wsn组密钥管理C语言实现

WSN（Wireless Sensor Network）组密钥管理通常涉及到密钥协商、密钥更新和密钥分配等问题。在 C 语言中实现 WSN 组密钥管理需要使用加密算法和密钥管理协议，这里提供一种基于 TinyECC 算法和 LEACH 协议的实现方法。

1. 密钥协商

使用 ECDSA 算法进行密钥协商，示例代码如下：

#include "ecc.h"
#include "sha256.h"
#include "rand.h"

#define MAX_ITERATIONS 1000

// 生成随机数
void generate_random(uint8_t *random, int size) {
    int i;
    for (i = 0; i < size; i++) {
        random[i] = rand();
    }
}

// 计算 SHA256 哈希值
void sha256_hash(uint8_t *msg, int size, uint8_t *hash) {
    sha256_context ctx;
    sha256_starts(&ctx);
    sha256_update(&ctx, msg, size);
    sha256_finish(&ctx, hash);
}

// ECDSA 密钥协商
void ecdsa_key_exchange(ecc_key *priv_key, ecc_point *pub_key, uint8_t *secret_key) {
    ecc_point p;
    ecc_key k;
    uint8_t r[SHA256_DIGEST_SIZE], s[SHA256_DIGEST_SIZE];
    uint8_t digest[SHA256_DIGEST_SIZE];
    int i, j, iterations = 0;

    while (iterations < MAX_ITERATIONS) {
        // 生成随机数 k
        generate_random(k.private_key, ECC_BYTES);
        ecc_make_key(&p, &k);

        // 计算 SHA256 哈希值
        sha256_hash(p.x, ECC_BYTES, digest);

        // 计算 r = (k mod n)
        for (i = 0; i < ECC_BYTES; i++) {
            r[i] = 0;
        }
        for (i = 0; i < SHA256_DIGEST_SIZE; i++) {
            r[i % ECC_BYTES] ^= digest[i];
        }
        if (!ecc_valid_public_key(pub_key)) {
            continue;
        }

        // 计算 s = (k^-1) * (hash + priv_key * r) mod n
        for (i = 0; i < SHA256_DIGEST_SIZE; i++) {
            digest[i] = secret_key[i] ^ r[i % ECC_BYTES];
        }
        ecc_inverse(&k);
        ecc_ecdsa_sign(r, s, digest, ECC_BYTES, &k, priv_key);

        // 验证签名
        if (!ecc_ecdsa_verify(r, s, digest, ECC_BYTES, pub_key)) {
            continue;
        }

        // 计算共享密钥
        for (i = 0; i < ECC_BYTES; i++) {
            secret_key[i] ^= r[i];
            secret_key[i] ^= s[i];
        }

        iterations++;
    }
}

2. 密钥更新

使用 LEACH 协议进行密钥更新，示例代码如下：

#include "leach.h"

#define MAX_ROUNDS 1000
#define ROUND_LENGTH 100

// 计算能量阈值
float compute_threshold(float energy, int round, float p) {
    return (p / (1 - p * (round % ROUND_LENGTH))) * energy;
}

// LEACH 密钥更新
void leach_key_update(float energy, int round, float p, uint8_t *secret_key) {
    float threshold = compute_threshold(energy, round, p);
    int i, j, iterations = 0;

    while (iterations < MAX_ROUNDS) {
        // 计算节点的能量
        float node_energy = rand() * energy;

        // 如果能量大于阈值则更新密钥
        if (node_energy > threshold) {
            for (i = 0; i < ECC_BYTES; i++) {
                secret_key[i] = rand();
            }
        }

        iterations++;
    }
}

3. 密钥分配

使用 Diffie-Hellman 算法进行密钥分配，示例代码如下：

#include "dh.h"

// Diffie-Hellman 密钥分配
void dh_key_exchange(dh_key *priv_key, dh_key *pub_key, uint8_t *secret_key) {
    int i;

    // 生成私钥和公钥
    dh_generate_key_pair(priv_key, pub_key);

    // 计算共享密钥
    for (i = 0; i < DH_BYTES; i++) {
        secret_key[i] = priv_key->private_key[i] ^ pub_key->public_key[i];
    }
}

以上是一些基于 TinyECC 算法和 LEACH 协议的 WSN 组密钥管理 C 语言实现方法，具体实现时需要根据具体的应用场景进行调整和优化。