[發(fā)明專利]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)加密

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710809890.4
• 申請(qǐng)日: 2017-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN107395371A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范炯;張宇涵;吉兵;陳振嬌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所
• 主分類號(hào): H04L9/32
• 分類號(hào): H04L9/32
• 代理公司: 總裝工程兵科研一所專利服務(wù)中心32002
• 代理人: 楊立秋

1.一種適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于：

發(fā)送方將待發(fā)送的數(shù)據(jù)m通過SHA-1函數(shù)生成數(shù)據(jù)摘要a，再將得到的數(shù)據(jù)摘要a經(jīng)過ECC加密單元處理生成數(shù)字簽名；

發(fā)送方將待發(fā)送的數(shù)據(jù)m及其數(shù)字簽名發(fā)送給接收方；

接收方通過對(duì)數(shù)字簽名進(jìn)行ECC解密得到數(shù)據(jù)摘要b，并通過對(duì)接收到的數(shù)據(jù)m進(jìn)行SHA-1函數(shù)處理生成數(shù)據(jù)摘要c；

接收方將數(shù)據(jù)摘要b和數(shù)據(jù)摘要c發(fā)送至比較單元；

比較單元對(duì)數(shù)據(jù)摘要b和數(shù)據(jù)摘要c進(jìn)行比較，若數(shù)據(jù)摘要b等于數(shù)據(jù)摘要c，那么數(shù)據(jù)未被篡改，接收方接受簽名，否則數(shù)據(jù)已經(jīng)被篡改，接收方拒絕簽名；

所述發(fā)送方將待發(fā)送的數(shù)據(jù)m通過SHA-1函數(shù)生成數(shù)據(jù)摘要a，再將得到的數(shù)據(jù)摘要a經(jīng)過ECC加密單元處理生成數(shù)字簽名，包括：

發(fā)送方SHA-1加密單元接收數(shù)據(jù)單元傳輸?shù)拇用軘?shù)據(jù)m，并利用SHA-1加密方法加密得到數(shù)據(jù)摘要a，并將數(shù)據(jù)摘要a傳輸至發(fā)送方ECC加密單元；

預(yù)計(jì)算單元與發(fā)送方ECC加密單元連接，通過ECC加密單元確定的基點(diǎn)G進(jìn)行預(yù)計(jì)算得到預(yù)計(jì)算表F(n)，并將其傳輸至ECC加密單元；

所述發(fā)送方ECC加密單元接收來自發(fā)送方SHA-1加密單元發(fā)出的數(shù)據(jù)摘要a，并利用預(yù)計(jì)算單元傳輸過來的預(yù)計(jì)算表F(n)，對(duì)數(shù)據(jù)摘要a進(jìn)行高效的ECC加密，生成數(shù)字簽名；

其中，所述發(fā)送方ECC加密單元與預(yù)計(jì)算單元以及發(fā)送方SHA-1加密單元連接；

所述數(shù)據(jù)單元與其發(fā)送方SHA-1加密單元，以及接收方SHA-1加密單元連接；

數(shù)據(jù)單元存儲(chǔ)待發(fā)送的數(shù)據(jù)m，由發(fā)送方將數(shù)據(jù)m發(fā)送至發(fā)送方SHA-1加密單元和接收方SHA-1加密單元；兩者的加密算法是相同的，都使用的是SHA-1函數(shù)；

所述SHA-1函數(shù)實(shí)現(xiàn)加密的具體步驟如下：

步驟1：附加填充比特

待發(fā)送的原始信息m的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是L位；首先在數(shù)據(jù)最后加一位“1”，接著在這位“1”后面補(bǔ)K個(gè)“0”，使得補(bǔ)位后的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度L+1+K滿足對(duì)512取模后余數(shù)是448；

步驟2：附加長(zhǎng)度值

將64比特加在數(shù)據(jù)后表示數(shù)據(jù)的原始長(zhǎng)度，使數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為512比特的倍數(shù)；

步驟3：分割已填充數(shù)據(jù)

經(jīng)過數(shù)據(jù)的填充后，必須將數(shù)據(jù)劃分成N塊數(shù)據(jù)塊來提供給SHA-1函數(shù)運(yùn)算；填充后的數(shù)據(jù)被分割成(M⁽⁰⁾，M⁽¹⁾，……，M^(N))共N+1塊，每塊數(shù)據(jù)M⁽ⁱ⁾為512位,0≤i≤N；每塊512位的數(shù)據(jù)塊M⁽ⁱ⁾可以表示成32位的字，分別記為：M₀，M₁，……，M₁₅共16個(gè)；

步驟4：初始化緩存

用五個(gè)32比特寄存器(A，B，C，D，E)作為160比特的緩存，初始化使用的是16進(jìn)制的數(shù)字：

A＝A₀＝0X01234567

B＝B₀＝0X89ABCDEF

C＝C₀＝0XFEDCBA98

D＝D₀＝0X76543210

E＝E₀＝0XC3D2E1F0

步驟5：以512比特分組處理消息

步驟5是SHA-1算法的主循環(huán)，主循環(huán)中包含了80次操作，所有80次操作分為4個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)有20次操作，每個(gè)循環(huán)使用一個(gè)非線性函數(shù)，四個(gè)循環(huán)使用的非線性函數(shù)是不同的；所有的80次操作具有相同的基本算法，過程如下：

TEMP＝(A＜＜＜5+F_t(B,C,D)+E+W_t+K_t)

E＝D

D＝C

C＝B＜＜＜30

B＝A

A＝TEMP

其中A，B，C，D，E為中間變量；TEMP是臨時(shí)變量，用于保存運(yùn)算結(jié)果；t為操作的序數(shù)，0≤t≤79；表示向左循環(huán)移動(dòng)；F_t(B,C,D)為非線性函數(shù)；W_t是由當(dāng)前的512比特輸入分組所導(dǎo)出的一個(gè)32比特字；K_t是由算法指定的常數(shù)，它是按照一定規(guī)律得到的偽隨機(jī)數(shù)字；

算法中要用到的四個(gè)非線性函數(shù)F_t設(shè)計(jì)如下：令X、Y、Z為32比特整型數(shù)，那么這四個(gè)非線性函數(shù)分別為：

F_t(X,Y,Z)＝(XY)|(～XZ),其中0≤t≤19

其中20≤t≤39

F_t(X,Y,Z)＝(XY)|(YZ)|(XZ),其中40≤t≤59

其中60≤t≤79

其中表示按位與，|表示按位或，～表示按位取反，表示按位異或；

算法中輸入信息W_t為：

W_t＝M_t,其中0≤t≤15

其中16≤t≤79

算法中輸入信息Kt為：

K_t＝0X5A827999,其中0≤t≤19

K_t＝0X6ED9EBA1,其中20≤t≤39

K_t＝0X8F1BBCDC,其中40≤t≤59

K_t＝0XCA62C1D6,其中60≤t≤79

步驟6：結(jié)果輸出

運(yùn)算最后再執(zhí)行一次加法：

A＝A+A₀

B＝B+B₀

C＝C+C₀

D＝D+D₀

E＝E+E₀

其中A₀、B₀、C₀、D₀、E₀中使用的分別是A、B、C、D、E的初始值，所有512比特的分組處理完成后，產(chǎn)生160比特的數(shù)據(jù)摘要SHA-1(m)；發(fā)送方SHA-1加密單元產(chǎn)生數(shù)據(jù)摘要a，發(fā)送至ECC加密單元；接收方SHA-1加密單元產(chǎn)生數(shù)據(jù)摘要c，發(fā)送至比較單元。