WSN的加密算法研究

发布时间：2017-03-30 18:06

  本文关键词：WSN的加密算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感网络(W ireless Sensor Network,WSN)发展初期,硬件节点资源严重受限,虽然近年来芯片生产工艺有所提高,且W SN迎来了大规模商用的热潮,但是伴随其出现的安全问题,限制了W SN在军事、国防、医疗等存在敏感数据领域的进一步发展,为此需研究一定的安全技术来改善这一状况。本文主要是围绕数据的加密算法技术进行研究,在W SN上采用合适的加密算法是解决安全问题的前提,也是最有效和最可靠的保护数据安全的措施。在加密算法中,相对节省资源的对称加密算法无疑更适合资源受限的W SN节点,从单节点的成本上考虑,也不宜增加硬件加密模块。综合以上两点,本文将研究重点集中于W SN上的对称加密算法。本文第一部分主要内容是对W SN上的对称加密算法进行整理和总结,并分析几种现行WSN加密算法的优缺点,同时研究WSN对加密算法相关参数性能的需求,最终寻找到一个性能已经十分优秀但仍有改进空间的对称加密算法——高级加密标准(A dvanced Encryption Standard,AES)。本文的第二部分主要内容是针对A ES算法进行深入分析、研究和改进,提出了轻量级高级加密标准(L ightweight Advanced Encryption Standard,LAES)。工作内容主要如下:1.提升S盒的复杂度,进而提高其安全性能;2.对10轮加密的原始算法进行轮数精简;3.采用全局查表法大幅优化算法执行效率;4.分别使用穷举法、线性密码分析法和差分密码分析法来对比LAES算法和AES算法,以实现对L AES算法安全性的评估,分析的结果表明,LAES算法的安全性能完全满足W SN机密通信的要求;5.使用理论分析和硬件节点实测来比较AES算法和LAES算法的优劣,来自节点的存储开销、执行时间耗费等方面的比较结果证明了L AES算法性能优秀,十分适合于WSN数据的加密,极具实用价值。
【关键词】：无线传感网络 高级加密标准 轻量级高级加密标准 算法改进
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN915.08
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 无线传感网络的数据安全问题8-10
• 1.2.1 无线传感网络数据安全问题的特殊性9-10
• 1.2.2 无线传感网络数据安全的要求10
• 1.3 无线传感网络数据安全研究现状10-14
• 1.4 本文的研究目标和研究内容14-15
• 1.4.1 研究目标14
• 1.4.2 研究内容14-15
• 第二章 WSN加密算法研究15-31
• 2.1 加密算法原理和分类15-20
• 2.1.1 加密算法原理15-16
• 2.1.2 加密算法分类16-20
• 2.2 加密算法分组工作模式20-26
• 2.2.1 电子密码簿模式20-21
• 2.2.2 密码分组链接模式21-23
• 2.2.3 密码反馈模式23-24
• 2.2.4 输出反馈模式24-25
• 2.2.5 计数器模式25-26
• 2.2.6 工作模式特点比较26
• 2.3 WSN现行加密算法26-31
• 2.3.1 数据加密标准27
• 2.3.2 国际数据加密算法27-28
• 2.3.3 Rivest密码28
• 2.3.4 微型加密算法28-29
• 2.3.5 Skipjack加密算法29
• 2.3.6 高级加密标准29-30
• 2.3.7 WSN现行加密算法总结30-31
• 第三章 轻量级高级加密标准31-56
• 3.1 高级加密标准31-35
• 3.1.1 数学基础32-34
• 3.1.2 状态与初始密钥34-35
• 3.2 轮变换简介35-40
• 3.2.1 字节代换35-38
• 3.2.2 行移位38-39
• 3.2.3 列混合39-40
• 3.2.4 轮密钥加40
• 3.2.5 轮密钥生成算法40
• 3.3 LAES算法40-51
• 3.3.1 算法改进（一）S盒改进41-46
• 3.3.2 算法改进（二）轮数精简46-49
• 3.3.3 算法改进（三）全局查表法49-51
• 3.4 LAES算法安全性分析51-56
• 3.4.1 LAES算法抗穷举攻击能力52
• 3.4.2 LAES算法抗线性分析能力52-53
• 3.4.3 LAES算法抗差分分析能力53-56
• 第四章 验证与评估56-64
• 4.1 实验平台介绍56-60
• 4.1.1 软件介绍56-59
• 4.1.2 硬件介绍59-60
• 4.2 算法评估指标60-61
• 4.2.1 存储资源60
• 4.2.2 算法执行时间60-61
• 4.3 算法的复杂度比较61-63
• 4.3.1 时间复杂度对比61-62
• 4.3.2 空间复杂度对比62-63
• 4.4 结果分析与比较63-64
• 4.4.1 RAM与ROM存储空间比较63
• 4.4.2 算法执行时间比较63-64
• 第五章 总结与展望64-66
• 5.1 总结64-65
• 5.2 展望65-66
• 参考文献66-68
• 附录1 程序清单68-73
• 附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文73-74
• 附录3 密钥比特差扩散表74-77
• 致谢77

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