CN115484067A - 一种基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法 - Google Patents

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李飞
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Abstract

本发明公开了一种基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法，本发明Logistic映射是一维离散混沌系统，运算速度快，方程反复迭代可以产生较好的混沌序列。合理设计的混沌序列密码加密算法不会随着对符合要求的密钥流数量的提高而复杂化，混沌系统和AES加密算法结合提高安全性和高效性。

Description

一种基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法
技术领域
本发明涉及工业车辆蓝牙传输技术领域，具体涉及一种基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法。
背景技术
随着计算机网络技术的迅速发展，越来越多的智能蓝牙设备应用于我们的生活和生产中。蓝牙作为一种近距离无线通信解决方案，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换，基于其独特性能，蓝牙设备也广泛的应用到工业车辆中，发挥其重要作用。在安装蓝牙设备的工业车辆上，车辆数据安全是车辆安全的重要保障，安全准确的数据加密算法能够保证数据实时传输和及时上报，确保车辆的安全。
信息安全主要涉及到用户身份验证．访问控制、数据完整性、数据加密等问题。网络安全产品大量涌现。虽然各种网络安全产品的功能多种多样，但它们无一例外地要使用加密技术。一个好的加密算法首先表现在它的安全性上，一个不安全的算法会使使用它的网络变得更加脆弱;其次要考虑它在软硬件方面实现的难易度，不易实现的加密算法是不现实的；第三要看使用此加密算法会不会降低数据传输速率；但目前蓝牙数据传输易受到信息窃取、消息篡改等安全问题，并且若密钥被截取，那么攻击者便可以利用密钥解密后截取到的密文，威胁到蓝牙数据传输的安全性。
因此，提供一种不会随着对符合要求的密钥流数量的提高而复杂化的基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法，已是一个值得研究的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种不会随着对符合要求的密钥流数量的提高而复杂化的基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法，包括以下步骤：步骤1：车辆系统与工业车辆蓝牙设备建立数据连接，同时获取工业车辆蓝牙设备的MAC地址；
步骤2：车辆系统与工业车辆蓝牙设备根据MAC地址构建相同的一维混沌系统；
步骤3：数据传输开始时，将需要加密的明文填充为128bit的整数倍，然后以8bit为一单元转换成0-255范围内的十进制，最后按照16字节的长度进行分组；
步骤4：采用一维离散混沌系统Logistic映射产生对称混沌密钥值，Logistic映射的定义为：
X(n) = F[x(n-1)] = u*x(n-1)*(1-x(n-1))
其中，参数u介于（0，4），x（n）在（0，1）之间；
F[x(n-1)]迭代数列公式，X(n)数列, μ∈[0,4]被称为Logistic分支参数,x参数；
步骤5：得到步骤4混沌密钥值序列后，以该密钥序列对分组的明文进行AES加密，得到加密后的密文；
步骤6：接收端收到发送端发送的分组的密文，在构建过的相同的离散混沌密钥系统下，加密和解密采用相同的数据处理方式和密钥生成方式，产生对称混沌密钥值序列，接收端通过对称的混沌密钥值序列及AES算法对密文进行解密，得到分组的16字节明文；
步骤7：接收端将接收到的分组的明文进行排序整合得到发送端发送的原始数据，加密通讯完成。
所述步骤4中，混沌系统Logistic映射中，当u达到极限值，即u=3.5699456时，系统的稳态解 周期为∞；当3.5699456<u≤4时，Logistic映射呈现混沌状态，实际应用时，u的取值范围应设定为：3.5699456＜u≤4。
所述步骤5中，具体步骤为：设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明文，K为密钥，C为密文，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C；AES的处理单位是字节，128位的输入明文分组P和输入密钥K都被分成16个字节，分别记为P= P0 P1 … P15 和 K = K0 K1 … K15；明文分组为P = abcdefghijklmnop,其中的字符a对应P0，p对应P15，明文分组用字节为单位的正方形矩阵描述，称为状态矩阵。在算法的每一轮中，状态矩阵的内容不断发生变化，最后的结果作为密文输出；该矩阵中字节的排列顺序为从上到下、从左至右依次排列。
积极有益效果：本发明Logistic映射是一维离散混沌系统，运算速度快，方程反复迭代可以产生较好的混沌序列。合理设计的混沌序列密码加密算法不会随着对符合要求的密钥流数量的提高而复杂化，混沌系统和AES加密算法结合提高安全性和高效性。
附图说明
图1为本发明的混沌密钥序列建立过程图；
图2为本发明的AES10轮加密示意图；
图3为本发明的AES算法加密简易示意图；
图4为本发明的AES算法加密过程图；
图5为本发明的一维离散混沌系统结合AES算法加密过程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图5所示，一种基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法，包括以下步骤：步骤1：车辆系统与工业车辆蓝牙设备建立数据连接，同时获取工业车辆蓝牙设备的MAC地址；
步骤2：车辆系统与工业车辆蓝牙设备根据MAC地址构建相同的一维混沌系统；
步骤3：数据传输开始时，将需要加密的明文填充为128bit的整数倍，然后以8bit为一单元转换成0-255范围内的十进制，最后按照16字节的长度进行分组；
步骤4：如图1所示，采用一维离散混沌系统Logistic映射产生对称混沌密钥值，Logistic映射的定义为：
X(n) = F[x(n-1)] = u*x(n-1)*(1-x(n-1))
其中，参数u介于（0，4），x（n）在（0，1）之间，
F[x(n-1)]迭代数列公式，X(n)数列, μ∈[0,4]被称为Logistic分支参数,x参数；
所述步骤4中，混沌系统Logistic映射中，当u达到极限值，即u=3.5699456时，系统的稳态解 周期为∞；当3.5699456<u≤4时，Logistic映射呈现混沌状态，实际应用时，u的取值范围应设定为：3.5699456＜u≤4。
数据长度记为|X|，系统交互次数为N；S为|X|及N变为小数后得乘积；例如|X|=352，N=8，则S=0.352*0.8
u=3.569946+S/2 (保证u<4)；X0=S，多次迭代F[x(n-1)]式,就得到一个序列值Xi(i=0,1,2,3,4…n)，取Xi小数点后第j到j+k位，就可以得到一个n*(k+1)位的加密密钥。根据Logistic映射特性可知，其值域取值范围为x（n）∈(0 ,1)，而一个字节数据的最大值为255，取混沌输出值的三位有效数字，将其进行归一化至0～255范围内：Ei＝Xi*255；
步骤5：如图2至图4所示，得到步骤4混沌密钥值序列后，以该密钥序列对分组的明文进行AES加密，得到加密后的密文。
具体步骤为：设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明文，K为密钥，C为密文，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C；AES的处理单位是字节，128位的输入明文分组P和输入密钥K都被分成16个字节，分别记为P = P0 P1 …P15 和 K = K0 K1 … K15；明文分组为P = abcdefghijklmnop，其中的字符a对应P0，p对应P15，明文分组用字节为单位的正方形矩阵描述，称为状态矩阵。在算法的每一轮中，状态矩阵的内容不断发生变化，最后的结果作为密文输出；该矩阵中字节的排列顺序为从上到下、从左至右依次排列。
步骤6：接收端收到发送端发送的分组的密文，在构建过的相同的离散混沌密钥系统下，加密和解密采用相同的数据处理方式和密钥生成方式，产生对称混沌密钥值序列，接收端通过对称的混沌密钥值序列及AES算法对密文进行解密，得到分组的16字节明文。
步骤7：接收端将接收到的分组的明文进行排序整合得到发送端发送的原始数据，加密通讯完成。
工业车辆同蓝牙设备进行数据传输时，数据不会通过简单的明文传输，一定是经过加密和处理后进行传输的密文，但是简单单调的加密过程，数据容易被攻击窃取，存在极大的安全问题。另一方面工业车辆运行中，如果数据传输很慢，加解密过程耗时过长，以及传输过程出现错误，则不仅耗时还存在极大的安全隐患问题。本设计的关键在于实现AES密钥的动态变化，也就是将原来算法中一成不变的密钥，在每加密一轮，就要改变下一轮的密钥，并且产生的这个密钥与上一轮密钥没有线性关系，也就是所说的混沌序列。将混沌映射与AES加密算法结合起来，以一维的Logistic映射产生混沌密钥，并在加密过程中进行动态变换，其算法实现简单，运算速度较快，结合AES算法，有很高的安全性、随机性和快速的运算速度。
本发明Logistic映射是一维离散混沌系统，运算速度快，方程反复迭代可以产生较好的混沌序列。合理设计的混沌序列密码加密算法不会随着对符合要求的密钥流数量的提高而复杂化，混沌系统和AES加密算法结合提高安全性和高效性。

Claims (4)

1.一种基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：车辆系统与工业车辆蓝牙设备建立数据连接，同时获取工业车辆蓝牙设备的MAC地址；
步骤2：车辆系统与工业车辆蓝牙设备根据MAC地址构建相同的一维混沌系统；
步骤3：数据传输开始时，将需要加密的明文填充为128bit的整数倍，然后以8bit为一单元转换成0-255范围内的十进制，最后按照16字节的长度进行分组；
步骤4：采用一维离散混沌系统Logistic映射产生对称混沌密钥值，Logistic映射的定义为：
X(n) = F[x(n-1)] = u*x(n-1)*(1-x(n-1))
其中，参数u介于（0，4），x（n）在（0，1）之间， F[x(n-1)]迭代数列公式，X(n)数列, μ∈[0,4]被称为Logistic分支参数，x参数；
步骤5：得到步骤4混沌密钥值序列后，以该密钥序列对分组的明文进行AES加密，得到加密后的密文；
步骤6：接收端收到发送端发送的分组的密文，在构建过的相同的离散混沌密钥系统下，加密和解密采用相同的数据处理方式和密钥生成方式，产生对称混沌密钥值序列，接收端通过对称的混沌密钥值序列及AES算法对密文进行解密，得到分组的16字节明文；
步骤7：接收端将接收到的分组的明文进行排序整合得到发送端发送的原始数据，加密通讯完成。
2.根据权利要求1所述的基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法，其特征在于：所述步骤4中，混沌系统Logistic映射中，当u达到极限值，即u=3.5699456时，系统的稳态解周期为∞；当3.5699456<u≤4时，Logistic映射呈现混沌状态，实际应用时，u的取值范围应设定为：3.5699456＜u≤4。
3.根据权利要求1所述的基于工业车辆的蓝牙数据传输的加密算法，其特征在于：所述步骤5中，具体步骤为：设AES加密函数为E，则 C = E(K, P),其中P为明文，K为密钥，C为密文，把明文P和密钥K作为加密函数的参数输入，则加密函数E会输出密文C；AES的处理单位是字节，128位的输入明文分组P和输入密钥K都被分成16个字节，分别记为P = P0 P1 …P15 和 K = K0 K1 … K15；明文分组为P = abcdefghijklmnop,其中的字符a对应P0，p对应P15，明文分组用字节为单位的正方形矩阵描述，称为状态矩阵。
4.在算法的每一轮中，状态矩阵的内容不断发生变化，最后的结果作为密文输出；该矩阵中字节的排列顺序为从上到下、从左至右依次排列。
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