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混沌分组密码在无线传感器网络中的应用研究

作　者: 杨凯
导　师: 刘建东
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 传感器网络 信息安全 对称加密 混沌序列 仿真
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 59次
引　用: 2次
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内容摘要


本文介绍了无线传感器网络的基本特点和对安全技术的特殊要求，并对现有的用于无线传感器网络的加密算法进行了介绍和对比，分析了各算法的优势与不足。针对无线传感器网络的特殊要求，设计了一种用于无线传感器网络的混沌分组密码算法。该算法采用以整数化的帐篷映射为基础构建的混沌密钥生成器生成密钥序列，并采用Feistel对称分组加密结构。混沌帐篷映射能够生成具有均匀分布特性的伪随机序列，但是由于无线传感器节点的计算能力受限，无法直接处理浮点和除法等复杂运算，从而使定义在实数域的帐篷映射无法直接在无线传感器网络节点上实现。通过将帐篷映射整数化的方法，使混沌帐篷映射在无线传感器网络节点上的实现成为可能。为了改善和优化整数帐篷映射的安全性能，采用了扩展和并行迭代双向耦合的办法，增加了整数帐篷映射的复杂度，加强了混乱和扩散性能。设计实验对扩展耦合整数帐篷映射的安全性能进行了分析和对比，证明扩展耦合整数帐篷映射模型具有优秀的安全性能，是作为密钥序列生成器的理想选择。加密算法采用Feistel对称加密结构，为了避免冗余字节的引入从而导致不必要的能源消耗，采用8bits长度的明文分组，Feistel加密轮数为4轮，并在加密首尾进行两次单字节位置换变换。通过非线性扩散特性实验对所设计的算法进行了分析，同时分析了已有的类似算法，证明了该算法符合非线性扩散要求，并且在安全性能以及运算速度上具有明显的优势。为了验证所设计的密码算法的可实现性，设计了仿真实验进行模拟。实验采用TinyOS操作系统（1.1.0版）自带的TOSSIM仿真工具进行模拟，将所设计密码算法用nesC语言重新编写并进行编译运行，实验程序可在仿真实验中顺利进行加密和解密操作，验证了该算法在无线传感器网络中的可实现性。

全文目录


摘要  6-8
ABSTRACT  8-15
第一章 绪论  15-26
  1.1 研究背景  15-16
  1.2 无线传感器网络概述  16-20
    1.2.1 无线传感器网络构架  16-17
    1.2.2 无线传感器网络特征  17-18
    1.2.3 无线传感器网络应用  18-20
  1.3 无线传感器网络的信息安全  20-25
    1.3.1 无线传感器网络面临的安全问题  20-21
    1.3.2 无线传感器网络的安全性要求  21-22
    1.3.3 无线传感器网络安全技术研究现状  22-25
  1.4 用于无线传感器网络的密码算法设计思路  25-26
第二章 无线传感器网络混沌分组加密理论基础  26-34
  2.1 对称密码算法  26-29
    2.1.1 Feistel 结构分析  26-28
    2.1.2 序列密码  28-29
  2.2 混沌密码  29-34
第三章 混沌密钥生成器  34-53
  3.1 帐篷映射整数化  35-38
  3.2 扩展整数帐篷映射[29]  38-41
  3.3 扩展耦合整数帐篷映射密钥序列生成器  41-42
  3.4 扩展耦合整数帐篷映射安全性能分析  42-53
    3.4.1 分布概率密度分析  42-44
    3.4.2 差值分布特性分析  44-48
    3.4.3 相关性分析  48-53
第四章 无线传感器网络加密算法  53-64
  4.1 无线传感器网络加密算法构造  53-57
  4.2 无线传感器网络加密算法分析  57-63
    4.2.1 安全性能分析  57-62
    4.2.2 运算速度分析  62-63
  4.3 软件实现  63-64
第五章 码算法的仿真实现  64-77
  5.1 仿真环境及工具  64-68
    5.1.1 系统平台的选择  64-65
    5.1.2 TOSSIM仿真工具  65-66
    5.1.3 nesC语言  66-68
  5.2 密码算法在TinyOS中的实现  68-73
    5.2.1 加密程序仿真实现  68-69
    5.2.2 通信加密仿真实验  69-73
  5.3 资源需求分析  73-77
    5.3.1 SRAM占用量预测分析  73-74
    5.3.2 计算开销预测分析  74-77
第六章 总结与展望  77-79
参考文献  79-82
致谢  82-83
研究成果及发表的学术论文  83-84
攻读学位期间参与的科研项目情况  84-85
作者和导师简介  85-86
附件  86-87

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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