CN103338105A - 基于aes加密的机场噪声预测数据网络传输方法 - Google Patents

基于aes加密的机场噪声预测数据网络传输方法 Download PDF

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王建东
孙婷
方黎明
朱新峰
孙茂圣
王丽娜
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明公开了一种基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法,基于面向机场噪声感知的三层体系架构实现,该三层体系架构包括感知层、汇聚层和应用层,感知层采集初步的噪声数据,并传输给汇聚层,所述汇聚层对接收到的初步噪声数据依次进行滤波、分析和融合后,进行AES加密,并将加密后的数据包传输到应用层,所述应用层将接收到的加密数据包进行解密处理,并对解密后的数据同时进行存储和分析处理,将分析处理后的数据以图像的形式显示出来;本发明所设计的基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法加密安全可靠,效率更高,具有良好并行性。

Description

基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法
技术领域
本发明涉及一种基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法。
背景技术
密码学中的高级加密标准(Advanced Encryption Standard,AES),又称Rijndael加密法,是美国国家标准与技术研究所用于加密电子数据的规范。它被预期能成为人们公认的加密包括金融、电信和政府数字信息的方法。这个标准用来替代原先的DES,已经被多方分析且广为全世界所使用。经过五年的甄选流程,高级加密标准由美国国家标准与技术研究院(NIST)于2001年11月26日发布于FIPS PUB 197,并在2002年5月26日成为有效的标准。2006年,高级加密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一。
AES加密有很多轮的重复和变换。大致步骤如下:1、密钥扩展(KeyExpansion),2、初始轮(Initial Round),3、重复轮(Rounds),每一轮又包括:SubBytes、ShiftRows、MixColumns、AddRoundKey,4、最终轮(Final Round),最终轮没有MixColumns。
AES加密时有三种方式,分别为ECB(Electronic Code Book电子密码本)模式、CBC(Cipher Block Chaining,加密块链)模式、CFB(Cipher FeedBack Mode,加密反馈)模式和OFB(Output FeedBack,输出反馈)模式。
Cryptopp密码库是目前开放源代码加密库中比较流行的密码库,其特点操作简单,目前的最高版本为Crypto++ Library 5.6.1,它实现了各种公开密钥算法、AES,DES对称加密算法、RSA数字签名算法等等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,提供一种加密安全可靠,效率更高,具有良好并行性的基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题:本发明设计了一种基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法,基于面向机场噪声感知的三层体系架构实现,所述三层体系架构包括感知层、汇聚层和应用层,包括如下具体步骤:
步骤(1):所述感知层采集初步的噪声数据,并将初步的噪声数据通过3G无线网络传输给汇聚层;
步骤(2):所述汇聚层对接收到的初步噪声数据依次进行滤波、分析和融合后进行AES加密,并将加密后的噪声数据包传输到应用层;
步骤(3):所述应用层将接收到的加密数据包进行解密处理,并对解密后的数据同时进行存储和分析处理,将分析处理后的数据以图像的形式显示出来。
作为本发明的一种优化方法:所述感知层包括至少一个感知节点,每个感知节点都具有至少一个声音传感器。
作为本发明的一种优化方法:所述步骤(2)包括如下具体处理:
步骤(21):汇聚层对接收到的初步噪声数据依次进行滤波、分析和融合处理,形成噪声数据包;
步骤(22):创建密钥,并初始化密钥;
步骤(23):利用AES加密方法对步骤(21)中的噪声数据包进行加密处理;
步骤(24):将步骤(23)中加密后的噪声数据包传输到应用层。
作为本发明的一种优化方法:所述步骤(2)中汇聚层将加密后的数据包通过socket通信协议传送到应用层。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
本发明所使用的AES加密方法比起传统的DES,安全性更高,因为密钥长度可以是128比特,192比特,256比特中的任意一个;
该算法是定义在有限域GF(2^8)上,并且算法执行时除了一个查表操作外,其他的运算都是异或或者移位,加密速度快,可以根据不同的加密模式加密不同的特点的文件,在每一圈运算和密钥扩展中都应用了非线性操作,能够有效的抵抗差分和线性密码分析等相关密钥分析攻击方法,并且没有弱密钥,对密钥的选择没有限制,由于位数比较大,因此对于密钥的穷举攻击也可以有效的抵抗、易实现以及伸缩性强;
机场噪声数据量很大,所有与预测相关的噪声数据具有很强的保密性,我们需要并行性好的加密传输方式,而AES的ECB加密方式恰恰满足以上要求。
附图说明
图1为本发明的一种具体实施方式。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明:
如图1所示,本发明设计了一种基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法,基于面向机场噪声感知的三层体系架构实现,所述三层体系架构包括感知层、汇聚层和应用层,包括如下具体步骤:
步骤(1):所述感知层采集初步的噪声数据,并将初步的噪声数据通过3G无线网络传输给汇聚层;
步骤(2):所述汇聚层对接收到的初步噪声数据依次进行滤波、分析和融合后进行AES加密,并将加密后的噪声数据包传输到应用层;
步骤(3):所述应用层将接收到的加密数据包进行解密处理,并对解密后的数据同时进行存储和分析处理,将分析处理后的数据以图像的形式显示出来。
作为本发明的一种优化方法:所述感知层包括至少一个感知节点,每个感知节点都具有至少一个声音传感器。
作为本发明的一种优化方法:所述步骤(2)包括如下具体处理:
在执行该步骤之前,首先把用到的cryptlib加密库放到程序中,该库是一款比较流行的加密算法库,并且也比较成熟,使用很方便,比起OpenSSL更轻便一些,windows下使用也很方便;
如果我们自己写加密算法,安全性是得不到保证的,很容易被别人攻击。加密的过程会应用该库里面的AES相应的函数库,例如:StringSource()对message进行MAC认证;Encryptor()加密函数;Decryptor()解密函数等函数;
步骤(21):汇聚层对接收到的初步噪声数据依次进行滤波、分析和融合处理,形成噪声数据包;
步骤(22):创建密钥,并初始化密钥;在具体实施例中,当 AES 的构造函数被调用时,用于加密方法的两个表被初始化。第一个表是代替盒称为S-盒,它是一个16×16的矩阵,在幕后,加密例程获取该密钥数组并用它来生成一个名为w[]的密钥调度表,w[] 最初的 Nk(Nk = 密钥的长度/32)行被作为种子,剩余行从种子密钥来产生;
步骤(23):利用AES加密方法对步骤(21)中的噪声数据包进行加密处理;
ECB属于不带初始向量的分块模式,将原文分块时若不够整块则需要填充,此处的DEFAULT_PADDING即为使用默认数据填充;
AES 加密例程开始是拷贝 16 字节的输入数组到一个名为State的 4×4 字节矩阵中。AES操作 State[]在规范中,加密算法实现的一个预备的处理步骤被称为 AddRoundKey(轮密钥加);
AddRoundKey用密钥调度表中的前四行对 State 矩阵实行相应字节的异或(XOR)操作,并用轮密钥表 w[c,r] 异或输入 State[r,c],AES 算法的主循环对 State 矩阵执行四个不同的操作;
在规范中被称为 SubBytes(字节替换)、ShiftRows(行位移变换)、MixColumns(列混合变换)和 AddRoundKey,除了每次循环 AddRoundKe都被调用并使用密钥调度表的下面四行外,AddRoundKey与预备处理步骤中的 AddRoundKey相同;
SubBytes是一个代替操作,它将 State 矩阵中的每个字节替换成一个由 S-盒决定的新字节,ShiftRows 是一个置换操作,它将 State 矩阵中的字节向左旋转;MixColumns 是一个代替操作,它用 State 字节列的值进行数学域加和域乘的结果代替每个字节,SubBytes、ShiftRows、MixColumns 和 AddRoundKey 四个操作在一个执行 Nr 次的循环里被调用,Nr 为给定密钥大小的轮数减 1,加密算法使用的轮数要么是10,12,要么是14,这依赖于种子密钥长度是128位、192 位还是 256 位;
步骤(24):将步骤(23)中加密后的噪声数据包传输到应用层。
作为本发明的一种优化方法:所述步骤(2)中汇聚层将加密后的数据包通过socket通信协议传送到应用层。

Claims (4)

1.一种基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法,基于面向机场噪声感知的三层体系架构实现,所述三层体系架构包括感知层、汇聚层和应用层,其特征在于,包括如下具体步骤:
步骤(1):所述感知层采集初步的噪声数据,并将初步的噪声数据通过3G无线网络传输给汇聚层;
步骤(2):所述汇聚层对接收到的初步噪声数据依次进行滤波、分析和融合后进行AES加密,并将加密后的噪声数据包传输到应用层;
步骤(3):所述应用层将接收到的加密数据包进行解密处理,并对解密后的数据同时进行存储和分析处理,将分析处理后的数据以图像的形式显示出来。
2.根据权利要求1所述的基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法,其特征在于,所述感知层包括至少一个感知节点,每个感知节点都具有至少一个声音传感器。
3.根据权利要求1所述的基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法,其特征在于,所述步骤(2)包括如下具体处理:
步骤(21):汇聚层对接收到的初步噪声数据依次进行滤波、分析和融合处理,形成噪声数据包;
步骤(22):创建密钥,并初始化密钥;
步骤(23):利用AES加密方法对步骤(21)中的噪声数据包进行加密处理;
步骤(24):将步骤(23)中加密后的噪声数据包传输到应用层。
4.根据权利要求1所述的基于AES加密的机场噪声预测数据网络传输方法,其特征在于,所述步骤(2)中汇聚层将加密后的数据包通过socket通信协议传送到应用层。
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