无线传感器网络安全模块的设计与实现
发布时间：2020-12-17 09:45
随着物联网的发展,RFID芯片和无线传感网络等微型计算设备的应用越来越广泛,给人们的生活带来了极大的便利。与此同时,如何确保信息的安全性,越来越引起人们的重视。由于微型计算设备一般计算能力较低、存储空间及能源供应都有限,在这些设备上进行信息保护时,往往需要设计执行效率高、资源消耗少的轻量级密码算法。因此,本文根据轻量级的PUFFIN算法提出了一种保护无线传感器网络信息安全的技术:去协同技术。去协同技术即对输入的数据进行扰乱—称为变码,改变选定字段的数值,在离开保护域时再将其解码—恢复原来的数值。针对无线传感器网络中数据流的去协同技术可以切断攻击者在数据流中加入的触发信息与攻击者在硬件中加入的触发逻辑,使得硬件木马无法正常触发,即实现保护无线传感器网络信息安全的作用。去协同模块是由伪随机数模块、密钥生成模块、更新模块、变码模块以及解码模块组成。伪随机数模块产生随机数列用作做主密钥和随机数。密钥模块生成子密钥用来数据变码和解码。更新模块控制整个系统的逻辑,变解码模块主要功能是对数据进行扰乱和恢复。本论文也给出了去协同模块的设计准则和相关性能参数,同时也在Altera cyclone IV ...
【文章来源】：黑龙江大学黑龙江省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
去协同密钥扩展与PUFFIN密钥扩展对比
在输入主密钥为全 F 的情况下，可以看到 PUFFIN 算法直到前 都还没有完全完成比特扩散，而去协同采用的密钥扩展算法在第二轮之后即扩散，极大增加了轮密钥的强度。同时图 3-5 显示的是密钥扩展模块的 Mode真结果，可以看到输入为全 F 的情况下的输出结果对比，对比图 3-7 的右图可证仿真的结果正确性。图 3-4 去协同密钥扩展与 PUFFIN 密钥扩展对比Fig. 3-4 De-cooperative key extension versus PUFFIN key expansion
Encrypt OR DecryptRound Function 2Round Function 3Round Function 4Round Function 5Round Function 6Round Function 7Round Function 8KeyMUXData_outTag_out图 3-8 去协同加扰/解扰算法模块Fig. 3-8 De-cooperative scrambling/descrambling algorithm module变码算法采用 4 轮 PUFFIN 算法轮函数迭代结构，以流水线形式分 4 拍完成，图 3-9 是细化后的轮函数逻辑结构，每轮的运算都要由输入的 Tag 选择相应的子密钥和 S 盒参加运算，如果标签指示不进行去协同处理，则会将逻辑旁路。变码算法中涉及到两种轮函数：头轮函数(HeadFunction)和普通轮函数（RoundFunction）。轮函数的运算结构如图 14 所示，轮函数输入数据为 64 位，一个普通的轮函数包括一级 S 盒，一层轮密钥加和一层置换运算（P64），如果是头轮函数，则不执行S 盒运算。其中的轮密钥加实际上就是数据与 64 位的子密钥按位异或。
【参考文献】：
期刊论文
[1]物联网环境中LED轻量级密码算法的统计故障分析研究[J]. 李玮,葛晨雨,谷大武,廖林峰,高志勇,郭筝,刘亚,刘志强,石秀金. 计算机研究与发展. 2017(10)
[2]PRESENT算法的改进及仿真设计[J]. 汪亚,魏国珩,张玉婷,蔡双进. 计算机工程与设计. 2017(09)
[3]适用于电力受限设备的轻量级分组密码算法[J]. 张相依,刘硕,唐小宇. 电力信息与通信技术. 2017(08)
[4]PRINCE轻量级密码算法的差分故障分析[J]. 邹祎,李浪,焦铬. 计算机科学. 2017(S1)
[5]面向物联网的SM4算法轻量级实现[J]. 朱坤崧,戴紫彬,张立朝,李伟,朱伟民. 电子技术应用. 2016(12)
[6]几种轻量级分组密码算法的性能分析[J]. 李悦,李玮,曹艳琴,乐嘉锦. 计算机应用与软件. 2016(10)
[7]轻量级Hash函数研究[J]. 龚征. 密码学报. 2016(01)
[8]低轮PUFFIN算法的积分攻击[J]. 赵光耀,成磊,李瑞林,李超,孙兵. 国防科技大学学报. 2015(06)
[9]轻量级分组密码RECTANGLE在X86和X64平台的软件实现评估[J]. 公丽丽,张文涛,包珍珍,郭淳. 中国科学院大学学报. 2015(06)
[10]祖冲之算法硬件实现与研究[J]. 周威,王博,潘伟涛. 国外电子测量技术. 2015(07)
硕士论文
[1]分组密码中S盒的设计与分析[D]. 李声涛.国防科学技术大学 2004
[2]分组密码中关键问题的研究[D]. 刘景伟.西安电子科技大学 2004
本文编号：2921828
【文章来源】：黑龙江大学黑龙江省
【文章页数】：51 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
去协同密钥扩展与PUFFIN密钥扩展对比
在输入主密钥为全 F 的情况下，可以看到 PUFFIN 算法直到前 都还没有完全完成比特扩散，而去协同采用的密钥扩展算法在第二轮之后即扩散，极大增加了轮密钥的强度。同时图 3-5 显示的是密钥扩展模块的 Mode真结果，可以看到输入为全 F 的情况下的输出结果对比，对比图 3-7 的右图可证仿真的结果正确性。图 3-4 去协同密钥扩展与 PUFFIN 密钥扩展对比Fig. 3-4 De-cooperative key extension versus PUFFIN key expansion
Encrypt OR DecryptRound Function 2Round Function 3Round Function 4Round Function 5Round Function 6Round Function 7Round Function 8KeyMUXData_outTag_out图 3-8 去协同加扰/解扰算法模块Fig. 3-8 De-cooperative scrambling/descrambling algorithm module变码算法采用 4 轮 PUFFIN 算法轮函数迭代结构，以流水线形式分 4 拍完成，图 3-9 是细化后的轮函数逻辑结构，每轮的运算都要由输入的 Tag 选择相应的子密钥和 S 盒参加运算，如果标签指示不进行去协同处理，则会将逻辑旁路。变码算法中涉及到两种轮函数：头轮函数(HeadFunction)和普通轮函数（RoundFunction）。轮函数的运算结构如图 14 所示，轮函数输入数据为 64 位，一个普通的轮函数包括一级 S 盒，一层轮密钥加和一层置换运算（P64），如果是头轮函数，则不执行S 盒运算。其中的轮密钥加实际上就是数据与 64 位的子密钥按位异或。
【参考文献】：
期刊论文
[1]物联网环境中LED轻量级密码算法的统计故障分析研究[J]. 李玮,葛晨雨,谷大武,廖林峰,高志勇,郭筝,刘亚,刘志强,石秀金. 计算机研究与发展. 2017(10)
[2]PRESENT算法的改进及仿真设计[J]. 汪亚,魏国珩,张玉婷,蔡双进. 计算机工程与设计. 2017(09)
[3]适用于电力受限设备的轻量级分组密码算法[J]. 张相依,刘硕,唐小宇. 电力信息与通信技术. 2017(08)
[4]PRINCE轻量级密码算法的差分故障分析[J]. 邹祎,李浪,焦铬. 计算机科学. 2017(S1)
[5]面向物联网的SM4算法轻量级实现[J]. 朱坤崧,戴紫彬,张立朝,李伟,朱伟民. 电子技术应用. 2016(12)
[6]几种轻量级分组密码算法的性能分析[J]. 李悦,李玮,曹艳琴,乐嘉锦. 计算机应用与软件. 2016(10)
[7]轻量级Hash函数研究[J]. 龚征. 密码学报. 2016(01)
[8]低轮PUFFIN算法的积分攻击[J]. 赵光耀,成磊,李瑞林,李超,孙兵. 国防科技大学学报. 2015(06)
[9]轻量级分组密码RECTANGLE在X86和X64平台的软件实现评估[J]. 公丽丽,张文涛,包珍珍,郭淳. 中国科学院大学学报. 2015(06)
[10]祖冲之算法硬件实现与研究[J]. 周威,王博,潘伟涛. 国外电子测量技术. 2015(07)
硕士论文
[1]分组密码中S盒的设计与分析[D]. 李声涛.国防科学技术大学 2004
[2]分组密码中关键问题的研究[D]. 刘景伟.西安电子科技大学 2004
本文编号：2921828
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