包榮鑫 溫靖程 黎子熠 張思萌

【摘要】 隨著通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)和傳感器的日益成熟，微機(jī)電系統(tǒng)和片上系統(tǒng)等的快速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生，它融合了上述幾種技術(shù)的技術(shù)特點，正以其低功耗、低成本、分布式和自組織等特點帶來一場信息感知的變革。

如何在節(jié)點計算速度、電源能量、通信能力和存儲數(shù)據(jù)有限的情況下設(shè)置安全機(jī)制，提供機(jī)密性保護(hù)和身份認(rèn)證功能，防止各種惡意攻擊，為傳感器網(wǎng)絡(luò)提供一個安全的工作環(huán)境，是關(guān)乎無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能否廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 傳輸加密

傳輸加密

加密算法使用對稱密鑰，采用密鑰預(yù)存機(jī)制，通過算法迭代生成n代的子密鑰，加密和解密算法使用加法、位運(yùn)算、循環(huán)3種操作實現(xiàn)。 在每個節(jié)點中預(yù)先存儲一個32位原始密鑰K，32位安全憑證S，迭代次數(shù)t，隨機(jī)步長數(shù)C。為了防止節(jié)點被俘而造成密鑰流失，原始密鑰經(jīng)過加密以后存儲在節(jié)點中。

同時，終端的計算機(jī)中保留整個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的原始密鑰；S在網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證過程中從Sink節(jié)點接受；t每次迭代后數(shù)量加1，加密過程結(jié)束后歸零；C由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生。加密過程進(jìn)行8次，產(chǎn)生8個子密鑰。

過程中使用的符號中，+/- 為模32加法和減法，<<< / >>> 為循環(huán)左移和循環(huán)右移，⊕為異或。 子密鑰生成過程：

每個節(jié)點根據(jù)子密鑰生成算法產(chǎn)生子密鑰，見公式2-1-1

為迭代i次得到的密鑰，為第i-1次得到的密鑰，為實際用于加密的密鑰，S為在網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證過程中接受的安全憑證，C為步長偏移量。每次加密通過偏移、異或得到，在經(jīng)過偏移將保護(hù)起來。加密時輸入t和c，輸出得到和t，過程中不存儲。

加密算法過程：

輸入64位明文M，通過加密算法產(chǎn)生64位密文，見公式2-1-2

將明文M分成兩個長度為32位的字段，分別存在和中。

直接由上一次的左半部分得到；通過異或，相加和循環(huán)得到。加密時輸入M和c，輸出X和c。

經(jīng)過8次加密以后得到和，將兩部分組合成密文X連通c發(fā)送出去。首先通過算法強(qiáng)行發(fā)送數(shù)據(jù)為64的整數(shù)倍，然后以64為基準(zhǔn)劃分部分，經(jīng)加密后發(fā)送給Sink節(jié)點。

解密過程與加密過程相反，見公式2-1-3

Sink節(jié)點首先對自己保留的節(jié)點原始密碼按照子密鑰生成算法進(jìn)行迭代，得到的子密鑰組，然后將密文分成兩部分。

該算法是建立在應(yīng)經(jīng)建立的可靠認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上，設(shè)計上比已有的DES、RC5等算法更為簡單，更易實現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)的加密算法采用了密鑰預(yù)存技術(shù)，在節(jié)點和Sink節(jié)點中預(yù)先存有被保密過的密鑰，在生成子密鑰的同時與受到的安全憑證相融合，在數(shù)據(jù)傳輸時不會密鑰不會在網(wǎng)絡(luò)上泄漏；在節(jié)點加密時，由于加入了步長設(shè)計，使得節(jié)點可以不用保存生成的子密鑰，即使節(jié)點被俘，也不會造成密鑰泄露。同時，不存儲子密鑰的中間過程節(jié)省了存儲資源，降低了存儲開銷。當(dāng)然，從實際效果來看，采用隨機(jī)步長的機(jī)制比固定模式加密更為可靠。