CN113438079A - 用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法 - Google Patents

用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法，所述方法包括：S1：确定ECC密钥对，接收端利用ECC算法结合Henon映射生成ECC密钥对，并将ECC私钥保留在接收端，ECC公钥传递给发送端；S2：确定AES密钥以及利用AES密钥获得待加密的数据帧的密文块，发送端利用复合混沌AES加密算法生成AES密钥以及利用AES密钥加密数据帧得到密文块；S3：确定AES密钥的密钥块，发送端利用接收端传来的ECC公钥加密AES密钥得到密钥块；S4：将步骤S2的密文块和步骤S3的密钥块一起发送至接收端；所述解密步骤包括：S5：确定AES密钥，接收端先利用ECC私钥解密密钥块得到AES密钥；确定数据帧，利用AES密钥解密密文块，得到发送端发送的数据帧。

Description

用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法
技术领域
本发明涉及电力信息安全技术领域，尤其涉及一种用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法。
背景技术
在现代通信技术领域，为了保证通信的安全性和可靠性，通常对重要数据信息进行加密。目前数据加密技术可分为对称加密技术和非对称加密技术。对称加密技术是指在加密、解密过程中使用相同的密钥。常用的对称加密技术有DES、3DES、AES，其中，DES由于密钥长度较短，加密强度低，逐渐被更高级的AES加密技术取代。而对非对称加密技术，它的加密密钥和解密密钥是不相同的，而且加密速度较慢。常用的非对称加密技术有RSA、DSA、ECC，其中，RSA和DSA的算法性能相差不大，而ECC在处理速度、带宽要求、安全性等方面有着更好的性能。在实际操作过程中，可以采用非对称加密算法管理对称算法的密钥，然后利用对称加密算法加密明文数据，这样既保证了密钥管理的安全性，又实现了加密速度快的优点，很好地集成了两类算法的优势。从目前智能电网的发展来看，信息安全将是未来智能电网研究的一个重点和热点，也是未来智能电网面临的一个重要挑战。智能台区是我国智能电网建设的末端层级，这一层及营销、配检等多专业交叉，又与用电用户密切相关，信息安全尤为关键。
因此，亟需一种能用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法，其特征在于：所述方法包括加密步骤和解密步骤，具体如下：
所述加密步骤包括：
S1：确定ECC密钥对，接收端利用ECC算法结合Henon映射生成ECC密钥对，并将ECC私钥保留在接收端，ECC公钥传递给发送端；
S2：确定AES密钥以及利用AES密钥获得待加密的数据帧的密文块，发送端利用复合混沌AES加密算法生成AES密钥以及利用AES密钥加密数据帧得到密文块；
S3：确定AES密钥的密钥块，发送端利用接收端传来的ECC公钥加密AES密钥得到密钥块；
S4：将步骤S2的密文块和步骤S3的密钥块一起发送至接收端；
所述解密步骤包括：
S5：确定AES密钥，接收端先利用ECC私钥解密密钥块得到AES密钥；
确定数据帧，利用AES密钥解密密文块，得到发送端发送的数据帧。
进一步，步骤S1包括如下步骤：所述步骤1利用Henon映射生成ECC私钥，具体步骤如下：
S11：输入Henon映射初值(x0,y0)，迭代次数n以及系统参数a,b；
利用下述式子进行迭代，达到迭代次数后，返回结果(xn,yn)；
Figure BDA0003126311310000021
其中，xn+1表示x0第n+1次迭代后的Henon混沌数，yn+1表示y0第n+1次迭代后的Henon混沌数，xn表示x0第n次迭代后的Henon混沌数，yn表示y0第n次迭代后的Henon混沌数，a,b表示系统参数；
S12：计算xn×yn并取整，记为T；
S13：判断T是否小于ECC加密所取椭圆曲线基点的阶数；若是，则T作为ECC私钥，若否，则返回S11。
进一步，所述步骤S2中确定AES密钥的步骤如下：
S21：输入Logistic混沌映射初值x0和控制参数μ，Chebyshev混沌映射初值y0和控制参数k；
S22：根据输入明文总字节数ByteSum进行分组，每组128bit，不足128bit用0补齐；
S23：将Logistic和Chebyshev混沌映射先迭代m次，以消除暂态过程的有害效应；
S24：将Logistic和Chebyshev混沌映射分别迭代128次，各自得到128个实数，以0为阈值，将两组数分别量化为两个128位0、1序列，将两组序列进行异或运算即得到一组AES分组密钥，重复该步骤g次，即可得到所有分组的AES分组密钥；
所述Logistic混沌映射公式如下：
Figure BDA0003126311310000031
其中，xn+1表示第n+1次迭代后的Logistic混沌数，xn表示第n次迭代后的Logistic混沌数，μ表示控制参数；
所述Chebyshev混沌映射公式如下：
yn+1＝cos(k×arccos(yn)) (4)
其中，yn+1表示第n+1次迭代后的Chebyshev混沌数，yn表示第n次迭代后的Chebyshev混沌数。
进一步，低压物联给感知终端和电表互为发送端和接收端。
进一步，低压物联感知终端作为发送端时，先用明文通信获取电表侧ECC公钥；低压物联感知终端作为接收端时，先用明文通信告知电表终端侧ECC公钥；低压物联感知终端存有其档案中所有电表的ECC公钥，每个电表中只存有其所属的低压物联感知终端的ECC公钥。
本发明的有益技术效果：本发明利用ECC结合Henon映射来加密AES密钥，同时利用复合混沌AES算法进行密文加密，混沌映射的引入有效提高了传统ECC加密和AES加密的安全可靠性，混合加密又很好地集成了AES加密速度快和ECC加密安全性高的优点，所述方法用于低压物联感知终端和智能电表间通信加密，有效增加了设备间通信交互的安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本申请的加密流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：
本发明提供一种用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法，其特征在于：所述方法包括加密步骤和解密步骤，具体如下：如图1所示，
所述加密步骤包括：
S1：确定ECC密钥对，接收端利用ECC算法结合Henon映射生成ECC密钥对，并将ECC私钥保留在接收端，ECC公钥传递给发送端；
S2：确定AES密钥以及利用AES密钥获得待加密的数据帧的密文块，发送端利用复合混沌AES加密算法生成AES密钥以及利用AES密钥加密数据帧得到密文块；
S3：确定AES密钥的密钥块，发送端利用接收端传来的ECC公钥加密AES密钥得到密钥块；
S4：将步骤S2的密文块和步骤S3的密钥块一起发送至接收端；
所述解密步骤包括：
S5：确定AES密钥，接收端先利用ECC私钥解密密钥块得到AES密钥；
确定数据帧，利用AES密钥解密密文块，得到发送端发送的数据帧。
在本实施例中步骤S1包括如下步骤：所述步骤1利用Henon映射生成ECC私钥，具体步骤如下：
S11：输入Henon映射初值(x0,y0)，迭代次数n以及系统参数a,b；
利用下述式子进行迭代，达到迭代次数后，返回结果(xn,yn)；
Figure BDA0003126311310000051
其中，xn+1表示x0第n+1次迭代后的Henon混沌数，yn+1表示y0第n+1次迭代后的Henon混沌数，xn表示x0第n次迭代后的Henon混沌数，yn表示y0第n次迭代后的Henon混沌数，a,b表示系统参数；
S12：计算xn×yn并取整，记为T；
S13：判断T是否小于ECC加密所取椭圆曲线基点的阶数；若是，则T作为ECC私钥，若否，则返回S11。
所述Henon映射生成ECC私钥的方式，充分利用了Henon映射的初值敏感性和随机性，映射初值轻微扰动即可生成较大差异的密钥，增加了密钥的破译难度，提高了ECC加密安全可靠性。
在本实施例中，所述步骤S2中确定AES密钥的步骤如下：
S21：输入Logistic混沌映射初值x0和控制参数μ，Chebyshev混沌映射初值y0和控制参数k；
S22：根据输入明文总字节数ByteSum进行分组，每组128bit，不足128bit用0补齐；
S23：将Logistic和Chebyshev混沌映射先迭代m次，以消除暂态过程的有害效应；
S24：将Logistic和Chebyshev混沌映射分别迭代128次，各自得到128个实数，以0为阈值，将两组数分别量化为两个128位0、1序列，将两组序列进行异或运算即得到一组AES分组密钥，重复该步骤g次，即可得到所有分组的AES分组密钥；
所述Logistic混沌映射公式如下：
Figure BDA0003126311310000061
其中，xn+1表示第n+1次迭代后的Logistic混沌数，xn表示第n次迭代后的Logistic混沌数，μ表示控制参数；
所述Chebyshev混沌映射公式如下：
yn+1＝cos(k×arccos(yn)) (4)
其中，yn+1表示第n+1次迭代后的Chebyshev混沌数，yn表示第n次迭代后的Chebyshev混沌数。
Logistic和Chebyshev混沌映射生成AES分组密钥的方式，充分利用了混沌系统对初始值的敏感、长期不可预测、伪随机性等特点，可以简单生成大量密钥，实现了“一次一密”，改善了传统AES算法存的的初始密钥固定，密钥之间可以互相推导的缺点，提交AES加密的安全性。
在本实施例中，低压物联给感知终端和电表互为发送端和接收端，，低压物联感知终端作为接收端时，先用明文通信告知电表终端侧ECC公钥；低压物联感知终端存有其档案中所有电表的ECC公钥，每个电表中只存有其所属的低压物联感知终端的ECC公钥。低压物联感知终端作为发送端时，先用明文通信获取电表侧ECC公钥；低压物联感知终端作为接收端时，先用明文通信告知电表终端侧ECC公钥；低压物联感知终端存有其档案中所有电表的ECC公钥，每个电表中只存有其所属的低压物联感知终端的ECC公钥。
低压物联感知终端向特定电表发送请求帧时，首先，终端侧利用复合混沌AES算法加密请求帧生成密文块，并利用特定电表ECC公钥加密AES密钥生成密钥块，然后将密文块和密钥块一起发送给电表，电表侧利用ECC私钥解密密钥块得到AES密钥，最后利用AES密钥解密密文块得到终端请求帧。
特定电表向低压物联感知终端发送响应帧时，首先，电表利用复合混沌AES算法加密请求帧生成密文块，并利用其所属终端的ECC公钥加密AES密钥生成密钥块，然后将密文块和密钥块一起发送给低压物联感知终端，低压物联感知终端利用ECC私钥解密密钥块得到AES密钥，最后利用AES密钥解密密文块得到响应帧。
综上所述，本发明利用复合混沌AES算法进行密文加密，同时利用ECC结合Henon映射来加密AES密钥，混沌映射的引入有效提高了传统ECC加密和AES加密的安全可靠性，混合加密又很好地集成了AES加密速度快和ECC加密安全性高的优点，所述方法用于低压物联感知终端和智能电表间通信加密，有效增加了用电信息采集设备间通信交互的安全性，该发明在电网信息安全领域有良好的应用推广价值。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法，其特征在于：所述方法包括加密步骤和解密步骤，具体如下：
所述加密步骤包括：
S1：确定ECC密钥对，接收端利用ECC算法结合Henon映射生成ECC密钥对，并将ECC私钥保留在接收端，ECC公钥传递给发送端；
S2：确定AES密钥以及利用AES密钥获得待加密的数据帧的密文块，发送端利用复合混沌AES加密算法生成AES密钥以及利用AES密钥加密数据帧得到密文块；
S3：确定AES密钥的密钥块，发送端利用接收端传来的ECC公钥加密AES密钥得到密钥块；
S4：将步骤S2的密文块和步骤S3的密钥块一起发送至接收端；
所述解密步骤包括：
S5：确定AES密钥，接收端先利用ECC私钥解密密钥块得到AES密钥；
确定数据帧，利用AES密钥解密密文块，得到发送端发送的数据帧。
2.根据权利要求1所述用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法，其特征在于：步骤S1包括如下步骤：所述步骤1利用Henon映射生成ECC私钥，具体步骤如下：
S11：输入Henon映射初值(x0,y0)，迭代次数n以及系统参数a,b；
利用下述式子进行迭代，达到迭代次数后，返回结果(xn,yn)；
Figure FDA0003126311300000011
其中，xn+1表示x0第n+1次迭代后的Henon混沌数，yn+1表示y0第n+1次迭代后的Henon混沌数，xn表示x0第n次迭代后的Henon混沌数，yn表示y0第n次迭代后的Henon混沌数，a,b表示系统参数；
S12：计算xn×yn并取整，记为T；
S13：判断T是否小于ECC加密所取椭圆曲线基点的阶数；若是，则T作为ECC私钥，若否，则返回S11。
3.根据权利要求1所述用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法，其特征在于：所述步骤S2中确定AES密钥的步骤如下：
S21：输入Logistic混沌映射初值x0和控制参数μ，Chebyshev混沌映射初值y0和控制参数k；
S22：根据输入明文总字节数ByteSum进行分组，每组128bit，不足128bit用0补齐；
S23：将Logistic和Chebyshev混沌映射先迭代m次，以消除暂态过程的有害效应；
S24：将Logistic和Chebyshev混沌映射分别迭代128次，各自得到128个实数，以0为阈值，将两组数分别量化为两个128位0、1序列，将两组序列进行异或运算即得到一组AES分组密钥，重复该步骤g次，即可得到所有分组的AES分组密钥；
所述Logistic混沌映射公式如下：
Figure FDA0003126311300000021
其中，xn+1表示第n+1次迭代后的Logistic混沌数，xn表示第n次迭代后的Logistic混沌数，μ表示控制参数；
所述Chebyshev混沌映射公式如下：
yn+1＝cos(k×arccos(yn)) (4)
其中，yn+1表示第n+1次迭代后的Chebyshev混沌数，yn表示第n次迭代后的Chebyshev混沌数。
4.根据权利要求1所述用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法，其特征在于：低压物联给感知终端和电表互为发送端和接收端。
5.根据权利要求4所述用于低压物联感知终端和智能电表的混合加密方法，其特征在于：低压物联感知终端作为发送端时，先用明文通信获取电表侧ECC公钥；低压物联感知终端作为接收端时，先用明文通信告知电表终端侧ECC公钥；低压物联感知终端存有其档案中所有电表的ECC公钥，每个电表中只存有其所属的低压物联感知终端的ECC公钥。
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