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专利号: 2018101756423
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法,其特征在于,该方法涉及到的对象包括:边缘节点、工业云平台、权威中心;

所述方法具体包括以下步骤:

S1:希望参与协作计算的各边缘节点,分别向权威中心申请共享密钥;

S2:权威中心向提出密钥申请的各边缘节点分配不同的节点编号,记为IDmedge;其中m={i,...,j},m表示边缘节点的编号集合,i,j表示边缘节点的编号;

S3:同一协作计算组中边缘节点之间分别互换ID号,使得同一协作计算组的每个边缘节点存储该协作计算组中所有边缘节点的ID号;权威中心将每一协作计算组的所有边缘节点都按其ID号从小到大的顺序排列组成不同的集合,记为Ms;假设权威中心下存在S个协作计算组,则s={1,…,S};Ms={IDiedge,...,IDjedge},不同集合Ms所对应的节点编号集不同;

每一协作计算组的集合Ms执行同一个函数F(Ms)运算得到不同结果值,记为Rs;集合Ms与结s s果值R 一一对应;权威中心通过R 分辨不同协作计算组,为不同协作计算组分发不同的密钥;

S4:边缘节点IDmedge分别将数据IDmedge||Rs通过加密E(IDmedge||Rs)后上传到权威中心;

其中||表示字符串连接符,E(x)表示加密函数,Rs具体取为R;

S5:权威中心先通过预配置密钥解密D(IDmedge||Rs),其次通过不同结果值Rs提取出不同协作计算组,再次不同协作计算组分别将其提取的边缘节点按步骤S3的顺序组成不同集合Ms*={IDiedge*,...IDjedge*},然后执行相同的函数F(Ms*),最后运算得到不同结果值Rs′;其中D(x)为解密函数,对E(x)加密的数据进行解密;

S6:权威中心为计算结果值Rs=Rs′的协作计算组,分别随机构造不同的μ*n矩阵G,其中的元素属于有限域GF(q),q为一个大素数,μ表示矩阵G的行数,即矩阵G列矩阵的长度,n是每一协作计算组中边缘节点数量;

S7:边缘节点IDmedge分别随机生成一个μ大小的列矩阵A(m),并进行加密E(A(m)||R)后上传至权威中心;其中,列矩阵中的所有元素均属于有限域GF(q),边缘节点IDmedge与列矩阵A(m)一一对应;

S8:权威中心首先通过预配置密钥解密D(A(m)||Rs),其次通过Rs分别提取出不同协作计算组中边缘节点所对应的列矩阵,再次分别将每一协作计算组所对应的所有列矩阵随机重组后构成不同的n*μ大小的矩阵D,然后进行矩阵运算Tμ*μ=G*D,Tμ*μ为新生成的矩阵,用于生成共享密钥,最后权威中心引入R与矩阵Tμ*μ一起进行哈希运算生成共享密钥,并将生成的不同共享密钥分发给对应的协作计算组;

S9:每一协作计算组中边缘节点都结合工业特性生成不同干扰因子集X,干扰因子集X由不同的干扰因子δ组成,不同类型数据添加不同的干扰因子δ;

S10:每一协作计算组中边缘节点都引入共享密钥与干扰因子进行数据的全同态加密,并将密文上传到工业云平台;

S11:工业云平台对全同态加密密文进行同态分析、计算,并将处理结果发放到对应的协作计算组。

2.根据权利要求1所述的工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法,其特征在于,所述步骤S3中,所述的权威中心为每一协作计算组执行同一个函数F(Ms)运算得到不同结果值Rs:Rs=F(Ms)

其中,函数F是任意对边缘节点集合Ms进行一次或多次数学计算的数学函数;

由于不同边缘节点的ID号是唯一的,每一协作计算组的所有边缘节点所构成的集合Ms是唯一的,通过函数F(Ms)运算得到结果值Rs也就是唯一的;权威中心通过唯一Rs,能够分辨不同协作计算组,为不同协作计算组分发不同的密钥。

3.根据权利要求1所述的工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法,其特征在于,所述步骤S5中,权威中心通过判断Rs与Rs′的值相等与否,来防止非法节点的伪造攻击;

如果参与协作计算的边缘节点IDmedge都将自己的ID上传到权威中心,那么权威中心得到的集合Ms*与步骤S3中边缘节点的集合Ms是相同的,这两个相同集合执行相同函数F,得到的计算结果值Rs=Rs′。

4.根据权利要求1所述的工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法,其特征在于,所述步骤S8中,权威中心引入R与矩阵Tμ*μ一起进行哈希运算:Keyshare=Hash(Tμ*μ||R),生成共享密钥,并将生成的共享密钥分发给对应协作计算组;

权威中心引入R与矩阵Tμ*μ一起进行哈希运算,是为了防止不同协作计算组出现相同密钥。

5.根据权利要求1所述的工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法,其特征在于,所述步骤S9中,企业用户从工业协议、网络ID、数据源地址、数据属性、传感器类型、处理优先级里面选择一个或者多个作为干扰因子,从而实现工业数据更细粒度的共享;

针对不同的工业场景,企业用户根据自身情况选取不同的工业属性作为干扰因子以及确定工业属性的字节长度。

6.根据权利要求1所述的工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法,其特征在于,所述步骤S10中,在现有基于整数的全同态加密算法中,加密函数算法部分c=m′+2r+∑i∈Sxi,其中xi=pskq+2ri,改进为c=m′+δ+2r+∑i∈Sxi,其中xi=pskqpshare+2ri;解密函数算法部分m′=(cmod psk)mod2改进为m′=((c-δ)mod pshare)mod2,实现多边缘节点协作计算过程中数据细腻度的共享;其中pshare为共享密钥,δ为干扰因子,c为加密密文,m′为明文,q、r、ri为随机大素数,xi为公钥样本集合L中第i个公钥样本,psk为私有密钥。

7.根据权利要求1所述的工业云环境下多边缘节点协作模式下数据安全共享方法,其特征在于,所述的多边缘节点协作模式下数据安全共享方法还包括:多边缘节点在进行协同计算过程中,权威中心如果检测出某一边缘节点为非法边缘节点,则将对该非法边缘节点所在协作计算组进行共享密钥更新,并分发给该协作计算组中除非法边缘节点以外的其它边缘节点;防止非法边缘节点通过未更新的密钥继续访问同协作计算组的其它边缘节点间协作计算的数据,从而保证协作计算数据的后向安全;同时,在某协作计算组进行协作计算过程中,新边缘节点希望加入某协作计算组,也需要通过密钥更新;防止新加入的边缘节点通过未更新的密钥获取其未参与协作计算前其它边缘节点间的协作计算数据,从而保证数据的前向安全。