基于ECC簇内分组密钥管理算法的无线传感器网络matlab性能仿真

1.程序功能描述

2.测试软件版本以及运行结果展示

3.核心程序

4.本算法原理

5.完整程序

1.程序功能描述

基于ECC簇内分组密钥管理算法的无线传感器网络matlab性能仿真，对比网络通信开销，存活节点数量，网络能耗以及数据通信量四个指标。

2.测试软件版本以及运行结果展示

MATLAB2022A版本运行

（完整程序运行后无水印）

3.核心程序

....................................................
%% 
%循环
for indx=0:Cycle_Num
    indx
    %**********************************************************************
    B_frame    = [rand(1,5)>=0.5];
    vTDMA      = [rand(1,500)>=0.5];
    CP         = [rand(1,15)>=0.5];
    Frames     = [B_frame,vTDMA,CP];
    %**********************************************************************
    if mod(indx,round(1/P))==0
       for i=1:Note_Num
           WSN_info(i).G = 0;
       end
    end
    EL(indx+1) = 0;
    for i=1:Note_Num
        EL(indx+1) = WSN_info(i).E + EL(indx+1);
    end
    Result.Ec(indx+1) = Energys - EL(indx+1);
    
    %死亡节点检查
    %**********************************************************************
    [WSN_info,Dead_Nums,Live_Nums]=func_deadfind(WSN_info,Note_Num);
    Result.Dead_Num(indx+1)       = Dead_Nums;
    Result.Live_Num(indx+1)       = Live_Nums;
 
    %选择一个簇进行密钥分组管理
    %**********************************************************************
    Ecur = 0;
    Emax = 0;
    [WSN_info,Cinfo,PACKET_alive,Cluster_Cnt,Index,Delays,QL] = func_Cluster_Sel(WSN_info,E_note,PACKET_alive,Frames,data_rate,SLES,Ecur,Emax);
    Result.Cluster_Cnt(indx+1)                                   = Cluster_Cnt;
    
    %得到进行密钥分组后的簇
    %**********************************************************************
    [WSN_info,x,y,PACKET_alive] = func_cluster_gen(WSN_info,Index,Cinfo,PACKET_alive);
    Result.PACKET(indx+1)       = PACKET_alive;
    %The comparison of the average delay
    tmps0(indx+1) = Delays;
    if indx <= 256
       Result.DELAY(indx+1) = mean(tmps0(1:indx));
    else
       Result.DELAY(indx+1) = mean(tmps0(indx-256:indx)); 
    end
 
    %The comparison of the online throughput
    LBF = func_throughput(x,y,Cluster_Cnt,Note_Num,Index);
    tmps(indx+1) = LBF;
    if indx <= 32
       Result.throughput(indx+1) = mean(tmps(1:indx));
    else
       Result.throughput(indx+1) = mean(tmps(indx-32:indx)); 
    end
end
29_004m

4.本算法原理

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSNs）在环境监测、军事侦察、智能家居等多个领域有着广泛的应用。然而，由于节点资源有限且易受攻击，WSNs的安全性成为一个重要问题。其中，密钥管理是确保数据保密性和完整性的重要手段。椭圆曲线密码学（Elliptic Curve Cryptography, ECC）因其高效性和安全性而被广泛应用于WSNs中。

无线传感器网络由大量低功耗、低成本的传感器节点组成，这些节点通过无线通信方式相互连接，协同完成各种任务。WSNs的主要特点包括：

资源受限：节点通常具有有限的能量、存储和计算能力。
自组织性：节点能够自动形成网络并进行数据传输。
动态拓扑：网络拓扑结构随时间变化，节点可能加入或离开网络。

椭圆曲线密码学是一种基于椭圆曲线数学的公钥加密技术。与传统的RSA等公钥加密算法相比，ECC在提供相同安全级别的情况下，使用更短的密钥长度，从而降低了计算和存储开销。

为了提高WSNs的安全性和效率，可以采用基于ECC的簇内分组密钥管理算法。该算法将网络划分为多个簇，每个簇内部的节点共享一个密钥，以实现高效的通信和数据保护。

1.网络模型

假设有一个包含 N 个节点的WSN，这些节点被划分为 K 个簇，每个簇包含 M 个节点。簇头负责簇内的密钥管理和数据聚合。

2.密钥生成

每个簇头首先生成一个椭圆曲线上的基点 G 和私钥 d。然后，簇头计算公钥 P=dG 并广播给簇内的所有节点。

3.密钥分发

簇头通过以下步骤向簇内的节点分发密钥：

生成随机数：簇头生成一个随机数ri 作为每个节点 i 的临时密钥。
计算共享密钥：簇头计算每个节点的共享密钥Si=riG。
发送密钥信息：簇头将Si 发送给每个节点 i。
节点计算密钥：节点 i 接收到 Si 后，计算最终的共享密钥 Ki=dSi。

这样，每个节点都拥有相同的共享密钥K，即 K=d(riG)=ri(dG)=riP。

基于ECC的簇内分组密钥管理算法是一种高效且安全的密钥管理方案，特别适用于资源受限的无线传感器网络。通过利用ECC的高效性和安全性，该算法能够在保证数据保密性和完整性的前提下，降低计算和通信开销。

5.完整程序

VVV