基于ECC-AES混合加密的智能配电网安全通信方案设计

发布时间：2017-09-18 17:47

  本文关键词：基于ECC-AES混合加密的智能配电网安全通信方案设计

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【摘要】：随着大量的智能设备的接入和网络结构的日益复杂化,如何保证智能配电网通信安全成为了未来智能配电网安全稳定运行面临的重要挑战,在这一背景下,本文提出了基于ECC-AES混合加密的智能配电网安全通信方案的设计,以解决目前智能配电网现有的加密方案在安全性和效率上的不足,本文主要研究内容如下：1)研究和分析了配电网安全通信体系结构,结合目前国内外研究现状及已有技术,对配电网目前存在的安全隐患和需求进行了分析,指出了配电网嵌入式设备中采用传统的AES (Advanced Encryption Standard,高级加密标准)加密算法存在的安全性不足和计算资源有限无法使用高安全性的ECC加密算法进行高效加密的问题。2)针对配电网安全需求,设计了一种融合了自适应窗口、链长预测和最优基数链选择的ECC (Elliptic Curves Cryptography,椭圆曲线密码编码学)标量乘计算方法,有效的解决了标量乘计算效率低和对内存依赖高的问题,相对于目前公认的先进的基于基数链计算和滑动窗计算方法的ECC加密算法,在128位密钥加密中,进行仿真测试其平均计算效率提升了20%以上,并将该算法与AES算法进行了结合,构建了ECC-AES混合加密算法,以满足配电网高实时性和高安全性的加密要求。3)构建了配电网安全通信方案,完成了通信架构设计,并在此基础上完成了配电网设备接入认证、单播安全通信、组播安全通信和密钥更新等子方案的详细设计,给出了具体的方案实现原理和流程,并从理论上对方案进行了安全性和效率分析,结果表明,该方案在理论上可以满足配电网通信系统已知密钥安全、抗密钥泄露伪装、抗未知密钥共享、完美前向安全、KGC前向安全及已知会话临时信息安全。4)完成了配电网安全通信仿真实验系统的设计,通过进行设备接入注册机验证、单播安全通信和多播安全通信测试,验证了本文设计的配电网安全通信方案的正确性和可靠性。
【关键词】：配电网安全通信 ECC-AES 设备认证 单播通信 组播通信
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918;TM73
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 研究背景与意义9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 研究内容及创新11-12
• 1.4 论文组织结构12-14
• 第2章 配电网安全通信需求及相关技术研究14-23
• 2.1 智能配电网信息安全体系及需求14-17
• 2.1.1 智能配电网通信结构及信息安全体系14-16
• 2.1.2 智能配电网信息安全隐患和需求16-17
• 2.2 智能配电网数据安全传输模型设计要求17-18
• 2.3 信息安全相关技术18-22
• 2.3.1 ECC椭圆曲线密码体系18-19
• 2.3.2 AES对称加密技术19-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 适合配电网的ECC-AES混合加密技术研究与设计23-37
• 3.1 配电网数据加密及通信要求分析23
• 3.2 ECC加密算法研究与改进设计23-28
• 3.2.1 ECC加密算法性能及瓶颈分析23-25
• 3.2.2 ECC加密算法改进研究与设计25-28
• 3.3 ECC-AES混合加密算法研究与设计28-32
• 3.3.1 ECC-AES混合加密算法总体方案设计28-29
• 3.3.2 基于改进ECC加密算法的AES密钥加密设计29-31
• 3.3.3 基于改进ECC加密算法的签名及验证设计31-32
• 3.4 算法仿真分析32-36
• 3.4.1 改进ECC算法核心过程标量乘算法仿真分析32-34
• 3.4.2 ECC及ECC-AES混合加密算法仿真测试34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 基于ECC-AES混合加密的智能配电网安全通信方案设计37-47
• 4.1 配电网安全通信模型设计37-38
• 4.1.1 配电网安全通信概述37-38
• 4.1.2 配电网数据安全传输模型设计38
• 4.2 基于ECC-AES混合加密的配电网安全通信方案架构设计38-40
• 4.3 基于ECC-AES合加密的配电网安全通信详细设计40-45
• 4.3.1 基于ECC-AES混合加密的设备接入方案的设计40-42
• 4.3.2 基于ECC-AES的配电网单播和组播通信子方案设计42-44
• 4.3.3 密钥更新44-45
• 4.4 方案安全性分析45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 智能配电网安全通信实验系统设计及仿真测试47-60
• 5.1 实验环境及开发平台介绍47-48
• 5.1.1 实验环境47
• 5.1.2 OpenSSL开源库47-48
• 5.2 实验仿真系统设计与实现48-53
• 5.2.1 实验仿真系统架构方案设计48-49
• 5.2.2 实验仿真系统核心模块设计与实现49-53
• 5.3 实验仿真结果分析53-59
• 5.3.1 设备接入注册及认证测试及结果分析53-56
• 5.3.2 单播数据安全传输测试及结果分析56-58
• 5.3.3 组播数据加密安全传输测试及结果分析58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第6章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目66

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本文编号：876967