款服务中心验证控制信息后，建立树或虚拟回复路径，最终对相应节点的账户进行充值扣费操作。

如图2所示，本发明实施例提供的微支付安全数据采集激励方法包括以下步骤：

S201：节点在存款服务中心处进行注册并获得证书；

S202：路由发现过程中，节点验证控制信息，添加安全数据在控制信息中并转发控制信息；

S203：存款服务中心根据报告者报告的接收到的控制信息进行实时的充值扣费操作。

本发明实施例提供的微支付安全数据采集激励方法具体包括以下步骤：

步骤一，节点注册；

(1)节点N_i首先产生密钥对其中g是间隙Diffie-Hellman群G₁的生成元。N_i利用(N_i，y_i)在存款服务中心N_DA注册。

(2)拥有密钥对的N_DA给N_i分发一个证书其中date为失效时间，σ_DA为N_DA产生的数字签名。并且，N_DA存储{N_i，y_i，date}在其数据库以备后续的验证。

步骤二，路由发现及数据采集；

(1)通过邻居发现，每个节点N_i记录邻居节点列表NL_i，并且定期地公布

(2)源节点试图发现目的节点，它首先根据自己的预算确定合适的TTL和 k＝{k_h：h＝0，1，...，TTL-1}；

(3)源节点N₀随机挑选k₀′个邻居并生成 其中k₀′≤k₀.然后N₀广播RREQ₀及σ₀.注意：若|NL₀|≤k₀，N₀转发RREQ₀给其所有邻居节点，即k₀′＝|NL₀|；

(4)在首次收到来自N_i的 节点N_j首先验证它是不是在列表里，验证h＜TTL，最终验证e(σ_DA，g)＝e(H(N_DA，N_i，y_i，date)，y_DA)，及e(σ_i，g)＝e(H(RREQ_i)，y_i).为了加速验证，N_j可挑选三个随机数μ₁，μ₂，μ₃∈Z_q ^*，然后进行如下验证：

若所有验证都成立，N_j类似地将RREQ及签名转发给随机挑选的k_j′个邻居节点具体地，N_j将其地址及产生的安全参数分别加入到route list和 src，将h增加1.最终N_j产生并广播

(5)任意邻居节点能够扮演观察者的身份。当一个观察者发现|NL_j|≥k_j及N_j故意转发RREQ_j给少于k_j的k_j′个邻居节点，它可以向存款服务中心报告来获得奖励，然后存款服务中心扣除N_j适当的金额。

(6)当目的节点或者拥有到目的节点路由路径的中间节点收到RREQ及其签名时，首先验证它是不是在RREQ中被挑选的节点列表里面，验证RREQ是否超出了传播范围(即TTL)，并且通过签名验证收到的RREQ.若验证都成立，目的节点N_d生成或者拥有到目的节点路由路径的中间节点N_w生成需要注意的是，RREP里的routelist是N₀到N_d的路由路径，srd包含RREQ的srd.最终，该目的节点或者中间节点将RREP及签名按照route list中路由路径的逆方向传播。

(7)当在路由路径中的节点收到RREP及签名，其添加采集的安全数据到 srd，生成并按照route list逆向转发新的RREP及签名。

步骤三，充值扣费阶段；

(1)节点N_v利用收到的和向存款服务中心发起充值请求。具体地说，当N_v能够快速地连接到存款服务中心时，例如WIFI或者4G，其向存款服务中心发送或者

(2)对于收到的存款服务中心首先利用路由信息和报告者的身份建立树。假设N₀，N₁，...，N_s为树中的非叶子节点，存款服务中心进一步验证并且，存款服务中心可以加速验证。具体地说，存款服务中心首先选择s+1个随机数r₀，r₁，...，r_s∈Z_q ^*，然后验证：

对于叶子节点或树之外的节点提供的控制信息及签名，可以应用相同方法进行验证。若验证都通过，存款服务中心给除源节点的每个非叶子节点的账户充值α分，给每个叶子节点的账户充值β分，并扣除源节点账户相应的金额。对于树之外存在的每个报告者，源节点需要向存款服务中心支付α-β分。需要注意的是，一个目的节点或者拥有到目的节点路由路径的中间节点报告一个不同的请求信息及签名，就会获得β分。

(3)对于收到的存款服务中心建立对应的连续虚拟回复路径。除了连续虚拟路径中的节点，若里的route list还剩ln个节点，源节点将支付ln×(α-β)分给存款服务中心。

(4)存款服务中心可以根据来自报告者的控制信息更新树及连续虚拟回复路径，然后实行动态的充值扣费。

(5)由于存款服务中心获得来自源节点的支付，其需要按照特定随机分布将这些获得的存款分发给所有注册过的节点。

本发明实施例提供的微支付安全数据采集激励方法在源节点广播请求信息之前，应该根据假设的请求信息转发形成树的最大深度及每个深度上节点的度预测其花费。反过来，源节点可以通过自己的预算预测请求信息转发形成树的最大深度及每个深度上节点的度。直观上地，深度及每个深度上节点的度越大，找到目的节点的几率就越大，当然源节点的预算就越大。

假设移动自组织网中的节点是异构的，即当源节点决定发起路由发现，每个节点成为目的节点的概率相同。每个节点不会转发控制信息给偏向的某个邻居节点，而是转发给随机挑选的邻居节点。为了让源节点根据自己的花费估计请求信息转发形成树的深度以及每个深度上每个节点的度，假设每个节点都具有相同数目的邻居节点。

源节点可以根据以下命题估计其支付：

(1)在h跳上节点的邻居节点中，未收到请求信息的节点数为：

(2)在h+1跳上的节点数目为：

(3)从0跳到h+1跳的节点为：

n_h+1＝n_h+m_hd_h；

给定TTL，k_h，h＝0，1，...，TTL-1，及初始值n₀＝m₀＝1，源节点能够通过迭代计算m_TTL和n_TTL.因此，源节点的支付可以看成TTL和k_h的函数。当在TTL跳上的所有节点都有到目的节点的路由路径(TTL跳上可能存在目的节点)，源节点的支付将是最大的。因此，其最大支付为：

Cost＝(n_TTL-1-1)α+m_TTLβ+m_TTL(α-β)+m_TTL(TTL-1)α＝(n_TTL+TTLm_TTL-1)α.；

反过来，给定最大的预算，源节点可以限定合适的TTL和k_h.：

表1相关符号

图3介绍了路由发现和数据采集过程的示例，源节点N₀设置RREQ传播的最大深度为TTL＝4，每个深度上节点的度为k₀＝k₁＝2，k₂＝k₃＝1.其中虚线箭头表示接收方不在发送方挑选的节点列表里，或者接收方因重复收到而拒绝接受来自同一个源节点的控制信息。N₀广播RREQ₀(N₁，N₂)，σ₀，其中N₁，N₂表示N₀挑选的接收者。N₁，N₂对收到的RREQ₀(N₁，N₂)，σ₀进行验证。如果验证通过，N₁生成并广播 RREQ₁(N₃，N₄)，σ₁，N₂生成并广播RREQ₂(N₄，N₅)，σ₂.当深度到达TTL＝4，目的节点 N_d以及拥有到N_d路由路径的N₈收到RREQ.若N_d，N₈对收到的RREQ验证通过，它们分别生成RREP_d，δ_d和RREP₈，δ₈，并按照RREQ中的路由路径逆向传输。最终，N₀收到RREP₁，δ₁和RREP₂，δ₂，从而确定两条有效路由路径 N₀→N₁→N₃→N₆→N₈→…→N_d，N₀→N₂→N₄→N₇→N_d.

在充值扣费阶段，每个节点将收到的控制信息及签名发送给存款服务中心。存款服务中心建立虚拟图(图3)，给N₁，N₂，N₃，N₄，N₅，N₆，N₇分别充值2α分，对N_d，N₈分别充值α分，并扣除N₀账户16α分。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微支付安全数据采集激励方法，其特征在于，所述微支付安全数据采集激励方法的节点在存款服务中心处进行注册并获得证书；路由发现过程中，节点验证控制信息，添加安全数据在控制信息中并转发控制信息；存款服务中心根据报告者报告的接收到的控制信息进行实时的充值扣费操作。

2.如权利要求1所述的微支付安全数据采集激励方法，其特征在于，所述微支付安全数据采集激励方法包括以下步骤：

步骤一，节点在存款服务中心处进行注册并获得证书；

步骤二，路由发现过程中，节点验证控制信息，添加安全数据在控制信息中并转发控制信息；

步骤三，存款服务中心根据报告者报告的接收到的控制信息进行实时的充值扣费操作。

3.如权利要求2所述的微支付安全数据采集激励方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

(1)节点N_i首先产生密钥对其中g是间隙Diffie-Hellman群G₁的生成元，N_i利用(N_i，y_i)在存款服务中心N_DA注册；

(2)拥有密钥对的N_DA给N_i分发一个证书其中date为失效时间，σ_DA为N_DA产生的数字签名，N_DA存储{N_i，y_i，date}在其数据库以备后续的验证。

4.如权利要求2所述的微支付安全数据采集激励方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：

(1)通过邻居发现，每个节点N_i记录邻居节点列表NL_i，并且定期地公布

(2)源节点试图发现目的节点，根据预算确定合适的TTL和k＝{k_h：h＝0，1，...，TTL-1}；

(3)源节点N₀随机挑选k₀′个邻居并生成 其中k₀′≤k₀然后N₀广播RREQ₀及σ₀注意：若|NL₀|≤k₀，N₀转发RREQ₀给其所有邻居节点，即k₀′＝|NL₀|；

(4)在首次收到来自N_i的 节点N_j首先验证它是不是在列表里，验证h＜TTL，最终验证e(σ_DA，g)＝e(H(N_DA，N_i，y_i，date)，y_DA)，及e(σ_i，g)＝e(H(RREQ_i)，y_i)；

(5)任意邻居节点能够扮演观察者的身份，当一个观察者发现|NL_j|≥k_j及N_j故意转发RREQ_j给少于k_j的k_j′个邻居节点，向存款服务中心报告来获得奖励，然后存款服务中心扣除N_j适当的金额；

(6)当目的节点或者拥有到目的节点路由路径的中间节点收到RREQ及其签名时，首先验证它是不是在RREQ中被挑选的节点列表里面，验证RREQ是否超出了传播范围，并且通过签名验证收到的RREQ；若验证都成立，目的节点N_d生成或者拥有到目的节点路由路径的中间节点N_w生成RREP里的route list是N₀到N_d的路由路径，srd包含RREQ的srd；目的节点或者中间节点将RREP及签名按照route list中路由路径的逆方向传播；

(7)当在路由路径中的节点收到RREP及签名，其添加采集的安全数据到srd，生成并按照route list逆向转发新的RREP及签名。

5.如权利要求2所述的微支付安全数据采集激励方法，其特征在于，所述步骤三具体包括：

(1)节点N_v利用收到的和向存款服务中心发起充值请求，当N_v能够快速地连接到存款服务中心时，向存款服务中心发送或者

(2)对于收到的存款服务中心利用路由信息和报告者的身份建立树；N₀，N₁，...，N_s为树中的非叶子节点，存款服务中心进一步验证并且，存款服务中心可以加速验证，存款服务中心首先选择s+1个随机数r₀，r₁，...，r_s∈Z_q ^*，然后验证：

验证都通过，存款服务中心给除源节点的每个非叶子节点的账户充值α分，给每个叶子节点的账户充值β分，并扣除源节点账户相应的金额；对于树之外存在的每个报告者，源节点需要向存款服务中心支付α-β分；

(3)对于收到的存款服务中心建立对应的连续虚拟回复路径；除了连续虚拟路径中的节点，若里的route list还剩ln个节点，源节点将支付ln×(α-β)分给存款服务中心；

(4)存款服务中心根据来自报告者的控制信息更新树及连续虚拟回复路径，然后实行动态的充值扣费；

(5)由于存款服务中心获得来自源节点的支付，其需要按照特定随机分布将获得的存款分发给所有注册过的节点。

6.一种实施权利要求1所述微支付安全数据采集激励方法的微支付安全数据采集激励系统，其特征在于，所述微支付安全数据采集激励系统包括：

节点注册模块，用于实现节点在存款服务中心利用身份及公钥进行注册；存款服务中心分发证书；

路由发现及数据采集模块，用于实现路由发现过程中节点验证及转发含安全数据的控制信息；

充值扣费模块，用于实现节点通过向存款服务中心报告收到的控制信息及签名请求充值；存款服务中心验证控制信息后，建立树或虚拟回复路径，最终对相应节点的账户进行充值扣费操作。

7.一种实施权利要求1～5任意一项所述微支付安全数据采集激励方法的DSR路由控制系统。

8.一种实施权利要求1～5任意一项所述微支付安全数据采集激励方法的移动通信系统。