CN112188484B - 适合于传感器网络的安全加密方法 - Google Patents

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CN112188484B CN202010962790.7A CN202010962790A CN112188484B CN 112188484 B CN112188484 B CN 112188484B CN 202010962790 A CN202010962790 A CN 202010962790A CN 112188484 B CN112188484 B CN 112188484B
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Abstract

本发明提供了适合于传感器网络的安全加密方法，其有别于现有技术将加密算法固定设置于加密芯片中而导致只能运行单一的加密算法，其通过额外设置加密设备对无线传感器网络中的数据信息进行加密处理，并且该加密设备运行的加密算法类型可根据不同场景需求进行变换调整，从而使得该加密设备能够运行多种不同的加密算法，并且该安全加密方法还能够提高加密算法的可替换性，其通过将加密操作集中与专用的加密设备中，以避免因更换加密算法而需要调整整个无线传感器网络，同时还能够省去原来传感器进行加密操作而产生的额外功耗和延长传感器的使用寿命。

Description

适合于传感器网络的安全加密方法
技术领域
本发明涉及无线网络的技术领域，特别涉及适合于传感器网络的安全加密方法。
背景技术
目前，无线传感器网络在一些特殊场景下对于数据安全性方面还需要进一步的加强，由于无线传感器网络本身在硬件部署中要求对硬件设备进行低功耗和广分布的设置，这就要求在无线传感器网络进行数据安全处理的方式必须具备运算量小和算法简便易形的特点。而现有技术为了对无线传感器网络的数据进行加密需要事先将所选用的加密算法写入相应的加密芯片中，这使得一旦选用某种加密算法，整个无线传感器网络中的所有加密芯片都只能唯一执行该加密算法，这不利于后期对无线传感器网络进行加密算法的调整，其严重地降低了无线传感器网络的运行灵活性；此外，由于现有的传感器计算能力较差，其不适于运行过于复杂的加密算法，这无法满足不同场景的安全加密要求。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供适合于传感器网络的安全加密方法，其包括对来自无线传感器网络中的传感器的数据信息进行解析处理，并根据该解析处理的结果，确定该数据信息发送至加密设备的传输路由，并指示该加密设备根据该传输路由获取来自该传感器的数据信息，并根据该数据信息生成与其相匹配的加密指示信号，再指示上位机接收该加密指示信号，以此实现该上位机与该加密设备之间的密钥协商，同时指示该上位机根据该加密指示信号确定与该数据信息相匹配的加密算法，最后在该加密设备与该上位机之间完成预设安全验证操作的情况下，指示该加密设备执行该加密算法，以此对该数据信息进行加密处理；可见，该适合于传感器网络的安全加密方法有别于现有技术将加密算法固定设置于加密芯片中而导致只能运行单一的加密算法，其通过额外设置加密设备对无线传感器网络中的数据信息进行加密处理，并且该加密设备运行的加密算法类型可根据不同场景需求进行变换调整，从而使得该加密设备能够运行多种不同的加密算法，并且该安全加密方法还能够提高加密算法的可替换性，其通过将加密操作集中与专用的加密设备中，以避免因更换加密算法而需要调整整个无线传感器网络，同时还能够省去原来传感器进行加密操作而产生的额外功耗和延长传感器的使用寿命。
本发明提供适合于传感器网络的安全加密方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤S1，对来自无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，并根据所述解析处理的结果，确定所述数据信息发送至加密设备的传输路由；
步骤S2，指示所述加密设备根据所述传输路由获取来自所述无线传感器的数据信息，并根据所述数据信息生成与其相匹配的加密指示信号；
步骤S3，指示上位机接收所述加密指示信号，以此实现所述上位机与所述加密设备之间的密钥协商，同时指示所述上位机根据所述加密指示信号确定与所述数据信息相匹配的加密算法；
步骤S4，在所述加密设备与所述上位机之间完成预设安全验证操作的情况下，指示所述加密设备执行所述加密算法，以此对所述数据信息进行加密处理；
进一步，在所述步骤S1中，对来自无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，并根据所述解析处理的结果，确定所述数据信息发送至加密设备的传输路由具体包括，
步骤S101，获取所述无线传感器网络中所有无线传感器与所述加密设备的传输距离信息；
步骤S102，对来自所述无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，以此提取关于所述数据信息的核心传感数据和关于所述无线传感器的无线传感器ID信息，其中，所述核心传感数据包括所述无线传感器生成的无线通信影像数据和/或无线通信文本数据；
步骤S103，根据所述无线传感器ID信息和所述传输距离信息，确定所述数据信息发送至所述加密设备的传输路由，并且还根据所述核心传感数据的数据比特值大小，对所述核心传感数据进行相应的压缩打包处理；
进一步，在所述步骤S101中，获取所述无线传感器网络中所有无线传感器与所述加密设备的传输距离信息具体包括，
步骤S1011，获取所述无线传感器网络中所有无线传感器相互之间的拓扑连接关系，以此确定所述无线传感器网络中所有无线传感器各自对应的通信节点位置信息；
步骤S1012，根据所述通信节点位置信息和所述加密设备与所述无线传感器网络之间的通信连接状态，确定所有无线传感器与所述加密设备的传输距离信息；
进一步，在所述步骤S103中，根据所述无线传感器ID信息和所述传输距离信息，确定所述数据信息发送至所述加密设备的传输路由具体包括，
根据所述无线传感器ID信息和所述传输距离信息，确定所述无线传感器与所述加密设备之间传输数据所需要经过的最少通信节点数量，并根据所述最少通信节点数量，确定所述数据信息发送至所述加密设备的传输路由；
或者，
在所述步骤S103中，根据所述核心传感数据的数据比特值大小，对所述核心传感数据进行相应的压缩打包处理具体包括
根据所述核心传感数据的数据比特值大小，将所述核心传感数据分切为若干预设比特范围内的子数据集合，再对所述子数据集合进行压缩打包处理；
进一步，在所述步骤S2中，指示所述加密设备根据所述传输路由获取来自所述无线传感器的数据信息，并根据所述数据信息生成与其相匹配的加密指示信号具体包括，
步骤S201，指示所述加密设备根据所述传输路由获取来自所述无线传感器的数据信息，并对所述数据信息进行解压缩处理和数据重组处理，从而还原得到相应的数据信息；
步骤S202，获取所述数据信息的数据制式类型，并根据所述数据制式类型生成与所述数据信息相匹配的加密指示信号；
进一步，在所述步骤S3中，指示上位机接收所述加密指示信号，以此实现所述上位机与所述加密设备之间的密钥协商具体包括，
指示所述上位机接收来自所述加密设备的所述加密指示信号，并对所述加密指示信号进行识别处理，以此确定对所述数据信息进行加密处理对应的期望加密功耗范围和期望加密复杂性评判值，以此实现所述上位机与所述加密设备之间的密钥协商；
进一步，在所述步骤S3中，指示所述上位机根据所述加密指示信号确定与所述数据信息相匹配的加密算法具体包括，
指示所述上位机根据所述期望加密功耗范围和所述期望加密复杂性评判值，从预设加密算法库中寻找出与所述数据信息相匹配的加密算法；
进一步，在所述步骤S4中，在所述加密设备与所述上位机之间完成预设安全验证操作的情况下，指示所述加密设备执行所述加密算法，以此对所述数据信息进行加密处理具体包括，
步骤S401，指示所述加密设备向所述上位机发送加密设备标识信息，其中，所述加密设备标识信息包括所述加密设备的物理地址信息；
步骤S402，指示所述上位机从所述加密设备标识信息中提取得到相应的物理地址特征码，并将所述物理地址特征码与预设物理地址特征码数据库进行比对处理，若所述物理地址特征码存在于所述预设物理地址特征码数据库，则确定完成所述预设安全验证操作，否则确定未完成所述预设安全验证操作、并将所述无线传感器标识为非授权传感器；
步骤S403，在确定完成所述预设安全验证操作时，指示所述加密设备中的加密硬件运行所述加密算法，从而所述数据信息进行加密处理；
进一步，在步骤S1012中，根据所述通信节点位置信息和所述加密设备与所述无线传感器网络之间的通信连接状态，确定所有无线传感器与所述加密设备的传输距离信息包括根据所述无线传感器网络之间的通信连接状态中的信号功率，并利用最大似然估计的方式得到所述无线传感器与所述加密设备的粗略传输距离，然后根据所述通信节点位置信息对所述粗略传输距离进行修正，最终确定所述无线传感器与所述加密设备的传输距离，其具体过程为，
第一，根据最大似然估计法以及利用下面公式(1)，得到每一个所述无线传感器与所述加密设备的粗略传输距离
Figure GDA0003191135070000051
在上述公式(1)中，
Figure GDA0003191135070000052
表示第a个无线传感器与所述加密设备的粗略传输距离，Ta表示在距离所述第a个无线传感器1米处的信号功率值，Pa表示所述加密设备接收到的所述第a个无线传感器发射信号的信号功率值，n表示无线传感器的总个数，
Figure GDA0003191135070000053
表示除所述第a个无线传感器之外的第i个无线传感器与所述加密设备的粗略传输距离、且
Figure GDA0003191135070000054
Pi表示除所述第a个无线传感器之外的第i个无线传感器在发射信号时的信号功率值，Ti表示在距离除所述第a个无线传感器之外的第i个无线传感器1米处的信号功率值；
第二、在所述所有通信节点中任选其中的一个通信节点作为参考节点，再利用下面公式(2)根据所述通信节点位置信息得到每一个所述无线传感器与所述加密设备的距离权重系数
Figure GDA0003191135070000061
在上述公式(2)中，λa表示所述第a个无线传感器与所述加密设备的距离权重系数，J′a表示所述第a个无线传感器对应的第a个所述通信节点与所述加密设备的测量距离、且
Figure GDA0003191135070000062
(Xa,Ya)表示所述通信节点位置信息中所述第a个无线传感器对应的第a个所述通信节点的位置坐标，(X,Y)表示所述加密设备的位置坐标，Ja表示所述第a个无线传感器对应的第a个所述通信节点与所述参考节点之间的测量距离、且
Figure GDA0003191135070000063
(X0,Y0)表示所述通信节点位置信息中所述参考节点的位置坐标，Ja0表示所述第a个无线传感器对应的第a个所述通信节点与所述参考节点之间的实际距离；
第三、利用下面公式(3)，对所述粗略传输距离进行修正，从而确定所述无线传感器与所述加密设备的传输距离
Figure GDA0003191135070000064
在上述公式(3)中，
Figure GDA0003191135070000065
表示修正后的所述无线传感器与所述加密设备的传输距离。
相比于现有技术，该适合于传感器网络的安全加密方法包括对来自无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，并根据该解析处理的结果，确定该数据信息发送至加密设备的传输路由，并指示该加密设备根据该传输路由获取来自该无线传感器的数据信息，并根据该数据信息生成与其相匹配的加密指示信号，再指示上位机接收该加密指示信号，以此实现该上位机与该加密设备之间的密钥协商，同时指示该上位机根据该加密指示信号确定与该数据信息相匹配的加密算法，最后在该加密设备与该上位机之间完成预设安全验证操作的情况下，指示该加密设备执行该加密算法，以此对该数据信息进行加密处理；可见，该适合于传感器网络的安全加密方法有别于现有技术将加密算法固定设置于加密芯片中而导致只能运行单一的加密算法，其通过额外设置加密设备对无线传感器网络中的数据信息进行加密处理，并且该加密设备运行的加密算法类型可根据不同场景需求进行变换调整，从而使得该加密设备能够运行多种不同的加密算法，并且该安全加密方法还能够提高加密算法的可替换性，其通过将加密操作集中与专用的加密设备中，以避免因更换加密算法而需要调整整个无线传感器网络，同时还能够省去原来传感器进行加密操作而产生的额外功耗和延长传感器的使用寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的适合于传感器网络的安全加密方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，为本发明实施例提供的适合于传感器网络的安全加密方法的流程示意图。该适合于传感器网络的安全加密方法包括如下步骤：
步骤S1，对来自无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，并根据该解析处理的结果，确定该数据信息发送至加密设备的传输路由；
步骤S2，指示该加密设备根据该传输路由获取来自该无线传感器的数据信息，并根据该数据信息生成与其相匹配的加密指示信号；
步骤S3，指示上位机接收该加密指示信号，以此实现该上位机与该加密设备之间的密钥协商，同时指示该上位机根据该加密指示信号确定与该数据信息相匹配的加密算法；
步骤S4，在该加密设备与该上位机之间完成预设安全验证操作的情况下，指示该加密设备执行该加密算法，以此对该数据信息进行加密处理。
该适合于传感器网络的安全加密方法不同于以往将单一加密算法写入加密硬件中来对数据进行不可变的加密处理，其通过在无线传感器网络中设置专用的加密设备，而该加密设备与无线传感器之间在硬件上和数据处理上是相互独立的，该加密设备能够对来自无线传感器的数据信息选择合适的加密算法，并根据该加密算法对该数据信息进行加密处理，该加密设备能够执行的加密算法并不是固定不变的，其能够根据数据信息的具体情况进行可替换变化，并且该加密设备能够独立于该无线传感器进行加密处理，从而省去原来在无线传感器上进行加密处理所需要的功耗，从而提高无线传感器网络对不同加密场景的适用性和降低无线传感器网络的功耗。
优选地，在该步骤S1中，对来自无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，并根据该解析处理的结果，确定该数据信息发送至加密设备的传输路由具体包括，
步骤S101，获取该无线传感器网络中所有无线传感器与该加密设备的传输距离信息；
步骤S102，对来自该无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，以此提取关于该数据信息的核心传感数据和关于该无线传感器的无线传感器ID信息，其中，该核心传感数据包括该无线传感器生成的无线通信影像数据和/或无线通信文本数据；
步骤S103，根据该无线传感器ID信息和该传输距离信息，确定该数据信息发送至该加密设备的传输路由，并且还根据该核心传感数据的数据比特值大小，对该核心传感数据进行相应的压缩打包处理。
由于无线传感器网络中不同无线传感器所处的位置并不相同，其声称的数据信息也不相同，通过对数据信息进行解析处理以提取得到对应的核心传感数据和无线传感器ID信息，能够便于准确地确定无线传感器与加密设备之间的传输距离，提高该数据信息的传输效率和避免发生数据信息传输遗漏的情况。
优选地，在该步骤S101中，获取该无线传感器网络中所有无线传感器与该加密设备的传输距离信息具体包括，
步骤S1011，获取该无线传感器网络中所有无线传感器相互之间的拓扑连接关系，以此确定该无线传感器网络中所有无线传感器各自对应的通信节点位置信息；
步骤S1012，根据该通信节点位置信息和该加密设备与该无线传感器网络之间的通信连接状态，确定所有无线传感器与该加密设备的传输距离信息。
根据所有无线传感器相互之间的拓扑连接关系，能够准确地对每一个无线传感器进行定位，从而准确地确定每一个无线传感器与该加密设备之间的传输距离信息。
优选地，在该步骤S103中，根据该无线传感器ID信息和该传输距离信息，确定该数据信息发送至该加密设备的传输路由具体包括，
根据该无线传感器ID信息该传输距离信息，确定该无线传感器与该加密设备之间传输数据所需要经过的最少通信节点数量，并根据该最少通信节点数量，确定该数据信息发送至该加密设备的传输路由。
通过确定该无线传感器与该加密设备之间传输数据所需要经过的最少通信节点数量，能够保证该数据信息沿着路径最短的传输路由进行传输，从而有效地提高数据信息的传输速度和降低该无线传感器网的数据传输荷载。
优选地，在该步骤S103中，根据该核心传感数据的数据比特值大小，对该核心传感数据进行相应的压缩打包处理具体包括
根据该核心传感数据的数据比特值大小，将该核心传感数据分切为若干预设比特范围内的子数据集合，再对该子数据集合进行压缩打包处理。
根据该核心传感数据的数据比特值大小，对该核心传感数据进行切分和压缩打包，能够保证压缩打包后的数据压缩包与该无线传感器网络的数据传输带框相匹配，从而提高该数据压缩包的传输效率和降低该数据压缩包的传输失真度。
优选地，在该步骤S2中，指示该加密设备根据该传输路由获取来自该无线传感器的数据信息，并根据该数据信息生成与其相匹配的加密指示信号具体包括，
步骤S201，指示该加密设备根据该传输路由获取来自该无线传感器的数据信息，并对该数据信息进行解压缩处理和数据重组处理，从而还原得到相应的数据信息；
步骤S202，获取该数据信息的数据制式类型，并根据该数据制式类型生成与该数据信息相匹配的加密指示信号。
通过对该数据信息进行解压缩处理和数据重组处理能够保证还原得到的数据信息与原始数据信息是相同的，并且还能够有效地降低数据信息在传输过程中引入的噪声，而根据该数据制式类型生成该加密指示信号能够保证该数据信息获得向匹配适应的加密处理。
优选地，在该步骤S3中，指示上位机接收该加密指示信号，以此实现该上位机与该加密设备之间的密钥协商具体包括，
指示该上位机接收来自该加密设备的该加密指示信号，并对该加密指示信号进行识别处理，以此确定对该数据信息进行加密处理对应的期望加密功耗范围和期望加密复杂性评判值，以此实现该上位机与该加密设备之间的密钥协商；其中，该加密指示信号本身包括该期望加密功耗范围和期望加密复杂性评判值。
由于不同数据信息对应的加密安全强度并不相同，并且不同复杂程度的加密算法其运行过程中所需要的加密功耗也并不相同，根据该数据信息对应的期望加密功耗范围和期望加密复杂性评判值，能够在保证数据信息获得相应安全级别的加密处理的同时，最大限度地降低加密处理所需要的功耗。
优选地，在该步骤S3中，指示该上位机根据该加密指示信号确定与该数据信息相匹配的加密算法具体包括，
指示该上位机根据该期望加密功耗范围和该期望加密复杂性评判值，从预设加密算法库中寻找出于该数据信息相匹配的加密算法。
通过在预设加密算法库中寻找匹配合适的加密算法，能够提高该数据信息的加密处理效率和加密安全。
优选地，在该步骤S4中，在该加密设备与该上位机之间完成预设安全验证操作的情况下，指示该加密设备执行该加密算法，以此对该数据信息进行加密处理具体包括，
步骤S401，指示该加密设备向该上位机发送加密设备标识信息，其中，该加密设备标识信息包括该加密设备的物理地址信息；
步骤S402，指示该上位机从该加密设备标识信息中提取得到相应的物理地址特征码，并将该物理地址特征码与预设物理地址特征码数据库进行比对处理，若该物理地址特征码存在于该预设物理地址特征码数据库，则确定完成该预设安全验证操作，否则确定未完成该预设安全验证操作、并将该无线传感器标识为非授权传感器；
步骤S403，在确定完成该预设安全验证操作时，指示该加密设备中的加密硬件运行该加密算法，从而该数据信息进行加密处理。
通过该加密设备与该上位机之间进行关于加密设备的物理地址信息的安全验证操作，能够保证只有具备授权资格的加密设备才能调用运行相应的加密算法，从而避免发生数据信息非授权加密和数据泄露的情况发生。
优选地，在步骤S1012中，根据该通信节点位置信息和该加密设备与该无线传感器网络之间的通信连接状态，确定所有无线传感器与该加密设备的传输距离信息包括根据该无线传感器网络之间的通信连接状态中的信号功率，并利用最大似然估计的方式得到该无线传感器与该加密设备的粗略传输距离，然后根据该通信节点位置信息对该粗略传输距离进行修正，最终确定该无线传感器与该加密设备的传输距离，其具体过程为，
第一，根据最大似然估计法以及利用下面公式(1)，得到每一个该无线传感器与该加密设备的粗略传输距离
Figure GDA0003191135070000121
在上述公式(1)中，
Figure GDA0003191135070000122
表示第a个无线传感器与该加密设备的粗略传输距离，Ta表示在距离该第a个无线传感器1米处的信号功率值，Pa表示该加密设备接收到的该第a个无线传感器发射信号的信号功率值，n表示无线传感器的总个数，
Figure GDA0003191135070000123
表示除该第a个无线传感器之外的第i个无线传感器与该加密设备的粗略传输距离(可以是任何一种粗略估计方法得到的粗略传输距离，粗略估计方法不包括最大似然估计法)、且
Figure GDA0003191135070000124
Pi表示除该第a个无线传感器之外的第i个无线传感器在发射信号时的信号功率值，Ti表示在距离除该第a个无线传感器之外的第i个无线传感器1米处的信号功率值；
第二、在该所有通信节点中任选其中的一个通信节点作为参考节点，再利用下面公式(2)根据该通信节点位置信息得到每一个该无线传感器与该加密设备的距离权重系数
Figure GDA0003191135070000131
在上述公式(2)中，λa表示该第a个无线传感器与该加密设备的距离权重系数，J′a表示该第a个无线传感器对应的第a个该通信节点与该加密设备的测量距离、且
Figure GDA0003191135070000132
(Xa,Ya)表示该通信节点位置信息中该第a个无线传感器对应的第a个该通信节点的位置坐标，(X,Y)表示该加密设备的位置坐标，Ja表示该第a个无线传感器对应的第a个该通信节点与该参考节点之间的测量距离、且
Figure GDA0003191135070000133
(X0,Y0)表示该通信节点位置信息中该参考节点的位置坐标，Ja0表示该第a个无线传感器对应的第a个该通信节点与该参考节点之间的实际距离；
第三、利用下面公式(3)，对该粗略传输距离进行修正，从而确定该无线传感器与该加密设备的传输距离
Figure GDA0003191135070000134
在上述公式(3)中，
Figure GDA0003191135070000135
表示修正后的该无线传感器与该加密设备的传输距离。
利用公式(1)得到每一个无线传感器与加密设备的粗略传输距离，目的是为了利用信号功率粗略的计算出一个大致的传输距离，从而为后续计算奠定基础；利用公式(2)得到每一个无线传感器与加密设备的距离权重系数，目的是为了利用距离权重系数可以进一步得到对粗略传输距离的修正值进行修正；最后利用公式(3)得到修正后的无线传感器与加密设备的传输距离，完成对无线传感器与加密设备的传输距离信息的确定；上述过程利用最大似然估计的方式对每一个所述无线传感器都进行了整合修正，并且再利用距离权重系数对所述传输距离进行二次修正，从而得到准确的传输距离值，提高了系统的准确性以及可靠性。
从上述实施例的内容可知，该适合于传感器网络的安全加密方法包括对来自无线传感器网络中的传感器的数据信息进行解析处理，并根据该解析处理的结果，确定该数据信息发送至加密设备的传输路由，并指示该加密设备根据该传输路由获取来自该传感器的数据信息，并根据该数据信息生成与其相匹配的加密指示信号，再指示上位机接收该加密指示信号，以此实现该上位机与该加密设备之间的密钥协商，同时指示该上位机根据该加密指示信号确定与该数据信息相匹配的加密算法，最后在该加密设备与该上位机之间完成预设安全验证操作的情况下，指示该加密设备执行该加密算法，以此对该数据信息进行加密处理；可见，该适合于传感器网络的安全加密方法有别于现有技术将加密算法固定设置于加密芯片中而导致只能运行单一的加密算法，其通过额外设置加密设备对无线传感器网络中的数据信息进行加密处理，并且该加密设备运行的加密算法类型可根据不同场景需求进行变换调整，从而使得该加密设备能够运行多种不同的加密算法，并且该安全加密方法还能够提高加密算法的可替换性，其通过将加密操作集中与专用的加密设备中，以避免因更换加密算法而需要调整整个无线传感器网络，同时还能够省去原来传感器进行加密操作而产生的额外功耗和延长传感器的使用寿命。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.适合于传感器网络的安全加密方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤S1，对来自无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，并根据所述解析处理的结果，确定所述数据信息发送至加密设备的传输路由；
步骤S2，指示所述加密设备根据所述传输路由获取来自所述无线传感器的数据信息，并根据所述数据信息生成与其相匹配的加密指示信号；
步骤S3，指示上位机接收所述加密指示信号，以此实现所述上位机与所述加密设备之间的密钥协商，同时指示所述上位机根据所述加密指示信号确定与所述数据信息相匹配的加密算法；
步骤S4，在所述加密设备与所述上位机之间完成预设安全验证操作的情况下，指示所述加密设备执行所述加密算法，以此对所述数据信息进行加密处理；
其中，在所述步骤S1中，对来自无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，并根据所述解析处理的结果，确定所述数据信息发送至加密设备的传输路由具体包括，
步骤S101，获取所述无线传感器网络中所有无线传感器与所述加密设备的传输距离信息；
步骤S102，对来自所述无线传感器网络中的无线传感器的数据信息进行解析处理，以此提取关于所述数据信息的核心传感数据和关于所述无线传感器的无线传感器ID信息，其中，所述核心传感数据包括所述无线传感器生成的无线通信影像数据和/或无线通信文本数据；
步骤S103，根据所述无线传感器ID信息和所述传输距离信息，确定所述数据信息发送至所述加密设备的传输路由，并且还根据所述核心传感数据的数据比特值大小，对所述核心传感数据进行相应的压缩打包处理；
其中，在所述步骤S101中，获取所述无线传感器网络中所有无线传感器与所述加密设备的传输距离信息具体包括，
步骤S1011，获取所述无线传感器网络中所有无线传感器相互之间的拓扑连接关系，以此确定所述无线传感器网络中所有无线传感器各自对应的通信节点位置信息；
步骤S1012，根据所述通信节点位置信息和所述加密设备与所述无线传感器网络之间的通信连接状态，确定所有无线传感器与所述加密设备的传输距离信息；
其中，在步骤S1012中，根据所述通信节点位置信息和所述加密设备与所述无线传感器网络之间的通信连接状态，确定所有无线传感器与所述加密设备的传输距离信息包括：根据所述无线传感器网络之间的通信连接状态中的信号功率，并利用最大似然估计的方式得到所述无线传感器与所述加密设备的粗略传输距离，然后根据所述通信节点位置信息对所述粗略传输距离进行修正，最终确定所述无线传感器与所述加密设备的传输距离，其具体过程为，
第一，根据最大似然估计法以及利用下面公式(1)，得到每一个所述无线传感器与所述加密设备的粗略传输距离
Figure FDA0003191135060000021
在上述公式(1)中，
Figure FDA0003191135060000022
表示第a个无线传感器与所述加密设备的粗略传输距离，Ta表示在距离所述第a个无线传感器1米处的信号功率值，Pa表示所述加密设备接收到的所述第a个无线传感器发射信号的信号功率值，n表示无线传感器的总个数，
Figure FDA0003191135060000023
表示除所述第a个无线传感器之外的第i个无线传感器与所述加密设备的粗略传输距离、且
Figure FDA0003191135060000031
Pi表示除所述第a个无线传感器之外的第i个无线传感器在发射信号时的信号功率值，Ti表示在距离除所述第a个无线传感器之外的第i个无线传感器1米处的信号功率值；
第二、在所有通信节点中任选其中的一个通信节点作为参考节点，再利用下面公式(2)根据所述通信节点位置信息得到每一个所述无线传感器与所述加密设备的距离权重系数
Figure FDA0003191135060000032
在上述公式(2)中，λa表示所述第a个无线传感器与所述加密设备的距离权重系数，J′a表示所述第a个无线传感器对应的第a个所述通信节点与所述加密设备的测量距离、且
Figure FDA0003191135060000033
(Xa,Ya)表示所述通信节点位置信息中所述第a个无线传感器对应的第a个所述通信节点的位置坐标，(X,Y)表示所述加密设备的位置坐标，Ja表示所述第a个无线传感器对应的第a个所述通信节点与所述参考节点之间的测量距离、且
Figure FDA0003191135060000034
(X0,Y0)表示所述通信节点位置信息中所述参考节点的位置坐标，Ja0表示所述第a个无线传感器对应的第a个所述通信节点与所述参考节点之间的实际距离；
第三、利用下面公式(3)，对所述粗略传输距离进行修正，从而确定所述无线传感器与所述加密设备的传输距离
Figure FDA0003191135060000035
在上述公式(3)中，
Figure FDA0003191135060000036
表示修正后的所述无线传感器与所述加密设备的传输距离。
2.如权利要求1所述的适合于传感器网络的安全加密方法，其特征在于：在所述步骤S103中，根据所述无线传感器ID信息和所述传输距离信息，确定所述数据信息发送至所述加密设备的传输路由具体包括，
根据所述无线传感器ID信息和所述传输距离信息，确定所述无线传感器与所述加密设备之间传输数据所需要经过的最少通信节点数量，并根据所述最少通信节点数量，确定所述数据信息发送至所述加密设备的传输路由；
或者，
在所述步骤S103中，根据所述核心传感数据的数据比特值大小，对所述核心传感数据进行相应的压缩打包处理具体包括
根据所述核心传感数据的数据比特值大小，将所述核心传感数据分切为若干预设比特范围内的子数据集合，再对所述子数据集合进行压缩打包处理。
3.如权利要求1所述的适合于传感器网络的安全加密方法，其特征在于：在所述步骤S2中，指示所述加密设备根据所述传输路由获取来自所述无线传感器的数据信息，并根据所述数据信息生成与其相匹配的加密指示信号具体包括，
步骤S201，指示所述加密设备根据所述传输路由获取来自所述无线传感器的数据信息，并对所述数据信息进行解压缩处理和数据重组处理，从而还原得到相应的数据信息；
步骤S202，获取所述数据信息的数据制式类型，并根据所述数据制式类型生成与所述数据信息相匹配的加密指示信号。
4.如权利要求1所述的适合于传感器网络的安全加密方法，其特征在于：在所述步骤S3中，指示上位机接收所述加密指示信号，以此实现所述上位机与所述加密设备之间的密钥协商具体包括，
指示所述上位机接收来自所述加密设备的所述加密指示信号，并对所述加密指示信号进行识别处理，以此确定对所述数据信息进行加密处理对应的期望加密功耗范围和期望加密复杂性评判值，以此实现所述上位机与所述加密设备之间的密钥协商。
5.如权利要求4所述的适合于传感器网络的安全加密方法，其特征在于：在所述步骤S3中，指示所述上位机根据所述加密指示信号确定与所述数据信息相匹配的加密算法具体包括，
指示所述上位机根据所述期望加密功耗范围和所述期望加密复杂性评判值，从预设加密算法库中寻找出与所述数据信息相匹配的加密算法。
6.如权利要求1所述的适合于传感器网络的安全加密方法，其特征在于：在所述步骤S4中，在所述加密设备与所述上位机之间完成预设安全验证操作的情况下，指示所述加密设备执行所述加密算法，以此对所述数据信息进行加密处理具体包括，
步骤S401，指示所述加密设备向所述上位机发送加密设备标识信息，其中，所述加密设备标识信息包括所述加密设备的物理地址信息；
步骤S402，指示所述上位机从所述加密设备标识信息中提取得到相应的物理地址特征码，并将所述物理地址特征码与预设物理地址特征码数据库进行比对处理，若所述物理地址特征码存在于所述预设物理地址特征码数据库，则确定完成所述预设安全验证操作，否则确定未完成所述预设安全验证操作、并将所述无线传感器标识为非授权传感器；
步骤S403，在确定完成所述预设安全验证操作时，指示所述加密设备中的加密硬件运行所述加密算法，从而所述数据信息进行加密处理。
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