无线体域网中的身份认证与密钥协商协议研究

• 作 者: 孟祥伟
• 出 处: 湖南科技大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 无线体域网 认证协议 密钥协商 区块链

无线体域网是由附着于体表或植入于体内的无线传感器节点组成的小型传感器网络,用于采集人体生理数据或用于协助调节人体的某些特定生理指标。无线体域网中的传感器节点受资源限制,具有较小的存储空间,较弱的计算能力和通信能力,属于轻量级节点。因此,围绕无线体域网展开的科学研究要充分考虑轻量级的特点。此外,无线体域网中每一个服务器节点都有自己的管辖区域。随着人体的运动,传感器节点要与不同区域服务器节点建立通信。网络的动态性也是无线体域网的另一个特点。传感器节点采集到重要且敏感的人体生理数据,网络环境的开放性使得网络中不同节点间的数据传输易受到安全威胁。传感器节点和服务器节点在相互传输数据前需要进行身份认证与密钥协商,达成的会话密钥用于加密传输的敏感数据。传感器节点具有轻量级和动态性的特点,其他网络的身份认证与密钥协商协议难以适用于无线体域网。为此,本文提出了一种基于区块链技术的轻量级身份认证与密钥协商协议。针对无线体域网中监控人体生理数据方式的不同,将协议分为事件触发机制的身份认证与密钥协商协议和轮询机制的身份认证与密钥协商协议,使得系统资源的利用率进一步提升。两种协议均采用轻量级的哈希函数和异或运算,在保证安全传输数据的同时具备轻量级的特点。同时,使用区块链技术搭建服务器层,每个服务器节点存储两组私有链。第一条组私有链记录传感器节点和中间节点的注册数据,第二组私有链记录人体的生理数据。使用区块链技术搭建云服务器层,既可以维护云服务器层的稳定,又可以实现传感器节点的跨区域访问。为了检验协议的安全性,本文使用Ro R模型证明、非正式安全分析和AVISPA仿真实验对协议的安全性进行论述,结果表明,协议在具备轻量级特点的同时,保证数据传输的安全性;最后,与同类协议在效能上进行比较,本文的协议优化了传感器节点和服务器节点间的认证方式,减少了计算开销和通信开销,且具备抵御传感器节点捕获攻击的能力和传感器节点跨区域认证的特点。