一种基于簇的物联网数据访问系统的实现方法   0    0

本发明公开了一种簇的物联网数据访问系统的实现方法，其特征在于，所述物联网包括接入节点和普通节点，一种类型的数据由一个名称唯一标识；一个普通节点与一个接入节点链接；普通节点用于产生数据，接入节点用于执行转发功能；有权限产生或者获取一种以上类型数据的普通节点构成一个簇，构成簇的普通节点称为簇成员；一个簇由一个簇ID唯一标识；一个普通节点能够成为两个以上簇的簇成员。用户通过本发明所提供的一种基于簇的物联网数据访问系统的实现方法能够快速获取数据，本发明有效降低了数据获取的延迟和代价，从而有效提高网络服务性能。本发明可应用于智能医疗，智能监测、智能车联网等领域，具有广泛的应用前景。

1.一种簇的物联网数据访问系统的实现方法，其特征在于，所述物联网包括接入节点和普通节点，一种类型的数据由一个名称唯一标识；一个普通节点与一个接入节点链接；普通节点用于产生数据，接入节点用于执行转发功能；
有权限产生或者获取一种以上类型数据的普通节点构成一个簇，构成簇的普通节点称为簇成员；一个簇由一个簇ID唯一标识；一个普通节点能够成为两个以上簇的簇成员；
每个簇具有一个公钥和私钥，该公钥和私钥由第三方认证数据中心计算机保存并签发；
一个消息由消息类型定义，如下所示：
消息类型值 消息名称
1 获取消息
2 秘钥消息
3 刷新消息
4 上传消息
5 下载消息
6 确认消息
一个接入节点保存一个簇表，一个簇表项包含簇ID、公钥、私钥、秘钥集合、名称集合和时钟；
一个簇成员或者接入节点保存一个类型表，一个类型表项包含消息类型、加密消息类型和秘钥；
一个接入节点向第三方认证数据中心计算机进行注册时获取所有的消息类型，所有簇的簇ID、公钥和私钥，并获取非对称加密算法AEA0和对称加密算法SEA0；该接入节点还获取每个簇簇成员能够产生或者获取的所有数据的名称集合；针对每个簇CL0，该接入节点执行下述操作：
步骤101：开始；
步骤102：该接入节点产生一个随机数r0，随机数r0的值大于所有消息类型的总数，产生r0个不同的秘钥，创建一个簇表项，该簇表项的簇ID、公钥、私钥和名称集合分别等于簇CL0的簇ID、公钥、私钥和名称集合，秘钥集合由r0个不同的秘钥构成，启动时钟，时钟设置为预定值T1；
步骤103：对于每个消息类型值T0，该接入节点使用簇CL0的公钥和算法AEA0加密消息类型T0得到加密后的消息类型值ET0，创建一个类型表项，该类型表项的消息类型为T0，加密消息类型为ET0，秘钥为簇CL0的私钥；
步骤104：结束。

2.根据权利要求1所述的一种簇的物联网数据访问系统的实现方法，其特征在于，每个簇成员保存一个成员表，一个成员表项包含簇ID、秘钥集合、公钥和私钥；
一个簇成员向第三方认证数据中心计算机进行注册时获取所有的消息类型，该簇成员所属的每个簇的簇ID、公钥和私钥，非对称加密算法AEA0和对称加密算法SEA0；针对该簇成员所属的每个簇CL00，该簇成员执行下述操作：
步骤201：开始；
步骤202：该簇成员创建一个成员表项，该成员表项簇ID、公钥和私钥分别等于簇CL00的簇ID、公钥和私钥，秘钥集合为空集；
步骤203：对于每个消息类型值T00，该簇成员使用簇CL00的公钥和算法AEA0加密消息类型T00得到加密后的消息类型值ET00，创建一个类型表项，该类型表项的消息类型为T00，加密消息类型为ET00，秘钥为簇CL00的私钥；
步骤204：结束。

3.根据权利要求1所述的一种簇的物联网数据访问系统的实现方法，其特征在于，一个获取消息包含加密消息类型和加密簇ID；
一个秘钥消息包含加密消息类型、加密秘钥集合和加密簇ID；
普通节点ND1与接入节点AP1链接，针对每个成员表项ME1，普通节点ND1执行下述操作：
步骤301：开始；
步骤302：普通节点ND1使用成员表项ME1的公钥和算法AEA0加密消息类型值1和成员表项ME1中的簇ID获取加密消息类型ET1和加密簇ID ECID1；普通节点ND1发送一个获取消息，该获取消息的加密消息类型为ET1，加密簇ID为ECID1；
步骤303：接入节点AP1接收到获取消息后，选择一个类型表项，该类型表项的加密消息类型等于该获取消息的加密消息类型；基于该类型表项的消息类型值，接入节点AP1执行下述操作：接入节点AP1利用该类型表项的秘钥域值和算法AEA0解密该获取消息的加密簇ID；
选择一个簇表项，该簇表项的簇ID等于解密后的簇ID，利用该簇表项的公钥和算法AEA0加密消息类型值2以及该簇表项的簇ID和秘钥集合获得加密后的消息类型值ET2，加密簇ID ECID2以及加密秘钥集合EK2，发送一个秘钥消息，该秘钥消息的加密消息类型值为ET2，加密簇ID等于ECID2，加密秘钥集合等于EK2；
步骤304：普通节点接收到秘钥消息后，判断自己是否存在一个类型表项，该类型表项的加密消息类型值等于该秘钥消息的加密消息类型，如果存在，则执行步骤305，否则执行步骤310；
步骤305：接收到秘钥消息的普通节点选择一个类型表项，该类型表项的加密消息类型等于该秘钥消息的加密消息类型；基于该类型表项的消息类型值，该普通节点执行下述操作：该普通节点利用该类型表项的秘钥域值和算法AEA0解密该秘钥消息中的加密秘钥集合和加密簇ID；该普通节点选择一个成员表项，该成员表项的簇ID等于解密后的簇ID，将该成员表项的秘钥集合设置为解密后的秘钥集合；
步骤306：该普通节点设置一个参数p0，参数p0的值等于解密后的秘钥集合；
步骤307：该普通节点查看参数p0是否为空，如果是，则执行步骤310，否则执行步骤
308；
步骤308：该普通节点选择参数p0的第一个元素；针对每个消息类型M0，该普通节点利用该元素和算法SEA0加密消息类型M0得到加密后的消息类型EM0，创建一个类型表项，该类型表项的消息类型为M0，加密消息类型为EM0，秘钥域值等于该元素；
步骤309：该普通节点从参数p0中删除一个元素，执行步骤307；
步骤310：结束。

4.根据权利要求1所述的一种簇的物联网数据访问系统的实现方法，其特征在于，一个刷新消息包含加密消息类型，加密秘钥集合和加密簇ID；
如果接入节点AP1检测到簇表项CE1的时钟到期，则执行下述操作：
步骤401：开始；
步骤402：接入节点AP1创建一个随机数r1，随机数r1的值大于所有消息类型的总数，创建r1个不同的秘钥，从簇表项CE1的秘钥集合中随机选择一个秘钥，利用该秘钥和算法SEA0加密消息类型值3，簇表项CE1中的簇ID和秘钥集合KS3获得加密后的消息类型ET3，加密簇ID ECID3和加密秘钥集合EKS3，其中秘钥集合KS3由r1个不同的秘钥构成；接入节点AP1将簇表项CE1的秘钥集合更新为KS3，启动簇表项CE1的时钟；接入节点AP1发送一个刷新消息，该刷新消息的加密消息类型为ET3，加密秘钥集合为EKS3，加密簇ID为ECID3；
步骤403：普通节点接收到刷新消息后判断自己是否存在一个类型表项TE3，类型表项TE3的加密消息类型值等于该刷新消息的加密消息类型值，如果存在，则执行步骤404，否则执行步骤408；
步骤404：接收到刷新消息的普通节点根据类型表项TE3的消息类型值执行下述操作：
该普通节点利用类型表项TE3的秘钥和算法SEA0解密该刷新消息的加密秘钥集合和加密簇ID；该普通节点选择一个成员表项，该成员表项的簇ID等于解密后的簇ID，对于该成员表项的秘钥集合中的每个元素E3，该普通节点选择所有秘钥域值等于元素E3的类型表项，删除选中的类型表项；该普通节点将该成员表项的秘钥集合设置为解密后的秘钥集合；该普通节点设置一个变量p1，变量p1的值等于解密后的秘钥集合；
步骤405：接收到该刷新消息的普通节点判断变量p1的值是否为空集，如果是，则执行步骤408，否则执行步骤406；
步骤406：接收到该刷新消息的普通节点选择变量p1的第一个元素，针对每个消息类型值Y0，该普通节点利用该元素和算法SEA0加密消息类型值Y0得到加密后的消息类型值EY0，创建一个类型表项，该类型表项的消息类型值为Y0，加密消息类型值为EY0，秘钥域值为该元素；
步骤407：接收到该刷新消息的普通节点从变量p1中删除第一个元素，执行步骤405；
步骤408：结束。

5.根据权利要求1所述的一种簇的物联网数据访问系统的实现方法，其特征在于，每个接入节点保存一个数据表，一个数据表项包含名称、数据和生命周期；
一个上传消息包含加密消息类型、加密名称、加密簇ID和加密数据；
数据DA1由名称NA1标识，普通节点ND1为簇G1的簇成员，簇G1的簇ID为CID1，普通节点ND1与接入节点AP1链接；如果普通节点ND1产生数据DA1，则执行下述操作：
步骤501：开始；
步骤502：普通节点ND1设置一个变量t4，变量t4的值为4，选择一个成员表项ME4，成员表项ME4的簇ID等于CID1，利用成员表项ME4的公钥和算法AEA0加密消息类型值t4和簇ID CID1得到加密后的消息类型ET4和加密后的簇ID ECID4；普通节点ND1从成员表项ME4的秘钥集合中选择第t4个元素，利用该元素和算法SEA0加密名称NA1和数据DA1得到加密后的名称ENA4和加密后的数据EDA4；普通节点ND1发送一个上传消息，该上传消息的加密消息类型为ET4，加密名称为ENA4，加密数据为EDA4，加密簇ID为ECID4；
步骤503：接入节点AP1接收到上传消息后，选择一个类型表项，该类型表项的加密消息类型值等于该上传消息的加密消息类型值；基于该类型表项的消息类型值a4，接入节点AP1执行下述操作：接入节点AP1利用该类型表项的秘钥域值和算法AEA0解密该上传消息的加密簇ID，选择一个簇表项，该簇表项的簇ID等于解密后的簇ID，从该簇表项的秘钥集合中选择第a4个元素，利用该元素与算法SEA0解密该上传消息的加密名称和加密数据；接入节点AP1判断该簇表项的名称集合中是否包含解密后的名称，如果包含，则执行步骤504，否则执行步骤505；
步骤504：接入节点AP1判断是否存在一个数据表项，该数据表项的名称等于解密后的名称，如果存在，则将该数据表项的数据域值更新为解密后的数据，将生命周期设置为最大值；否则接入节点AP1创建一个数据表项，该数据表项的名称等于解密后的名称，数据域值等于解密后的数据，将生命周期设置为最大值；
步骤505：结束。

6.根据权利要求1所述的一种簇的物联网数据访问系统的实现方法，其特征在于，一个下载消息包含加密消息类型、加密名称和加密簇ID；
一个确认消息包含加密消息类型，加密名称和加密数据；
数据DA1由名称NA1标识；普通节点ND2为簇G1的组成员，簇G1的簇ID为CID1，普通节点ND2与接入节点AP1链路相连；普通节点ND2通过下述过程获取数据DA1：
步骤601：开始；
步骤602：普通节点ND2设置一个变量t5，变量t5的值为5，选择一个成员表项ME5，成员表项ME5的簇ID等于CID1，利用成员表项ME5的公钥和算法AEA0加密消息类型值t5和簇ID CID1得到加密后的消息类型ET5和加密后的簇ID ECID5；普通节点ND1从成员表项ME5的秘钥集合中选择第t5个元素，利用该元素和算法SEA0加密名称NA1得到加密后的名称ENA5；普通节点ND2发送一个下载消息，该下载消息的加密消息类型为ET5，加密名称为ENA5，加密簇ID为ECID5；
步骤603：接入节点AP1接收到下载消息后，选择一个类型表项，该类型表项的加密消息类型值等于该下载消息的加密消息类型值；基于该类型表项的消息类型值a5，接入节点AP1执行下述操作：接入节点AP1利用该类型表项的秘钥域值和算法AEA0解密该下载消息的加密簇ID，选择一个簇表项，该簇表项的簇ID等于解密后的簇ID，从该簇表项的秘钥集合中选择第a5个元素，利用该元素与算法SEA0解密该下载消息的加密名称；接入节点AP1判断该簇表项的名称集合中是否包含解密后的名称，如果包含，则执行步骤604，否则执行步骤607；
步骤604：接入节点AP1选择一个数据表项，该数据表项的名称等于解密后的名称；接入节点AP1选择一个簇表项，该簇表项的簇ID等于该下载消息解密后的簇ID，从选中的簇表项的秘钥集合中随机选择一个元素，利用该元素和算法SEA0加密消息类型值6和该数据表项的名称和数据域值分别获得加密后的消息类型值ET6，加密名称ENA6和加密数据EDA6，发送一个确认消息，该确认消息的加密消息类型为ET6，加密名称为ENA6，加密数据为EDA6；
步骤605：普通节点接收到确认消息后判断自己是否存在一个类型表项TE6，类型表项TE6的加密消息类型值等于该确认消息的加密消息类型值，如果存在，则执行步骤606，否则执行步骤607；
步骤606：接收到确认消息的普通节点根据类型表项TE6的消息类型值执行下述操作：
该普通节点利用类型表项TE6的秘钥和算法SEA0解密该确认消息的加密名称和加密数据；
该普通节点保存解密后的名称和数据；
步骤607：结束。