TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.4, April 201 4, pp. 3021 ~ 3 0 2 9   DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i4.4775          3021     Re cei v ed Se ptem ber 10, 2013; Revi se d No vem ber  20, 2013; Accepted Decem ber 3, 201 3   The Improved Key Exch ange Protocol Based on Public  Key Certificates      Cuijie Zhao*,   Guo z hen Wang   Information Sci ence a nd T e chnol og y, Pear l River Co lle ge,  T i anjin F i na nce  and Econ omic s Universit y   ti a n j in ,1 32 12 087 5 37  *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : zhaoj ie8 1 0 8 0 9 @1 26.com       A b st r a ct   W e  pro pose   mutual  a u thentic ation  a nd s e ssi on k e y  excha n ge  protoc ols  b a sed  o n  certifi c ates fo r   the Internet of  T h ings. W e   also  prop ose  an i m pr ov e d   versio n for th e conv entio na l  certificate-b a s ed  systems. Our protocol is effici ent,  it requires  few e r messa ge s and on ly one  session key. It gives use a n e w   meth od to  de al w i th such a s  preve n ting t a mperi ng  and  preve n ting  int e rferenc e sec u rity prob le ms.  In   desi gni ng t he s e curity pr otoco l  prop ose d  h e re , the lo w  co mp utation a l  pow er  of the w i re less  sens ors n ode s   and th e low  ba ndw idth of the  w i reless netw o rks are cons i d e r ed. It is good  as low  comput ation a l co mple xity   and ca nn ot be forged.      Ke y w ords : int e met of things  (IOT),  sensor, key exch a n g e  protoco l , certif icate, authe ntic ation      Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  IOT is kno w n  as the thi r d  wave of the i n formatio n in dustry follo wi ng the comp uter an d  the Internet [ 1 ]. It brings m any ben efits for pe ople  whi l e it also b r in gs the i n crea singly p r omin ent   issue s  of privacy.  From the i n fo rmation  colle ction, tran smi ssi on  an d ap plicatio n poin t  of view, the IOT is  divided into t h ree  layers  structu r e [1], the botto m l a yer is  perce p t ual layer fo r  data pe rcepti on,  the se co nd la yer is the  net work laye r for data tran smi ssi on, an d th e last laye r is the appli c ati on  layer. In  pe rception l a yer  netwo rk,  the  safety p r ote c tion a b ility is  poor b e cause of it s te chn i cal   cha r a c teri stics, and the se curity level is  rela tively low  comp ared to the co re net work [2].       2. Analy s is o f  Sensor  Netw o r k Secu rity   Technolog y  For ma ny sen s or  net wo rks, secu rity  is  ve ry impo rta n t.  Sensor  n e t w or k sy st e m   not   only need s  t o   face   the  harsh envi r on ment, but  al so   face  a c tive, intellige n t oppon ent, so   the  sen s o r  netwo rks  need to  battle  with  posit io ning,  sabota ge, su bversi on. On   other  occasions, se curity requirements alth ough not obvious, but still very important [3].    2.1. The Safe t y  Barrier of Sensor Net w ork   We  usually  said  sen s o r   netwo rk  refers to a  spe c ia l  network,  Th e con s tituted  pro c e s s  of the sen s or  network hav e more  con s traints  and  li mitations  tha n  tra d itional  network.  Th ese   con s trai nts le ad to the existing se curity tech nol o g y ca n not be appli ed to sen s o r  netwo rks ea si ly.    2.1.1. Limited Reso urce s   All the security proto c ol s and  se curi ty tech n i que s  nee d to rely on  some  resou r ces, in cludi ng   data storage,  code  memory, ene rgy  an d  band width. But  for wirele ss  sensor, be cau s e  of  its own   limitation, th e operation  o r  storage  resource s are very  limited.  1) Memo ry ca pacity co nstraints  The  sen s or  n ode s  are mini ature devi c e, onl y a small  amount of  m e mory u s ed t o  store  the code.  So  based on thi s  point, whe n  we build safe and effective  mech ani sm we ne ed  to   control  the l ength of the se cu rity mech anism  cod e  a c cordi ng to  store  cap a cit y .  For   example, a M i ca  se nso r   nod e only  ha s  12 8KB code  sto r age   capa city, 4KB  data  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 4, April 2014:  3021 – 3 029   3022 stora ge capa city. TinyOS  cod e  acco unt s  for  ab out  4 KB.  Therefo r e, all  the  se curity code m u st  be  very small.   2) Energy re striction   For wi rele ss  sen s o r , the ability restri ct ion  larg ely re flected on th e energy co nstrai nt.    Generally the battery po wered  sen s o r  nod es o n ce we re  arran ged in a  sen s or  network  that  woul d be  difficult to b e  repl ace d  be ca use of hi g h  op e r ating  cost,  a nd would  be  not ea sily  cha r ge   up ag ain  be cause of hig h  sen s o r   co st s,  so  we  m u st  save the  battery ene rgy, and prol ong   the  lifetime of the se nsor  node s,  so  prolong  th e lifetime  of sen s o r   netwo rk. Be cau s e  of ene rgy  rest rictio n, when  we i n crease e n cryption  functio n   or  add  a  security protocol  we  sho u ld  also   con s id er  wh ether th e en ergy  co nst r ai nt is b e yond  wirele ss  se nso r   ene rgy  rang e. When  we   increa se th e  se curity  cap a c ity for sen s or n ode,  we  must  con s id e r  the influ e n c e that security  cap a city effect on the node  lifetime.     2.1.2. Unreliable Commu nication   For the  wirel e ss  se nso r  net wo rk a nothe r importa nt threat  is unreli able   comm uni cati on. Senso r   n e twork  securi ty relies  on  th e define d  security  proto c ol,   and the d e fin ed  se curity proto c ol reli es o n  the com m uni cation.  1) Un reli able  transmissio n   The pa cket  routing  of se n s or n e two r k  is a wi rele ss conn ectio n   routing, so it  is not  reliabl e.  Cha nnel erro r  code an d h i gh  co nge stio n node s p a cket   loss may damage  the packet. T he  reliabl e  wi rele ss  comm unication cha nnel  also  will damag e  the  packet. The  h i gh  cha nnel bit  error rate fo rce  software  to   us e som e   netwo rki n g  sou r ce  han dle erro r.  If  the   agre e me nt  has  not app ro priate e rro r h andlin g  cap a c it y, it may  lose security groupin g  key,  such  as the en cryp tion key [4].  2) Colli sion  Even if the  cha nnel i s   re liable,  com m unica tion  ind u stry  still  may not be rel i able,  the  rea s on i s  t hat the  bro a d ca st chara c teri stic  of sensor  n e two r k  [5]. If  the packet colli si ons  appe ar  in th e  transmissio n way,  the p a cket tra n sm issi on will  fail . In  the  high  density se nsor  netwo rk,  colli sion i s  one of  subje c t matter.   3) time delay   Multi hop ro uting,  netwo rk con g e s tion ,  and node  disp osal  will cau s e la rge  network  delay, thus to   achieve  synchroni zatio n  betwe en the se nsor  node s  is very  difficult[6].  The  synchro n ization  proble m  h a s great  influ ence on th e  sensor  safety,  se curity  me chani sm de pe nds  on criti c al in ci dent rep o rtin g and en crypt i on key blo c k.    2.1.3. Senso r  Net w o r k  Unattend ed   Acco rdi ng to  the spe c ifi c   functio n  of   sen s or  net work,  sensor node s ma y be in   the  unattend e d   state a lon g  time.  The longe r sen s or node u natte nded  time i s ,  the gre a ter  th e  se curity attack po ssi bility [3]. For unatte nded  sen s o r  node s exist followin g  thre e threat s:  1) Expose to physi cal attacks.    Senso r   nod e s   may b e   arra nged  in th e  attacker  op en  a nd b ad  we ath e r  enviro n me nt.  The   possibility  of sensor nodes  in  such an environ ment suffered  f r om physical  attacks is  m u ch  highe r than typical  comp uter.   2) Re mote ad ministration.   Senso r  n e twork  remote  m anag ement v i rtually  can n o t  detect   ta mperi ng a nd  physi cal  maintena nce.  The typical  example i s  that t he se nsor no de u s e d  for re mote   detection  ma y  lose conta c ts with  friendly  forces.   3) The la ck of central m ana gement poi nt.   A sensor n e twork  sh o u ld  be a   dist ri bute d  network without  cent ral  manag eme n t point, whi c h  will improve  t he se nsor  ne twork vitality.  however, if  th e desi gn  i s   n o t  rea s on able, can also lead  netwo rk o r g a n izatio n to difficult, inefficie n t and fragile  state.      3. Ke y  Management  In orde r to reali z e  the p r otection of  p e rc eptual inf o rmatio n,  usu a lly  we ca n use  key   manag eme n t  techn o logy t o   ensure  the  se cu rity  of the  system .  The pe rcep tual layer  ke y  manag eme n t  system face d  with two  p r oble m s: the   first  one is  how to  buil d   and  a dapt  the  IOT architect u re throug h multiple  n e twork u n if ied  key mana gem ent syst em;  the second  o ne  is  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     The Im prove d  Key Excha nge Proto c ol  Based o n  Pu blic Key  Ce rtificates  (Cuiji e  Zhao)  3023 how to use  rea s on ab le method  to  improve relevant  key mana g e ment  pe rcep tion   layer problem , which   incl ude s a key  prod uctio n  proce s s, key  distrib u tion p r oce s s  an d key   updatin g pro c ess [3].  Usually  there  are two different ways  to   generate the  key  manag e m ent system:  one is  the cent ralize d  mode, this  mode  u s uall y   make  the  Internet as the center  to  manage,  a nd  have  sp ecifi c  orga nizatio n  for  the p e rceptual   l a yer mana gem ent, often can  coordinate  t h e   internet key distributio n ce nter  to  mana ge the ke y. O n ce n e two r k  perceptio n la yer  acce ss to   the  Internet, thro ugh  the key  distributio n  center  inte ra cts with th e  gateway node,  finish  key  manag eme n t for netwo rk a w are nod es;  The  oth e r  on e is th e  distri buted m ana g e ment  app ro ach  to  the IOT perception lay e r. This  way   have  a  relatively high requi rem ent  to  sink  node  and   gateway, But the  key  mana gem e n t  has  gre a t cost  and o v erhea d, because  of  e nergy   con s um ption of  the  edge n ode s  an d the   hierarchi c al  algorith m .   Th e followi ng  is introd uction s to   the key tech n o logy.    3.1. The Public Ke y  Cr y p t o s y stem  The con c ept  of public key crypto syst em is propo sed by Diffie  and Hellm a n  [7] in   1976 ， A l so  kno w n a s  a s y mmet r i c  c r y p t o sy st em.   Different from the orig inal private-key  crypto system , public key crypto system  base d  on  u n idire c tion al and irreversi b le mathem a t ical   function, usi n g of asymme tric en cryptio n  algorit hm, the gre a test feature i s  two  keys se parating  the encryptio n and d e cryp tion. A public  key for e n cr yption key, a p r ivate key for  decryption  ke y,  both  side s  o f  comm uni ca tion with out  prio r ex chan ge o r  n egoti a tion  sha r ed  key  ca n  se cure  comm uni cati on security; On the oth e r  hand, a nalysi s   private key from  pu blic key  and ciphe r  text,  it is not  po ssi ble in th e  cal c ulatio n. In p ublic   key syst em,  ea ch user  h a s  a key pair (Pku,  Sku),   whe r e  P k u  i s  an  op en para m eter, called  the  publi c  ke y  of the u s e r ; a nd Sku kept  secret by u s e r s   themselve s , calle d the pri v ate key of the user.  In gene ral, the private key  Sku is rand o m ly  gene rated, a nd the publi c   key Pku i s  injective functio n  che c k on Sku.   it is a one -wa y  function, so  all use r s  ca n ' t get any informatio n fro m  the Pku p u b lic key  corre s p ondin g  to the  p r i v ate key  of Sku.  Thu s ,  publi c   key  cryptograph y facilitates  key  manag eme n t and di stributi on; also fa cilitate comm uni cation e n cryp tion and digit a l sign ature.     3.2. The Public Ke y  Cr y p t o s y stem Based on Certificate   Public-key cryptosystem b a se d on the certificate of p ublic  key authentication is realized  by a di gital certificate, i s  t he id entity of a u s e r   with  his  publi c   ke y together, fi rst by a n  a u th ority  trusted  to ve rify the ide n tity of the u s e r , t hen  the i dentity and  the  corre s p o n d ing  publi c   key  certificate  of combi n ing digital  sign ature, to demon strate the va lidity of the ce rtificate [8]. The  widely u s ed i s  Public Key Infrast r u c ture  ( PKI) key ce rt ificate mana g e ment platform.  In the PKI system, the dist ribution a nd  use of  publi c  key certificate to realize, contai ns  the si gnatu r e  publi c   key  certificate, id e n tity in format ion of ID u s ers an d the   authority of t h e   certificate. Beca use the  certificate  can' t be forged,  certificat es  can be pla c e d  in a dire ctory for   partici pant s to access, users  can al so  directly to  the ce rtificate  is sent to the other u s e r s.   Certificate Au thority (CA)  p l ays a n  imp o rtant role   in th e pu blic  key  system, CA i s   respon sibl e f o r  the manag e m ent of certi f icate of all use r s in  the  system incl uding the pe ople, all kind s of  appli c ation a nd ho st.  The follo wi ng is  CA  features:  certificat e, cert ificate  upd ate, and  certificate  revocation  an d ce rtificate v e rificatio n .  Th e co re  fu nctio n  of CA i s   the  issuan ce  an d man agem e n t  of digital certi f icate, in parti cula r to:  (1)  receives t he validated  end-user a ppl ication for di g i tal certificate s ;  (2)  T o  d e term ine  wh ether t o  a c c ept the end user of  th e  ap plicat ion of  digital ce rti f icates  - - ce rtificate of  approval;   (3) Issu ed, re fused to issu e digital ce rtif icate s  issue d  to appli c ant s --ce rtificate;   (4) T he digital  certificate to receive, the  end user up dat e requ est --certificate up d a te;  (5) Q u e r y, receiving e nd u s er di gital ce rtificate revocation;  (6) T o  pro d u c e and pu blish  certificate re vocation li st;  (7) Archivin g of digital certi f icate;  (8) T he k e y  file;  (9)  Hi sto r ical  data archivin g.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 4, April 2014:  3021 – 3 029   3024 4. Exchange  Securit y  Pro t ocol Based  on Public Ke y  Certificate   Diffie-Hellma n  key  exch an ge p r oto c ol i s  u s ed  to e s t ablish a  sh ared secret b e twee n A  and B. It ma kes  use of  the  expone ntial functio n   in a  Q orde r  finite  field  GF (q)  calcul ation s  were   comp ared wit h  the cal c ulat ed  log  in t he  same a r e a  of difficulty. If y=a x  mod q, for any  1<x < q - 1  whe r e  a  i s   th e GF (q ) a  fixed ba sic el e m ent, then  x=log a y mod q  is  to base a  discrete  lo ga rith m  of y. we select a rand om numbe r x A   from  the integers   1, 2... Q-1, x A  are  confid ential, and  se nds  them  mo d A x A yq   to  B. Als o ,  c h oo se a   r a nd o m   nu mb er  x B    in  B, and  sen d s y B   to A.  A  and  B can  cal c ulate  mod AB xx s kq   as  their  key. A  need ca lculate d  ski  by  x A   q q y k A B A x x x B s mod mod , B  can got  mo d B x sA ky q  in  a simila r way .   No   on e kno w s that   x A   or  x B   values ex cept  A and B, so that other pe o p le must  calculate  ks from   y A  and  y B .   Assu me that  B is   A's neig hbor  nod e,  Cert A  and Cert B  are   ce rtificates, re sp ecti vely  fo r   node  A  and  node  B.  Assu me the  exist ence of  a tru s ted certificat e  auth o rity (CA), in  a  wirel e ss  netwo rk  cont ract,  each  nod e of the A  provide a  certificate, the  ce rt ificate  contain s   no de  A identity, the  expiration  da te, the  certificate  aut hority' s  sig nature a nd ce rt ificate authority priv ate   key SCA. The ce rtificate   is  use d  to verify t he  informatio n,  su ch as  the pu blic key in  the   certificate to prove  th at  it  i s  created   by  t he spe c ial   organi zation a n d   bel ong  to   t h is organi zati on.  H  ( )  i s  a o n e - way  Ha sh  fu nction.  Th e  cut-o ff  date  o f  Certificate i s  defin ed by  the  Date,  p B  as  the  node  of B publi c  key,  IDx  is node X’s i dent ifier,  ,, B BB C A hI D P D a t e S    mean s to  sign   the   ,, B BB hI D P D a t e  using the  CA private key. Symbolic  interp retation  as sho w n in  Table 1:       Table 1. Symbol De scriptio n  sy m bol  Meaning      CA  A trusted certification authorit y  SCA  The private ke y o f  certificate authorit y  Cert x  The certificate of  Node X   IDx  the identit y  of N o de  yx  The Public value of node X   XA  The secret value  for node A   Datex  The e x piration d a te of the certificate  H()   A single Hash function  PX  The public ke y  N ode X      The ce rtificat e of Node A a nd B are sho w  in (1 ) and (2).     ,, , , ,, , B B B BE B B BB C A Cer t ID P y Da t e h I D P y D at e s           ( 1 )     ,, , , , AA A A A A A C A C e r t ID y D a t e h ID y D a t e s                         (2)    mo d A x A yN  and  mo d B x B yN  are  pu blic value  no de A and  no de B  of the   Diffie-Hellma n  key ex cha nge  metho d ,  a  and  N  are  open to th e publi c ,  while  x A  and  x B  is the  Diffie-Helkma n key  exchan ge  metho d  in  secret.  t he  specifi c   pro c e s s is  sh own in  Figure 1, Th e   encryption an d authenti c ati on pro c e s s is sho w n in Fig u re 2.                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     The Im prove d  Key Excha nge Proto c ol  Based o n  Pu blic Key  Ce rtificates  (Cuiji e  Zhao)  3025     Figure 1. The  Commu nication Pro c e ss b e twee n No de  A and Node  B          Figure 2. The  Encryption a nd Authentica t ion Process      If  node B will commu nicate with nod e A  A<-B: Ce rt B   Nod e  A need  to calculate the followi ng formul a:     ' mo d m o d A BA x xx sB ky N N                      (3)    If node A will comm uni cate  with node B.     :, , s Bs A A Bkp f k C e r t                           (4)    Nod e  B need s to cal c ulate  the followin g  formul a.     ' mo d m o d B AB x xx sA ky N N                    (5)    If the commu nicatio n  between no de B and nod e A.    A B   B sign  [ks]p B  and  enc r ypt C e rtificate f(ks,Cert A ),B   calculate   ' mo d m o d B AB x xx sA ky N N    Cert B   v e rify the d a ta,  No d e  A calcu late     ' mo d m o d A BA x xx sB ky N N    A  B  6. Sent   A ,C e r t s fk  to  B   and calculate ' s k CA  1.Apply for certificate   2.  Get  ce rtificate  Cert B   3.Apply for certificate   4.  Get ce rtificate Cert A   5. Ve rification ,     calculate  ' s k   A  B  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 4, April 2014:  3021 – 3 029   3026 It can be en crypted usin g the se ssion  ke y ks’ on the transmi ssion of  a message.   In  the abov e protocols,  gene rating  a n d  u s ing  a t w o  se ssion  key  ks a nd  ks’.  The  intro d u c tion of  an other  sessio n  key fo r  the pu rpo s e of  ks’  is to  fo rgery  preventio n ce rtificate wa s  leaked  after  the. But  the gene ration   o f  this  proto c ol dra w ba ck  is  that  each  key   in the pro c e ss  of co nsultatio n  se ssion  key s  are  the  sam e . For  se curity  rea s on s, ea ch key  agree ment are  g e neratin g the  same  key is  not safe. Th is  is  si milar  to   the dynamic  password, on ly changi ng the  se ssion  key  to ensu r e  and  imp r ove the se cu rity of the  sy st em.       5. The Opti mization of the  Security   Ke y   Management  Pro t ocol Based   on Public  Ke y   Certificate  Exchang e p r oce s s  gen era t ed session  key in  Diffie - Hellman keys a r e  the   same,  which  make s  g r eat  risk exi s ts  in  the inte ra ction p r o c e ss.  The m a in fa ctors of thi s   defect  is  the  t w o  open  valu es of y A  and  y B  Diffie-Hell man   key  excha nge p r o c e ss, be ca use   th e   two publi c  factor has  al rea d y  bee n  cert ification cr edi ble CA sig nat ure, re sultin g in  the  l a te key  negotiatio n  proce s s in whi c h two facto r s  can not be ch ange d.  The different  between o p t imization  sch e mes  a nd th e above  sch e me  is mainl y   for  key  negotiatio n  proce s s differe nt leads to dif f erent sessio n keys.   Assu me that  B is  A's neighbo r, Ce rt A and Cert B  re spectively  for node B  and  n ode A  of  the certifi c ate ,  the specifi c  pro c e ss i s  sh own in Fig u re  3:          Figure 3. The  Commu nication Pro c e ss b e twee n No de  A and node  B      The ce rtificat e of Node A a nd B are sho w  in (6 ) and (7).      ,, , , , AA A A A A A C A C e r t ID y D a t e h ID y D a t e s           ( 6 )      ,p , , , , p , , B B B BB B B BB C A Ce rt I D y D at e h I D y D a t e s           ( 7 )     mo d A x A yN  and  mo d B x B yN  are  pu blic value  no de A and  no de B  of the   Diffie-Hellma n   key  exch a nge metho d , a and  N are  open  to   the  publi c , while  A x  and  B x  is the  Diffie-Helkna n key exch an ge method in  se cret.   If  node B will commu nicate with nod e A.    A< -B:  B B x  , B Ce r t                                                            (8)    Nod e  A need  to calculate the followi ng formul a:     ' mod m od A BB B A x sB ky N N                    (9)  Send [ks]p B 、 AA rx  and f(k s ,Cert A ) to  B,B calcu late   N N y k B A B A A x A s mod mod '   Cert B  and  B B x   v e ri fy  th e d a ta, Nod e  A  calcu late   ' mo d m o d A BB B A x sB ky N N    A  B  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     The Im prove d  Key Excha nge Proto c ol  Based o n  Pu blic Key  Ce rtificates  (Cuiji e  Zhao)  3027 If node A will comm uni cate  with node B.    A-> B : A A rx ,  ) , ( , ] [ A s B s Cert k f p k                        (10)    Nod e  B need s to cal c ulate  the followin g  formul a:     N N y k B A B A A x A s mod mod '            ( 1 1 )     If the commu nicatio n  between no de B and nod e A.    AB     It can be en crypted usin g the se ssion  ke y ' s k  on the transmissi on of m e ssag e.  The nod e B gene rate a  ra ndom num be r B r , calculated  value  of  BB rx , and  broa dcast   B B rx a  and ce rtificate. Here  B B rx a  broad ca st inste ad  of  BB rx , mainly  for A  c an save  the   comp utation of  B B rx a . After receivin g data  transmissio n  by  node B,  node  A gen erate s  a  rand om valu e   A r , at the  sam e  time, the  n ode A ve rify the reliability  of node  B through  nod e B  certificate  B Ce rt  containe d of  B y , If the  situation is  to  gen erate th e se ssi on  key. Next,  the   node  A gen erate s  a ra ndom  sessio n key s k ,  encrypted ciph er text  and th e  A A rx  and    A ,C e r t s fk     transmit to node B. So far,  the node  B verifies the  nod e A,  and cal c ul ates  the se ssi on  key ' s k .  Only whe n  the  no de A  and  no de B  b u ilt this  sessi on  key  ' s k , can  guarantee  the  se curity o f  encryption  i n formatio n trans fe r betwe en node A  a nd node  B.  T he Adversary   o f   node B  in the optimize d   schem e  is un a b le to obtain the  se cret val ue  A x  in the node A,  at th e   same time, e a ch  se ssi on key process g enerates a dif f erent sessio n keys.   In the opti m ization  sche me  node A  certif icate di d not  en cry p ted, be cau s e the  se cret info rm ation in  the  certificate do e s   not  contain  anode.  Th at is to say,  if the  node in t he  A secret  valu e Ax not  leaked,  so n o  ad versa r y ca n  forge  th e nod e  A illegal attack. Nod e   A and  node B to  comm uni cate  with ea ch  other  in  o r de r to  cal c ulate the  same  sessi on  key   mo d AA x S kN   at the sam e  time  tran sfer  certifi c ate a nd  key  excha nge  p a rameters.  The   pass ba ck a nd forth t he  encrypted id entity  informa t ion is u s e d   to   verify  the se ssi on  key  ha s be en tam pere d   with,  the  se ssion  key  can b e  u s ed to  en crypt  the  messag e, in orde r  to gua rante e  the  tran smissi on se curity  commu n i cation ch an nel  messag e  ca n  be esta blish ed in a  no de  A  and  node  B.   Our sche me is mo re  e fficient  is mai n ly  reflecte d in  the  key ne goti a tion pro c e ss with only  a se ssi on key  for  nod e A,  need to have  the   operation  abil i ty is mainly embodi ed  in th e  calculation  of  the session  key,  and  The co mputat ional  com p le xity depends  on  the n u mb er of modul ar  expon entiation relate d  to  the  r A .  Due  to th e l o w  co mputin g po we r  of  wirel e ss sen s or n ode s  a nd lo w ban d w idth  of  wirel e ss  network, fu rthe r o p timize th e  manag eme n t proto c ol  de sign. The  ce rtificate of  Nod e  A   and B are  sh ow in (1 2) a n d  (13 ) .     ,, , , , AA A A A A A C A C e r t I D yD a t e h I D yD a t e s                 ( 1 2 )      ,, , , , B BB B B B B C A C e r t I D yD a t e h I D yD a t e s               ( 1 3 )     If node B will comm uni cate  with node A.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 4, April 2014:  3021 – 3 029   3028 :, AA x B A BC e r t     Nod e  A need  to calculate the followi ng formul a:     N N y k A B A B B x B s mod mod '           ( 1 4 )     If node A will comm uni cate  with node B.    :, , , , AA A s A B A B r x C e r t f k ID ID                ( 1 5 )     Nod e  B need s to cal c ulate  the followin g  formul a:     N N y k B A B A A x A s mod mod '             ( 1 6 )     If the commu nicatio n  between no de B and nod e A.     :, , sA B A B f k ID ID                                               (17)    The  comm un ication  proce s s bet wee n   node s A fter  further optimi z ation  is sh own  in   Figure 4:        Figure 4. The  Commu nication Pro c e ss b e twee n No de s after Fu rthe r Optimizatio n       6. Conclusio n   We p r opo se  a  security proto c ol  ba se d  on ce rtificate  than  the  use of sy mmetri c   cryptog r a phy for key excha nge protocol is more se cu re and mo re e ffective.  The  se ssi o n   key Ks' g enerated bef ore  optimization  schem e  of dra w back i s   that each  key   negotiati on pro c e s s is  the  same. For  se curity  reason s, each  key  agre e me nt are gene rating t he  same   key is  not safe . This  is  similar  to   the dynamic  password, on ly changi ng the  sessio n  key  to ensu r e  and  imp r ove t he security of  the   sy st em.   Different  opt imization  sch e mes  in  the  above  sche me  is m a inl y   for  key ne gotiation  process different will  produce different   session  key .   The certificate will be  similar to what  we  u s ually  sa id the  pa ssword,  that i s  to  say  if  the  certificate  wa s le ake d ,  then th e  adversa ry  can   throug h this similar to the p a ssword  cred entia ls to imitate the use r s  of illegal beh avior.  In the  pro p o s ed p r oto c ol,  node A  and  node B  ex ch ange  ce rtificates  a nd oth e r Diffie- Hellma n   pa ra meters to ca lculate  a co mmon  sessio n key N k B A r r s mod . The encryptio n  an d   identity information  exchang e to  authentic ation  and verification of  a  shared  se ssi on  key  role.  Ks'  can b e  u s ed  to encrypt the  se ssi on  key  is exch ange d throu gh  wi reless chan ne ls A   and E inform ation. Our p r o t ocol adva n ta ge  lie s  in  the  amou nt of in formation  it requires l e ss  and  Send Cert A 、 AA rx  an d  f( ks, [ I D A , I D B ] ) t o  B , B   calculate  N N y k B A B A A x A s mod mod '   Cert B  and  BB x   v e ri fy  th e d a ta, Nod e  A  calcu late   ' mo d m od A BB B A x sB ky N N      A  B  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     The Im prove d  Key Excha nge Proto c ol  Based o n  Pu blic Key  Ce rtificates  (Cuiji e  Zhao)  3029 only  need  a  session  key. Comp utation  node  i s  mai n l y  reflecte d in  the  cal c ul ation of  the  se ssion   key  by  r A r B  co mputing mo d e  scree n  ope ration co rresp ondin g  to.  We propo se  an  authe ntication  se ssi o n  key  for use in  a  variety of wirele ss   sen s o r  netwo rk no de to  n o de exch ang e  prot o c ol. Co mmuni cation  betwe en  two node s  shoul d   b e   prote c ted  ea ch othe r n e igh bor  nod es  in  wirel e ss   se nsor n e two r k,  which  mea n s that  the sessi on  key exch an ge  between  them  sho u ld  not be  expose d  to  other nei ghb o r   node s in  the   netwo rk.  Whe n  the nee d  for  mutual  authenti c atio n and  sessio n key exch ange  the s e t w o   asp e ct s will  be  used  whe n  node  to no de com m uni cation se cu rity  proto c ol. On e  side  of  wh ich  is  com m uni ca tion betwe en  nod es  a nd the  wirele ss  n e two r k, a nd  o n  the oth e r  hand reflecte d in the com m unication b e twee n different node s.   The no de s  A  and B are in  different  net works.  That i s  to say,  A's neigh bor  i s  th e sam e   B,  neighbo r  node s in  B  is C,  A  and   B want to  mutual a u the n tication  and   shared  the  same  se ssi on key whe n  you ne ed to use the  Daffier-Hellm an key excha nge me cha n i s m.   After initializa t ion, node  A  and no de B were  certif ied t h rou gh  ea ch  other' s  certificate. At  the same ti me,  the visiting  network  al so ne ed to node A  auth enticatio n,  A  and  Diffie-Hel l man  para m eter  p a s sed to the n ode,  its  role i s  to provide  a  commu nication  neig hbo r  n ode E  and no de  B safely throu gh its neig h b o r nod es in F  mode.   In  the node  t o   a se cu rity  proto c ol no de , no se cure i n formation tra n smi ssi on of  wirel e ss  sen s o r  nod es to  different netwo rk, which  mea n s th at no o ne  can si mulate  wirele ss  se nso r   node.  In ad dition, se cret  commu nication betwe en two  diffe rent no de s  can  also  be   guarantee d.  Once in  each  set  up  a  se cu re  ch ann el ,  node a nd the   netwo rk  witho u t encryptio n operation  can  be approp ria t e to alleviate.      Referen ces   [1]  Yang Geng, Xu Jian, Ch e n   W e i. Secur i t y  f eatures  a nd ke y te c h n o lo g y  of  the  Inter net of things.  J our na l   of Nan jin g U n i v ersity of Post s and T e lec o mmu n ic ations ( N atural Sc ienc e  Editio n).  20 10;  30(0 4 ): 20- 29.   [2]  W ang  He, Ya n g   Hua, Gao F ubi ng. Secur i t y .  Sichuan  or dn ance Jo urn a l  of Internet of things . 2 011 ;   (11): 90-9 1 .  [3]  Ak y i ldiz IF , S u  W ,  Sankara s ubram ansi a m  Y, Ca yirci E .  A Surve y  o n  Sens or Net w o r ks.  IEEE   Co mmun icati o ns Maga z i ne . 2 002; 40( 8): 104 -112.   [4]  Hao W e n jia ng.   T e chnica l  sec u rit y  iss ues  of.  Netw ork infor m ati on sec u rit y   of Internet of things . 201 0;  (01): 49-5 0 .  [5]  Dirk H. RF ID Securit y  an d P r ivac y :  C onc ep ts, Pr otocols, and Arch itectu res. Berlin: Sp ring er. 200 8:  107- 137.   [6]  Juels  A. RFID Secur i t y  and  Privac y :  A  Research Surv ey.  Selecte d  Ar e a s i n  c o mmun i c ation,  20 06;  24(2): 38 1-3 9 4 .   [7]  F u   Rong.  Net w ork  researc h  an d i m pleme n tatio n  of  securit y  an d pr ivac y   protecti o n   platform shar in g, Beiji ng Jia o t ong U n ivers i t y .  2011.   [8]  Diffie W, H e llm an M.  Ne w   Dir ection  in  Cr ypt ogra p h y .  IEEE  T r ansacti on  o n  Infor m ati o n   T heory.  19 76 ;  6(22): 64 4-6 5 4 .   [9]  Kohnfe l d e r LM . T o w a rds  a P r actical P u b lic- k e y  Cr yptos y st em. MIT  B.S. T hesis, MIT  Departme n t of   Electrical E ngi neer ing. 1 978.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.