面向无线传感器网络的混沌加密与消息鉴别算法

doi:10.3969/j.issn.1000-436x.2013.05.013

通信学报 ›› 2013, Vol. 34 ›› Issue (5): 113-120.doi: 10.3969/j.issn.1000-436x.2013.05.013

面向无线传感器网络的混沌加密与消息鉴别算法

陈铁明^1,²,葛亮¹

¹ 浙江工业大学计算机科学与技术学院，浙江杭州 310023;
² 北京航空航天大学软件开发环境国家重点实验室，北京 100191

出版日期:2013-05-25 发布日期:2017-06-27
基金资助:
国家自然科学基金资助项目;浙江省自然科学基金资助项目;浙江省科技厅公益技术研究计划基金资助项目;“十二五”国家密码发展基金密码理论课题基金资助项目;北京航空航天大学软件开发环境国家重点实验室开放课题基金资助项目

Chaos-based encryption and message authentication algorithm for wireless sensor network

Tie-ming CHEN^1,²,Liang GE¹

¹ College of Computer Science ＆ Technology,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310023,China;
² State Key Laboratory of Software Development Environment,Beihang University,Beijing 100191,China

Online:2013-05-25 Published:2017-06-27
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China;The Natural Science Foundation of Zhejiang;The National Cryptography Development Foundation of China;Zhejiang Public Technology Research Project;The State Key Laboratory of Software Development and Environment of Beihang University

摘要/Abstract

摘要：

摘要：针对数字混沌密码无法直接在轻量的传感节点上实现，介绍了一种基于整数型混沌映射的轻量级分组加密算法，并提出一种新型的消息鉴别码方案，具有输出长度可变、混沌序列复合安全等特点，最后实现了一个完整的无线传感网数据安全传输应用方案，并在Mica2节点上给出性能分析。实验表明该方案对无线传感网具有更高的实用性。

关键词: 无线传感器网络, 混沌映射, 分组加密, 散列函数, 消息鉴别码

Abstract:

As for the traditional digital chaos-based scheme being not directly applicable for WSN because some sensor node does not support the float type of computation,integer chaotic maps and its block encryption schemes are firstly in-troduced,and then a novel chaos-based message authentication code (MAC) scheme was proposed,which was length changeable with high-level hybrid chaotic security.At last,a security application solution for data communication on WSN employing the proposed chaos-based schemes is presented,and the performance evaluation on the real-world Mica2 node is analyzed to show that the new security solution is more applicable for WSN than the current most popular security scheme,TinySec.

Key words: wireless sensor network, chaos mapping, block encryption, hash function, MAC

陈铁明,葛亮. 面向无线传感器网络的混沌加密与消息鉴别算法[J]. 通信学报, 2013, 34(5): 113-120.

Tie-ming CHEN,Liang GE. Chaos-based encryption and message authentication algorithm for wireless sensor network[J]. Journal on Communications, 2013, 34(5): 113-120.

图/表 16

图1

图2

图3

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图5

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表1

图8

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参考文献 15

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N		B				P/%				?B				?P /%
N	本方案	Wang^[11]	Zhang^[12]	MD5	本方案	Wang^[11]	Zhang^[12]	MD5	本方案	Wang^[11]	Zhang^[12]	MD5	本方案	Wang^[11]	Zhang^[12]	MD5
N=256	63.98	64.09	63.35	63.68	49.99	0.07	9.32	49.75	5.48	5.38	5.93	5.38	4.28	4.21	5.01	4.20
N =512	63.89	63.92	64.62	63.92	49.91	49.94	50.53	49.93	5.60	5.62	5.82	5.78	4.38	4.39	4.93	4.36
N =1 024	63.97	64.08	63.41	63.98	49.98	50.06	49.49	49.98	5.65	5.56	5.68	5.73	4.41	4.34	.68	4.48
N =2 048	64.03	63.98	64.63	64.03	50.03	49.98	49.46	50.02	5.61	5.53	5.57	5.66	4.38	4.33	4.51	4.42

方案	碰撞hit数
本方案	2
Wang^[11]	2
Zhang^[12]	3
MD5	2

方案		绝对差
方案	最大值	最小值	平均
本方案	2 283	644	1 372
Wang^[11]	2 295	689	1 526
Zhang^[12]	2 014	546	1 350
MD5	2 074	590	1 304

N	B	P /%	?B	?P /%
N=256	16.18	50.54	2.86	8.94
N=512	15.88	49.64	2.85	8.92
N=1 024	16.04	50.11	2.81	8.79
N=2 048	16.17	50.54	2.79	8.74

绝对差d	本方案
最大值	553
最小值	84
平均	288

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安全方案	ROM/byte	RAM/byte
TinyOS（原始通信协议）	11 858	522
TinySec	20 962	757
本文方案	17 434	654

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