无线传感器网络组播密钥管理原理：二叉树实现及代码示例

//定义二叉树节点结构 struct Node { int key; // 节点的密钥 Node* left; // 左子节点 Node* right; // 右子节点 Node* parent; // 父节点 };

// 初始化二叉树 Node* init_tree(int n) { // n 是用户的数量，假设是 2 的幂次 Node* root = new Node(); // 创建根节点 root->key = generate_key(); // 生成根节点的密钥 root->left = NULL; root->right = NULL; root->parent = NULL; create_tree(root, n); // 创建二叉树 distribute_key(root); // 分发密钥 return root; }

// 创建二叉树 void create_tree(Node* root, int n) { // root 是根节点，n 是用户的数量 if (n == 1) return; // 如果只有一个用户，直接返回 Node* left = new Node(); // 创建左子节点 Node* right = new Node(); // 创建右子节点 left->left = NULL; left->right = NULL; left->parent = root; right->left = NULL; right->right = NULL; right->parent = root; root->left = left; // 连接左子节点 root->right = right; // 连接右子节点 create_tree(left, n / 2); // 递归创建左子树 create_tree(right, n / 2); // 递归创建右子树 }

// 分发密钥 void distribute_key(Node* root) { // root 是根节点 if (root == NULL) return; // 如果为空，直接返回 if (root->left != NULL) { // 如果有左子节点 int rand = generate_random(); // 生成随机数（或者哈希值） root->left->key = hash(root->key, rand); // 计算左子节点的密钥 send_key(root->left->key); // 发送左子节点的密钥给相应的用户 send_random(rand); // 发送随机数（或者哈希值）给相应的用户 distribute_key(root->left); // 递归分发左子树的密钥 } if (root->right != NULL) { // 如果有右子节点 int rand = generate_random(); // 生成随机数（或者哈希值） root->right->key = hash(root->key, rand); // 计算右子节点的密钥 send_key(root->right->key); // 发送右子节点的密钥给相应的用户 send_random(rand); // 发送随机数（或者哈希值）给相应的用户 distribute_key(root->right); // 递归分发右子树的密钥 } }

// 加入新用户 void join_user(Node* root, int n) { // root 是根节点，n 是新用户的编号 Node* node = find_free_node(root); // 找到一个空闲的叶子节点 if (node == NULL) return; // 如果没有空闲的叶子节点，直接返回 node->key = n; // 将新用户的编号赋值给叶子节点 int rand = generate_random(); // 生成随机数（或者哈希值） node->parent->key = hash(node->parent->parent->key, rand); // 计算父节点的密钥 send_key(node->parent->key); // 发送父节点的密钥给新用户 send_random(rand); // 发送随机数（或者哈希值）给新用户 update_key(node->parent); // 更新从父节点到根节点路径上的所有节点的密钥 }

// 找到一个空闲的叶子节点 Node* find_free_node(Node* root) { // root 是根节点 if (root == NULL) return NULL; // 如果为空，直接返回空 if (root->left == NULL && root->right == NULL) { // 如果是叶子节点 if (root->key == 0) { // 如果没有分配给任何用户 return root; // 返回该节点 } else { // 如果已经分配给某个用户 return NULL; // 返回空 } } Node* left = find_free_node(root->left); // 在左子树中寻找空闲的叶子节点 if (left != NULL) return left; // 如果找到了，返回该节点 Node* right = find_free_node(root->right); // 在右子树中寻找空闲的叶子节点 if (right != NULL) return right; // 如果找到了，返回该节点 return NULL; // 如果都没有找到，返回空 }

// 更新从某个节点到根节点路径上的所有节点的密钥 void update_key(Node* node) { // node 是某个节点 if (node == NULL || node->parent == NULL) return; // 如果为空或者是根节点，直接返回 int rand = generate_random(); // 生成随机数（或者哈希值） node->parent->key = hash(node->parent->parent->key, rand); // 计算父节点的密钥 send_random(rand); // 发送随机数（或者哈希值）给该节点所在的子组 update_key(node->parent); // 递归更新父节点到根节点路径上的所有节点的密钥 }

// 离开用户 void leave_user(Node* root, int n) { // root 是根节点，n 是离开用户的编号 Node* node = find_user_node(root, n); // 找到该用户所在的叶子节点 if (node == NULL) return; // 如果没有找到，直接返回 node->key = 0; // 将该节点标记为空闲 update_key(node); // 更新从该节点到根节点路径上的所有节点的密钥 }

// 找到某个用户所在的叶子节点 Node* find_user_node(Node* root, int n) { // root 是根节点，n 是用户的编号 if (root == NULL) return NULL; // 如果为空，直接返回空 if (root->left == NULL && root->right == NULL) { // 如果是叶子节点 if (root->key == n) { // 如果是该用户 return root; // 返回该节点 } else { // 如果不是该用户 return NULL; // 返回空 } } Node* left = find_user_node(root->left, n); // 在左子树中寻找该用户所在的叶子节点 if (left != NULL) return left; // 如果找到了，返回该节点 Node* right = find_user_node(root->right, n); // 在右子树中寻找该用户所在的叶子节点 if (right != NULL) return right; // 如果找到了，返回该节点 return NULL; // 如果都没有找到，返回空 }

// 生成密钥（示例，实际情况需根据具体需求进行修改） int generate_key() { return rand(); // 使用随机数生成密钥 }

// 生成随机数（示例，实际情况需根据具体需求进行修改） int generate_random() { return rand(); // 使用随机数生成随机数 }

// 计算哈希值（示例，实际情况需根据具体需求进行修改） int hash(int key, int rand) { return key ^ rand; // 使用异或运算计算哈希值 }

// 发送密钥（示例，实际情况需根据具体需求进行修改） void send_key(int key) { // ... }

// 发送随机数（示例，实际情况需根据具体需求进行修改） void send_random(int rand) { // ...