[發明專利]一種基于物理層協議數據提取隨機數對體征參數特征值擾動的加解密方法

有效

• 申請號: 202010953938.0
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112104643B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 劉挺;趙鴻毅;龐宇;韓凱寧;王駿超;肖青;劉勇;馬萃林;楊利華;趙汝法
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學;中移物聯網有限公司;重慶兩江半導體研究院有限公司
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于物理層協議數據提取隨機數對體征參數特征值擾動的加解密方法，屬于網絡安全技術領域。該方法包括：加密過程：首先使用初始密鑰利用物理層協議數據隨機數進行擾動生成初始密鑰；然后使用體征參數特征值PQ利用物理層協議數據隨機數擾動后生產密鑰流；最后明文流通過密鑰流中的密鑰進行加密產生加密密文流。解密過程：接收端接收到密文流后，利用前導序列同步后得到的物理層協議數據隨機數生成密鑰參數對傳遞的體征參數特征值擾動生成密鑰，根據所得密鑰對密文流進行解密得到明文流。本發明利用對稱式加密算法中相對較少的運算量實現輕量級安全加密，保證網絡節點間數據的低功耗安全傳輸。

技術領域

本發明屬于網絡安全技術領域，涉及一種基于物理層協議數據提取隨機數對體征參數特征值擾動的加解密方法。

背景技術

體域網(BAN)由于能夠就人體生命體征指標參數采集節點在人體局域范圍組網傳輸，在醫療、健康、救援、戰場救護等領域研究生命體征變化趨勢及生命保障發揮著重要作用，目前引起了大量學術以及工業研究應用的關注。體域網中由于檢測節點多采用微型傳感器件采集監測人體體征參數，作為一種遠程物理前端無線體征信號解決方案，其目的是實現長時間超低實時物理狀態監測，因此簡單化的硬件和超低功耗實現對節點資源有限，信號采集、傳輸滿足低功耗對加密算法在時間、空間、能耗和安全提出新的挑戰。

伴隨著無線通信、微電機系統、集成電路工藝快速發展與技術更新，傳感器件的小型化、高度集成化引發了無線傳感器網絡高速發展。在新技術的推動下，傳感器節點由過去單一的數據采集功能向多協議無線通信、高精度數據采集、低功耗端預處理、協同組網的方向集成化發展。組網應用發展應用擴大，節點增多使得對信息的依賴性增強，節點間信息傳輸安全以及無限傳感器網絡的安全應用成為研究人員關注的一個新的焦點。隨著無線體域網的廣泛應用，由于無線節點設備數據承載能力弱，節點能量低的特點使得節點數據傳輸安全成面臨較為突出的安全威脅，數據加密機制成為網絡安全防護的重要手段。數據加密通常根據其形式劃分成基于共享密鑰的對稱式加密如DES/3DES算法，RC算法，Blowfish算法等和基于公私密鑰的非對稱式加密如RSA算法，ECC橢圓曲線算法，Diffil-Hellman算法等。對稱式加密算法由于加密過程與解密過程共享同一個密鑰因此具有加解密運算量小，加解密過程速度快，加密效率高等優勢，但因長時間使用同一密鑰其安全性對共享密鑰高度依賴，同時存在共享密鑰被破解的風險。非對稱加密算法由于使用公鑰與私鑰避免密鑰交換傳遞因此具有較好的保密性，其中由于私鑰的非公開其安全性得到了極大的提高，但由于引入公鑰與私鑰的機制，算法較復雜，加密解密運算過程對節點資源消耗較大。

因此，亟需一種既能減小加密算法復雜度，又能降低運算過程對節點資源消耗的加解密算法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于物理層協議數據提取隨機數對體征參數特征值擾動的加解密方法，解決傳統對稱式加密算法中的共享密鑰傳輸泄漏導致的安全性問題以及非對稱式加密算法中公私鑰帶來的高復雜計算問題，利用對稱式加密算法中相對較少的運算量實現輕量級安全加密，保證網絡節點間數據的低功耗安全傳輸。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于物理層協議數據提取隨機數對體征參數特征值擾動的加解密方法，該方法的加密過程包括：首先使用初始密鑰K_ini利用物理層協議數據隨機數進行擾動生成初始密鑰；然后使用體征參數特征值PQ利用物理層協議數據隨機數擾動后生產密鑰流K_i；最后明文流通過密鑰流中的密鑰進行加密產生加密密文流I_ci。

進一步，該方法的解密過程包括：接收端接收到密文流I_ci后，利用前導序列同步后得到的物理層協議數據隨機數生成密鑰參數對傳遞的體征參數特征值擾動生成密鑰，根據所得密鑰對密文流I_ci進行解密得到明文流I_pi。

進一步，該方法具體包括以下步驟：