CN104735652A - 一种适用于无线传感器网络的混沌加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种适用于无线传感器网络的混沌加密方法，该方法将无线传感器网络待加密的明文进行划分，利用参数扰动混沌映射随机产生二进制序列，将参数扰动混沌映射迭代N_h＝128+f(C_j)_h次，经过f(C_j)_h次迭代以后，将每次迭代产生的二进制序列的第i位提取出，组成128位的二进制流，将该二进制流的前64位用A_j表示，二进制流的后64位用D_j来表示，将无线传感器网络待加密的明文的第j个分块P_j与其对应的D_j做异或计算，得到新的第j个分块P_j′，将新的第j个分块P_j′与其对应的A_j做异或运算产生密文C_j，将产生的密文C_j反馈给参数扰动混沌映射迭代次数N_h，继续对明文加密。

Description

一种适用于无线传感器网络的混沌加密方法

技术领域

本发明属于无线传感器网络技术领域，具体涉及一种适用于无线传感器网络的混沌加密方法。

背景技术

由于混沌映射在计算机中应用时存在截断问题使得短周期问题更加严重，会影响到混沌加密的安全性，此外，对混沌加密系统的研究还不够成熟，因此如何利用随机性能良好的混沌映射去构造一个能够抵抗各种攻击的混沌加密系统是混沌密码学研究的重点问题。

一种基于混沌映射的分组加密系统该密码系统首先通过混沌映射产生随机二进制序列，然后将所产生的序列与分组明文进行置乱，最后将序列中剩余的部分与分组明文进行异或产生密文。该密码系统密文与明文的长度相等，加密速度较快，是一类混沌加密方法的典型代表，同时该类密码系统也存在安全威胁。有众多的学者对该方法提出了改进方法，有的文章中提出了使用密文反馈的形式改进明文的置乱方式，虽然这种方式提高了对明文的置乱，一定程度上改善了加密系统的安全性，但是他们的改进方式没有从本质上改变明文置乱的空间，使得置乱空间容易遭受穷举攻击的问题没有改善。此外，在众多的改进方案中，都并不能改善第一组加密明文的安全性。这对于所要传输的数据块较小的无线传感器网络来说，任然存在较大的不安全性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种适用于无线传感器网络的混沌加密方法。

本发明技术方案如下：

一种适用于无线传感器网络的混沌加密方法，包括以下步骤：

步骤1：将无线传感器网络待加密的明文按照每个分块8个字节进行划分，用P_j表示第j个分块的8个字节；

步骤2：利用参数扰动混沌映射随机产生二进制序列，将参数扰动混沌映射迭代N_h＝128+f(C_j)_h次，其中，穷＝1…∞,f(C_j)₁＝128，经过f(C_j)_h次迭代以后，将每次迭代产生的二进制序列的第典位提取出，典＝1…K，K为二进制序列小数点后的位数，组成128位的二进制流，将该二进制流的前64位用A_j表示，二进制流的后64位用D_j来表示；

参数扰动混沌映射的公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{n+1}=\mathrm{\μ}{x}_n(1-x_n),\mathrm{\μ}\∈(\lim ,\mathrm{cap})\\ \mathrm{\μ}=\lim +(\mathrm{cap}-\lim ){\mathrm{kx}}_n(1-x_n),k\∈(\lim ,\mathrm{cap}),x_n\∈\left[\mathrm{0,1}\right]\end{array}\right.$

其中，k和μ是参数，k和μ的最小取值为lim＝3.56，k和μ的最大取值为cap＝4，x₀为混沌映射初值。

步骤:3：将无线传感器网络待加密的明文的第j个分块P_j与其对应的D_j做异或计算，得到新的第j个分块P_j'，即P_j'＝P_j⊕D_j；

步骤4：将新的第j个分块P_j'与其对应的A_j做异或运算产生密文C_j，即C_j＝P_j'⊕A_j；

步骤5：对无线传感器网络待加密的明文进行加密；

步骤6：判断无线传感器网络待加密的明文是否加密完成，若是，执行步骤7，否则，将当前的64位的密文块C_j分成8部分：c_jc_j+1...c_j+7，令f(C_j)_h＝c_j+c_j+1+...+c_j+7，并将f(C_j)_h代入参数扰动混沌映射迭代次数N_h中，返回步骤1；

步骤7：得到无线传感器网络待加密的明文的全部加密密文。

本发明的有益效果：

本发明对基于混沌映射的混沌分组加密方法存在的安全问题进行改进，改进的适用于无线传感器网络的混沌加密方法将通过密文反馈给混沌映射的迭代参数，从而使得对于不同的明文加密有不同的加密序列，同时改进的适用于无线传感器网络的混沌加密方法改进了原方中对明文的置乱空间，提高了抵抗选择明文攻击的能力。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中适用于无线传感器网络的混沌加密方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。

一种适用于无线传感器网络的混沌加密方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：将无线传感器网络待加密的明文按照每个分块8个字节进行划分，用P_j表示第j个分块的8个字节。

本实施方式中，选用无线传感器网络待加密的明文为40个字节的明文块：646B,6E76,666A,6869,6161,6B63,6E76,6265,7566,6A66,7269,7566,7279,6772,686A,7664,666C,7367,6165,7967，将该明文按照每个分块8个字节进行划分，得到P₁＝646B6E76666A6869，P₂＝61616B636E766265，P₃＝75666A6672697566，P₄＝72796772686A7664，P₅＝666C736761657967。

步骤2：利用参数扰动混沌映射随机产生二进制序列，将参数扰动混沌映射迭代N_h＝128+f(C_j)_h次，其中，穷＝1…∞,f(C_j)₁＝128，经过f(C_j)_h次迭代以后，将每次迭代产生的二进制序列的第典位提取出，典＝1…K，K为二进制序列小数点后的位数，组成128位的二进制流，将该二进制流的前64位用A_j表示，二进制流的后64位用D_j来表示。

本实施方式中，典取值为10。典所取位数应尽量大，从而具有很好的随机性。

所述的参数扰动混沌映射的公式如式(1)所示：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{n+1}=\mathrm{\μ}{x}_n(1-x_n),\mathrm{\μ}\∈(\lim ,\mathrm{cap})\\ \mathrm{\μ}=\lim +(\mathrm{cap}-\lim ){\mathrm{kx}}_n(1-x_n),k\∈(\lim ,\mathrm{cap}),x_n\∈\left[\mathrm{0,1}\right]\end{array}\right.---\left(1\right)$

本实施方式中，k和μ是参数，k和μ的最小取值为lim＝3.56，k和μ的最大取值为cap＝4，x₀＝0.88893为混沌映射初值。

步骤:3：将无线传感器网络待加密的明文的第j个分块P_j与其对应的D_j做异或计算，得到新的第j个分块P_j'，即P_j'＝P_j⊕D_j。

步骤4：将新的第j个分块P_j'与其对应的A_j做异或运算产生密文C_j，即C_j＝P_j'⊕A_j。

步骤5：对无线传感器网络待加密的明文进行加密。

步骤6：判断无线传感器网络待加密的明文是否加密完成，若是，执行步骤7，否则，将当前的64位的密文块C_j分成8部分：c_jc_j+1...c_j+7，令f(C_j)_h＝c_j+c_j+1+...+c_j+7，并将f(C_j)_h代入参数扰动混沌映射迭代次数N_h中，返回步骤1。

步骤7：得到无线传感器网络待加密的明文的全部加密密文。

本实施方式中，得到的128位的二进制流的前64位用十六进制表示为：

A₁＝CC8C929A3A000AD8，A₂＝54554121CE067CFB，A₃＝C1E73F89877FBF47，A₄＝C6281F9C28D245BD，A₅＝920BAEC98EE8BC62。

得到的128位的二进制流的后64位用十六进制表示为：

D₁＝804A30F53B394136，D₂＝0C74AA6B34114113，D₃＝553D9A7639EA21B9，D₄＝046C88C0A1DD4726，D₅＝F3B551FD5CE9AF6A。

得到的新的第j个分块为：

P₁'＝E4215E835D53295F，P₂'＝6D15C1085A672376，P₃'＝205BF0104B8354DF，P₄'＝7615EFB2C9B73142，P₅'＝95D9229A3D8CD60D。

产生的密文为:

C₁＝28ADCC1967532387，C₂＝3940802994615F8D，C₃＝E1BCCF99CCFCEB98，C₄＝B03DF02EE16574FF，C₅＝07D28C53B3646A6F。

得到无线传感器网络待加密的明文的全部加密密文为：

28AD,CC19,6753,2387,3940,8029,9461,5F8D,E1BC,CF99,CCFC,EB98,B03D,F02E,E165,74FF,07D2,8C53,B364,6A6F。

本发明适用于无线传感器网络的混沌加密方法的解密过程同加密过程完全相同，这样使得加密和解密方法可以使用相同的模块，便于系统集成。

Claims (2)

1.一种适用于无线传感器网络的混沌加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将无线传感器网络待加密的明文按照每个分块8个字节进行划分，用P_j表示第j个分块的8个字节；

步骤2：利用参数扰动混沌映射随机产生二进制序列，将参数扰动混沌映射迭代N_h＝128+f(C_j)_h次，其中，h＝1…∞,f(C_j)₁＝128，经过f(C_j)_h次迭代以后，将每次迭代产生的二进制序列的第i位提取出，i＝1…K，K为二进制序列小数点后的位数，组成128位的二进制流，将该二进制流的前64位用A_j表示，二进制流的后64位用D_j来表示；

步骤:3：将无线传感器网络待加密的明文的第j个分块P_j与其对应的D_j做异或计算，得到新的第j个分块P′_j，即

步骤4：将新的第j个分块P′_j与其对应的A_j做异或运算产生密文C_j，即

步骤5：对无线传感器网络待加密的明文进行加密；

步骤6：判断无线传感器网络待加密的明文是否加密完成，若是，执行步骤7，否则，将当前的64位的密文块C_j分成8部分：c_jc_j+1...c_j+7，令f(C_j)_h＝c_j+c_j+1+...+c_j+7，并将f(C_j)_h代入参数扰动混沌映射迭代次数N_h中，返回步骤1；

步骤7：得到无线传感器网络待加密的明文的全部加密密文。

2.根据权利要求1所述的适用于无线传感器网络的混沌加密方法，其特征在于，所述的参数扰动混沌映射的公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{n+1}=\mathrm{\μ}{x}_n(1-x_n),\mathrm{\μ}\∈(\lim ,\mathrm{cap})\\ \mathrm{\μ}=\lim +(\mathrm{cap}-\lim ){\mathrm{kx}}_n(1-x_n),k\∈(\lim ,\mathrm{cap}),x_n\∈\left[\mathrm{0,1}\right]\end{array}\right.$

其中，k和μ是参数，k和μ的最小取值为lim＝3.56，k和μ的最大取值为cap＝4，x₀为混沌映射初值。