肖 峰

(安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院，合肥 230031)

隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信傳輸?shù)陌踩允艿饺藗兊臉O大關(guān)注。需要構(gòu)建優(yōu)化的無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息傳輸控制模型，采用優(yōu)化的加密算法，提高通信敏感信息的抗攻擊能力和防竊取能力，結(jié)合通信敏感信息的算術(shù)編碼設(shè)計(jì)方案，研究無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密方法，實(shí)現(xiàn)通信敏感信息竊取防御控制，提高網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，相關(guān)的通信敏感信息竊取防御控制技術(shù)研究也受到人們的極大關(guān)注[1]。

對通信敏感信息竊取防御設(shè)計(jì)是建立在對無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的安全加密基礎(chǔ)上，結(jié)合算術(shù)特征編碼和信息融合技術(shù)，建立無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的密鑰控制協(xié)議，采用敏感密鑰構(gòu)造和特征融合聚類分析的方法，實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密[2]。傳統(tǒng)方法中，文獻(xiàn)[3]提出基于非線性映射加密的通信敏感信息竊取防御控制方法，使用非線性映射和非線性分割的方法來隱藏?cái)?shù)據(jù)分布和數(shù)據(jù)頻率，并給出相應(yīng)的保序加密算法，但這種方法的防御控制所需的計(jì)算開銷較大。文獻(xiàn)[4]中提出基于格式保留的通信敏感信息竊取防御控制方法，通過密鑰派生函數(shù)來生成加密密鑰和解密密鑰，利用混合加密的方式來實(shí)現(xiàn)對敏感信息的防御控制，但這種方法的加密效率并不高。文獻(xiàn)[5]中提出基于混沌映射的數(shù)據(jù)信息加密方法，在非結(jié)構(gòu)化特征分布空間中進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)映射對應(yīng)，構(gòu)建云數(shù)據(jù)的混沌編碼密鑰，從而實(shí)現(xiàn)云平臺下的存儲數(shù)據(jù)算術(shù)編碼和循環(huán)加密，但這種方法進(jìn)行通信敏感信息竊取防御控制的加密性不好。

因此，針對上述問題，本文提出基于高級加密標(biāo)準(zhǔn)(Advanced Encryption Standard, AES)加密的通信敏感信息竊取防御控制算法。構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密的密鑰協(xié)議，結(jié)合橢圓線性規(guī)劃和算術(shù)編碼方法，進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息融合和優(yōu)化編碼設(shè)計(jì)，結(jié)合模糊差分信息融合方法，構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感密鑰表征和通信傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)，通過離散線性調(diào)度方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的特征重組，通過AES加密方法，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的防竊取控制和結(jié)構(gòu)重組，通過加密算法設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)敏感信息竊取防御控制，最后進(jìn)行仿真測試，展示了本文方法在提高通信敏感信息竊取防御控制能力方面的優(yōu)越性能。

1 通信敏感信息編碼和密鑰設(shè)計(jì)

1.1 通信敏感信息編碼

為了實(shí)現(xiàn)基于AES加密的通信敏感信息竊取防御控制，首先需要構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密的密鑰協(xié)議，結(jié)合算術(shù)編碼和密鑰設(shè)計(jì)的方法，建立無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的鏈路層傳輸協(xié)議，采用Turbo碼作為編碼序列，結(jié)合密鑰重組和分組轉(zhuǎn)發(fā)的方法[6]，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息傳輸信道模型，如圖1所示。

圖1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息傳輸信道模型

(1)

(2)

在用戶密鑰生成過程中，分析無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的對稱密鑰[7]，通過輸出密鑰封裝的方法，得到輸入安全參數(shù)為：

(3)

定義待加密的無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的長度為n，采用對稱Hash函數(shù)構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感特征量，用0和1分布進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信加密的糾錯(cuò)控制，根據(jù)輸入系統(tǒng)參數(shù)，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感密鑰傳輸協(xié)議：

(4)

采用碼元頻次特征分解的方法，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的安全編碼模型為：

(5)

綜上，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的安全編碼模型[8]。繼而采用公鑰替換的方法，實(shí)現(xiàn)通信敏感信息的密鑰設(shè)計(jì)。

1.2 通信敏感信息的密鑰設(shè)計(jì)

首先采用替換身份的方法[9]，對通信密鑰H2和H3進(jìn)行線性標(biāo)記，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的參數(shù)信息熵為H2(x)，采用角色分發(fā)收斂密鑰控制的方法，得到私鑰解密收斂密鑰密文為：

(6)

式中：βv(z)表示傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的加密對稱函數(shù)；αv(z)表示滿足方差為α的高斯分布函數(shù)。使用收斂密鑰控制的方法，構(gòu)造出傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的新傳輸序列X=x1，x2，…，xn，并統(tǒng)計(jì)序列X的二項(xiàng)式和Sn=x1+x2+…+xns，得到網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息正態(tài)分布特征量滿足：

(7)

采用差分融合分析的方法，得到傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識位為：

(8)

基于敏感信息數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識位，結(jié)合模糊差分信息融合方法，得到對稱加密協(xié)議下傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的完整密鑰為：

σservice=Tservice+‖Xi+1‖2。

(9)

觀察防御強(qiáng)度，完成通信敏感信息的密鑰設(shè)計(jì)，從而提高數(shù)據(jù)加密傳輸和隱私保護(hù)能力[10]。

2 通信敏感信息竊取防御控制優(yōu)化

2.1 AES加密和解密算法

采用AES加密算法，在執(zhí)行塊內(nèi)進(jìn)行頻數(shù)檢測得到統(tǒng)計(jì)特征量，用param={G1，G2，g，h，H1，H2}表示，采用混沌同態(tài)映射和橢圓線性加密控制的方法[11]，得到線性加密控制的密鑰協(xié)議為：

(10)

式中：Pi(i=1，…，n)表示無對應(yīng)的分塊長度候選值。得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息竊取的輸出離散統(tǒng)計(jì)特征量描述為：

(11)

當(dāng)比特序列的長度為n、分塊長度為M，在獲得對應(yīng)的分塊長度參數(shù)后，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密的信息熵和隨機(jī)概率特征分布為：

(12)

在線性加密控制的密鑰協(xié)議下，取a=0.2，b=0.4，得到塊內(nèi)頻數(shù)檢測統(tǒng)計(jì)特征量，根據(jù)算術(shù)編碼和混沌密鑰控制，構(gòu)建通信敏感信息竊取的密鑰授權(quán)協(xié)議，得到通信敏感信息統(tǒng)計(jì)特征的AES加密算法為：

(13)

假設(shè)異構(gòu)密碼系統(tǒng)的混沌加密副本為J，在自適應(yīng)選擇密文攻擊下，得到通信敏感信息的解密算法為：

(14)

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了AES加密和解密算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)[12]。

2.2 通信敏感信息竊取防御控制

通過AES加密方法，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的防竊取控制和結(jié)構(gòu)重組[13]，得到網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的測度信息滿足：

(15)

(16)

結(jié)合防御控制迭代，得到檢測統(tǒng)計(jì)量需滿足如下收斂控制形式：

(17)

在優(yōu)化的加密分塊長度取值條件下，得到線性加密密鑰統(tǒng)計(jì)特征量，用Rn表示，且服從于標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布函數(shù)，最后將數(shù)據(jù)密文和收斂密鑰發(fā)送到加密密鑰中，得到通信敏感信息竊取防御控制模型為：

(18)

由此實(shí)現(xiàn)了通信敏感信息竊取防御控制，利用AES加密和解密算法，從而完成無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密和竊密防御控制優(yōu)化設(shè)計(jì)[14]。

3 仿真測試分析

實(shí)驗(yàn)選取無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息的長度為1 600 μm，分塊統(tǒng)計(jì)的長度為200 μm，分組大小為120 μm，通信敏感信息傳輸?shù)臅r(shí)延為0.67 ms，數(shù)據(jù)文件的大小為12 GB，得到數(shù)據(jù)加密軌跡線分布如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)加密輸出軌跡線

通過圖2得知，本文方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密的輸出穩(wěn)定性較高，能夠提高敏感信息的抵抗攻擊和竊取的能力。

為更好驗(yàn)證本文方法的優(yōu)越性能，運(yùn)用本文方法與文獻(xiàn)[3]方法、文獻(xiàn)[4]方法、文獻(xiàn)[5]方法分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測試加密防御響應(yīng)時(shí)間，得到對比結(jié)果如圖3所示。

圖3 加密防御響應(yīng)時(shí)間對比

通過圖3得知，本文方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密防御的響應(yīng)時(shí)間最短，說明該方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息竊取防御控制的抗攻擊能力較好。

4 結(jié)語

為了研究無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密方法，實(shí)現(xiàn)通信敏感信息竊取防御控制，提高網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，本文提出基于AES加密的通信敏感信息竊取防御控制算法。采用Turbo碼作為編碼序列，結(jié)合密鑰重組和分組轉(zhuǎn)發(fā)的方法，得到無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息傳輸信道模型，根據(jù)防御強(qiáng)度，結(jié)合模糊差分信息融合方法，構(gòu)建無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感密鑰表征和通信傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息加密和竊密防御控制。研究得知，本文方法進(jìn)行無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信敏感信息數(shù)據(jù)加密輸出軌跡線較為穩(wěn)定、加密防御響應(yīng)時(shí)間較短，抗攻擊能力較強(qiáng)。