密钥管理技术

节点密钥补全的技术原理
由于平台要对节点进行密钥补全，但残缺私钥的补全部分不能就这么直接通过明文在信道上发送，这样就相当于把残缺部分的私钥直接告诉了攻击者（attacker），就起不到保护节点私钥的作用了。

所以，这种通过这种明文传递的方法是不能被采用的。

为了保护在信道中传输的节点私钥的残缺部分，我们可以采取诸如加密之类的措施。

但考虑到椭圆曲线加密等公钥加密方式的运算效率，这样会造成平台时间消耗的增加。

所以为了减少平台的时间消耗，这里采用一种映射的方法。

基本原理如下：
由于在节点和平台初始化时，在内部都会内置一条椭圆曲线，所以为了方便起见，我们就采用这个椭圆曲线的一部分。

具体方法和原理如下图所示：
图4-1 补全映射原理图
图4-1就是椭圆曲线的示意图。

我们只使用椭圆曲线的椭圆部分。

将椭圆按照斜率，等分成16等分，分别代表16进制的0~F这16个数。

平台和节点都首先在初始化时内置了好几组用于补全的密钥池y，开始补全时，平台将选取一组y，并随机生成一组对应的x，与y 组成在平面上一点（x，y），原点与（x，y）的射线与椭圆交于一点，该交点必会落在椭圆的16等分的某一段弧上，那段弧所代表的16进制数就是要补全的密钥当中的一位。

然而，这样的映射只有一个自由度，由于要补全的密钥是确定的，所以光靠这样的映射，还无法完成密钥的完整映射。

为了完整地映射密钥，我们不妨再引入一个变量α，代表椭圆绕原点顺时针旋转的角度；这样，射线与椭圆的交点就会落在椭圆上代表其他数字的等分弧上。

平台可以通过点（x，y）和需要补全的密钥当前位，计算出椭圆需要旋转的角度α。

完成上述计算后，平台就会讲x和α压入消息中对应的数组中，发送给节点。

由于攻击者并不了解椭圆曲线的信息，也不知道密钥池y的组合，所以，光要靠x和旋转角α来推算出要补全的私钥，显然是困难的。

这样就实现了对补全密钥的保护。

在本仿真程序中，节点的完整密钥为48位16进制数，残缺密钥为30位16进制数，所以我们在密钥补全时，只需要补全18位16进制数即可。

由于节点拥有和平台一样的数组密钥池y，所以当节点收到消息后，只需要读取其中包
含的x和α信息，按照平台一样的运算步骤，逆推出需要补全的密钥即可；最后将补全的密钥和原先残缺的密钥组合在一起，这样就完成了密钥补全。

节点密钥更新的技术原理
在物联网中，当节点的私钥被启用一段时间后，随着使用时间的上升，该私钥被攻击者（attacker）破解的风险也会随之上升；用该密钥通信的次数越多，被破解的风险也就越大。

为了降低节点私钥被破解的风险，在适当的时候，平台有必要进行密钥更新的操作。

笔者在上文中已经提到，在本网络通信系统中，节点的私钥是通过残缺的私钥保存的——即节点的完整私钥是48位16进制数，而残缺的私钥为30位16进制数，也就是说有18位16进制数是残缺的。

由于残缺私钥不需要更新全部私钥，只需要更新剩余不残缺的部分即可（例如完整私钥为四十八位十六进制数，残缺私钥为三十位十六进制数，残缺位为十八位十六进制数，所以在更新私钥时，只需要更新那三十位十六进制数即可），所以比起将整个完整的私钥更新，这种方法更具有其速度优势；而即使被攻击者（attacker）攻破节点，攻击者（attacker）也不能得到完整的节点私钥信息，比完整私钥体系更具有安全性。

节点的密钥更新，归根结底就是平台发送一个新的私钥给节点，告诉节点从今以后开始启用这个私钥。

然而，平台与节点之间用于通信的信道并不是安全的，可能会被攻击者（attacker）随时监听，所以节点这个私钥并不能通过明文发送，故需要加以一定的加密手段。

考虑到对称密钥的局限性和公钥体制的运算效率问题，在这个问题上我们仍然采取上文4.1节笔者提到的映射手段。

这样既保证了节点的密钥安全，又大大降低了平台和节点的时间消耗。