專利名稱：一種體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密方法及加密系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及體域網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)加密領(lǐng)域，尤其涉及一種體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密方法及加密系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
體域網(wǎng)(WBAN, Wireless Body Area Networks),又稱為體域傳感網(wǎng)。體域網(wǎng)通常由傳感器節(jié)點(diǎn)和傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。傳感器節(jié)點(diǎn)獲取并上傳感知身體健康指標(biāo)的數(shù)據(jù)到傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步上傳到云計(jì)算存儲(chǔ)中心，用于醫(yī)療監(jiān)測(cè)、監(jiān)控、護(hù)理、診斷等。體域網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用，為遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了實(shí)時(shí)健康相關(guān)數(shù)據(jù)，可廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程醫(yī)療，病情監(jiān)控，老年人管理等，市場(chǎng)前景廣闊。 由于體域網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)通常會(huì)涉及到用戶的病情隱私，在某些對(duì)隱私要求較高的環(huán)境如關(guān)鍵病人、重點(diǎn)監(jiān)控對(duì)象等情況下需要加密。但是，由于傳感器感知的數(shù)據(jù)屬于周期性采集，往往導(dǎo)致采集到的數(shù)據(jù)量較大。這種情況下，如果采用傳統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)加密方式，例如普通流密碼或者分組密碼加密，將導(dǎo)致耗電量過大，快速消耗掉傳感器節(jié)點(diǎn)的電量，導(dǎo)致頻繁的充電或者更換電池，將不利于健康監(jiān)控對(duì)象的移動(dòng)以及傳感器的持續(xù)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)加密方式耗電量過大，不利于健康監(jiān)控對(duì)象的移動(dòng)以及傳感器的持續(xù)使用的缺陷，提供一種加密速度快，電耗小的體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密方法及加密系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密方法，包括以下步驟獲取多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)；計(jì)算各個(gè)感知數(shù)據(jù)的偏離值，偏離值為感知數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)上傳周期的中間特征值表中相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)的中間特征值的差值的絕對(duì)值，并記錄差值的符號(hào)值，若差值大于等于零，則符號(hào)值為0，否則，符號(hào)值為I ;選擇預(yù)先設(shè)置的密鑰表中的密鑰，所選擇的密鑰對(duì)應(yīng)一個(gè)密鑰序號(hào)，將各個(gè)偏離值與對(duì)應(yīng)密鑰取異或，得到加密后的加密值，將對(duì)應(yīng)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的符號(hào)值和對(duì)加密值作為該傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值；選擇預(yù)先設(shè)置的置換表中的置換序列，所選擇的置換序列對(duì)應(yīng)一個(gè)置換序列序號(hào)，將按節(jié)點(diǎn)順序排列的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值利用所選擇的置換序列進(jìn)行置換，得到置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值；將置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值、所選密鑰對(duì)應(yīng)的密鑰序號(hào)以及所選置換序列對(duì)應(yīng)的置換序列序號(hào)上傳給云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端，該云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端預(yù)先存儲(chǔ)有與傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相同的密鑰表和置換表。
本發(fā)明所述的方法中，還包括步驟對(duì)所述預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)上傳周期的中間特征值表進(jìn)行定期調(diào)整。本發(fā)明所述的方法中，在選擇預(yù)先設(shè)置的置換表中的置換序列時(shí)，按照置換表中的置換序列的序號(hào)進(jìn)行選擇。本發(fā)明所述的方法中，在選擇預(yù)先設(shè)置的密鑰表中的密鑰時(shí)，按照密鑰表中的密鑰序號(hào)進(jìn)行選擇。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的另一技術(shù)方案是提供一種體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密系統(tǒng)，包括感知數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)；計(jì)算模塊，用于計(jì)算各個(gè)感知數(shù)據(jù)的偏離值，偏離值為感知數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)上傳周期的中間特征值表中相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)的中間特征值的差值的絕對(duì)值，并記錄差值的符號(hào)值，若差值大于等于零，則符號(hào)值為0，否則，符號(hào)值為I ;加密模塊，用于選擇預(yù)先設(shè)置的密鑰表中的密鑰，所選擇的密鑰對(duì)應(yīng)一個(gè)密鑰序號(hào)，將各個(gè)偏離值與對(duì)應(yīng)密鑰取異或，得到加密后的加密值，將對(duì)應(yīng)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的符號(hào)值和對(duì)加密值作為該傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值；置換模塊，用于選擇預(yù)先設(shè)置的置換表中的置換序列，所選擇的置換序列對(duì)應(yīng)一個(gè)置換序列序號(hào)，將按節(jié)點(diǎn)順序排列的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值利用所選擇的置換序列進(jìn)行置換，得到置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值；上傳模塊，用于將置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值、所選密鑰對(duì)應(yīng)的密鑰序號(hào)以及所選置換序列對(duì)應(yīng)的置換序列序號(hào)上傳給云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端，該云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端預(yù)先存儲(chǔ)有與傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相同的密鑰表和置換表。本發(fā)明所述的輕量級(jí)加密系統(tǒng)中，還包括中間特征表調(diào)整模塊，用于對(duì)所述預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)上傳周期的中間特征值表進(jìn)行定期調(diào)整。本發(fā)明所述的輕量級(jí)加密系統(tǒng)中，所述置換模塊在選擇預(yù)先設(shè)置的置換表中的置換序列時(shí)，按照置換表中的置換序列序號(hào)進(jìn)行選擇。本發(fā)明所述的輕量級(jí)加密系統(tǒng)中，所述加密模塊在選擇預(yù)先設(shè)置的密鑰表中的密鑰時(shí)，按照密鑰表中的密鑰序號(hào)進(jìn)行選擇。本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是本發(fā)明根據(jù)體域網(wǎng)中感知數(shù)據(jù)的特征值設(shè)計(jì)加密方法，用于網(wǎng)關(guān)傳感器上傳感知數(shù)據(jù)到云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端前的加密，使得加密數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)度減少，減少了數(shù)據(jù)上傳時(shí)的通信能耗，所采用的加密算法為異或運(yùn)算，運(yùn)行速度快，耗電少，另外將置換操作弓I入加密后的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高了安全性。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是本發(fā)明實(shí)施例體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密方法的流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。通常體域網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)是傳感器節(jié)點(diǎn)感知或監(jiān)測(cè)到的身體狀況數(shù)據(jù)，如體溫?cái)?shù)據(jù)，心跳數(shù)據(jù)、血壓數(shù)據(jù)等等。這些數(shù)據(jù)通常會(huì)在某個(gè)區(qū)間內(nèi)變化。因此，利用這一數(shù)據(jù)上呈現(xiàn)的特征，設(shè)計(jì)專門的加密方法，可以降低加密操作的能耗，延長(zhǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)的使用壽命。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，假設(shè)一體域網(wǎng)共有η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，I個(gè)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。如圖I所示，本發(fā)明實(shí)施例體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密方法，包括以下步驟SI、體域網(wǎng)的傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)獲取多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)；S2、傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)計(jì)算各個(gè)感知數(shù)據(jù)的偏離值，偏離值為感知數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)上傳周期的中間特征值表中相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)的中間特征值的差值的絕對(duì)值，并記錄 差值的符號(hào)值，若差值大于等于零，則符號(hào)值為0，否則，符號(hào)值為I ;S3、傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)選擇預(yù)先設(shè)置的密鑰表中的密鑰，所選擇的密鑰對(duì)應(yīng)一個(gè)密鑰序號(hào)，將各個(gè)偏離值與對(duì)應(yīng)密鑰取異或，得到加密后的加密值，將對(duì)應(yīng)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的符號(hào)值和對(duì)加密值作為該傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值；S4、傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)選擇預(yù)先設(shè)置的置換表中的置換序列，所選擇的置換序列對(duì)應(yīng)一個(gè)置換序列序號(hào)，將按節(jié)點(diǎn)順序排列的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值利用所選擇的置換序列進(jìn)行置換，得到置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值；S5、傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值、所選密鑰對(duì)應(yīng)的密鑰序號(hào)以及所選置換序列對(duì)應(yīng)的置換序列序號(hào)上傳給云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端，該云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端預(yù)先存儲(chǔ)有與傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相同的密鑰表和置換表，根據(jù)從傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)可以快速進(jìn)行解密，得到原始的感知數(shù)據(jù)。在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，可預(yù)先在傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端存儲(chǔ)η個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)的中間特征值表MTabIe=〈Ml，M2，…，Mn〉,MTable是具有I行η列的表格；其中Ml，M2,…，Mn為對(duì)應(yīng)每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)的中間特征值。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，中間特征值表MTable中的中間值可通過學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整。如定期選擇一個(gè)上傳周期(如I個(gè)小時(shí)，4個(gè)小時(shí)等等)，取該周期內(nèi)該傳感器節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)的平均值。每次調(diào)整后，會(huì)通知云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端更新MTable。預(yù)先在傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端存儲(chǔ)密鑰表KTable=〈Kl，K2，…Kp>，KTable是ρ行η列表格，其中Κ1，Κ2,…，Kp表示ρ個(gè)密鑰，每個(gè)密鑰由η個(gè)子密鑰組成，即Ki=〈Kil，Ki2，…，Kin>，即每個(gè)Ki由η個(gè)子密鑰組成(i=l,…，P)，這些子密鑰與傳感器節(jié)點(diǎn)依次相對(duì)應(yīng)。Ki是加密中實(shí)際使用到的密鑰，每個(gè)Ki都有一個(gè)標(biāo)識(shí)，即對(duì)應(yīng)一個(gè)密鑰序號(hào)。在選擇KTable中的密鑰時(shí)，可以根據(jù)密鑰表中的密鑰序號(hào)進(jìn)行選擇，可循環(huán)使用，即依次使用表中的密鑰，如果到達(dá)Kp，則重新從Kl開始使用，其中i、n、p均為自然數(shù)。預(yù)先在傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端存儲(chǔ)置換表PTable=〈Pl，P2···， Pq>,其中PI, P2,…，Pq為對(duì)應(yīng)q個(gè)置換序號(hào)的置換序列，即Pi (i=l,…，q)為一個(gè)關(guān)于〈1,2, ···, n>的置換序列。如果將置換方式視為一個(gè)2行η列的矩陣,其第2行即為PTable中的某一行。例如
假定n=5,置換方式為
權(quán)利要求
1.一種體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密方法，其特征在于，包括以下步驟 獲取多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)； 計(jì)算各個(gè)感知數(shù)據(jù)的偏離值，偏離值為感知數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)上傳周期的中間特征值表中相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)的中間特征值的差值的絕對(duì)值，并記錄差值的符號(hào)值，若差值大于等于零，則符號(hào)值為O，否則，符號(hào)值為I ; 選擇預(yù)先設(shè)置的密鑰表中的密鑰，所選擇的密鑰對(duì)應(yīng)一個(gè)密鑰序號(hào)，將各個(gè)偏離值與對(duì)應(yīng)密鑰取異或，得到加密后的加密值，將對(duì)應(yīng)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的符號(hào)值和對(duì)加密值作為該傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值； 選擇預(yù)先設(shè)置的置換表中的置換序列，所選擇的置換序列對(duì)應(yīng)一個(gè)置換序列序號(hào)，將按節(jié)點(diǎn)順序排列的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值利用所選擇的置換序列進(jìn)行置換，得到置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值； 將置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值、所選密鑰對(duì)應(yīng)的密鑰序號(hào)以及所選置換序列對(duì)應(yīng)的置換序列序號(hào)上傳給云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端，該云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端預(yù)先存儲(chǔ)有與傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相同的密鑰表和置換表。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，還包括步驟 對(duì)所述預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)上傳周期的中間特征值表進(jìn)行定期調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在選擇預(yù)先設(shè)置的置換表中的置換序列時(shí)，按照置換表中的置換序列序號(hào)進(jìn)行選擇。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在選擇預(yù)先設(shè)置的密鑰表中的密鑰時(shí)，按照密鑰表中的密鑰序號(hào)進(jìn)行選擇。
5.一種體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密系統(tǒng)，其特征在于，包括 感知數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)； 計(jì)算模塊，用于計(jì)算各個(gè)感知數(shù)據(jù)的偏離值，偏離值為感知數(shù)據(jù)與預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)上傳周期的中間特征值表中相應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)的中間特征值的差值的絕對(duì)值，并記錄差值的符號(hào)值，若差值大于等于零，則符號(hào)值為O，否則，符號(hào)值為I ; 加密模塊，用于選擇預(yù)先設(shè)置的密鑰表中的密鑰，所選擇的密鑰對(duì)應(yīng)一個(gè)密鑰序號(hào)，將各個(gè)偏離值與對(duì)應(yīng)密鑰取異或，得到加密后的加密值，將對(duì)應(yīng)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的符號(hào)值和對(duì)加密值作為該傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值； 置換模塊，用于選擇預(yù)先設(shè)置的置換表中的置換序列，所選擇的置換序列對(duì)應(yīng)一個(gè)置換序列序號(hào)，將按節(jié)點(diǎn)順序排列的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值利用所選擇的置換序列進(jìn)行置換，得到置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值； 上傳模塊，用于將置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值、所選密鑰對(duì)應(yīng)的密鑰序號(hào)以及所選置換序列對(duì)應(yīng)的置換序列序號(hào)上傳給云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端，該云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端預(yù)先存儲(chǔ)有與傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)相同的密鑰表和置換表。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輕量級(jí)加密系統(tǒng)，其特征在于，還包括 中間特征表調(diào)整模塊，用于對(duì)所述預(yù)先存儲(chǔ)的一個(gè)上傳周期的中間特征值表進(jìn)行定期調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕量級(jí)加密系統(tǒng)，其特征在于，所述置換模塊在選擇預(yù)先設(shè)置的置換表中的置換序列時(shí)，按照置換表中的置換序列序號(hào)進(jìn)行選擇。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕量級(jí)加密系統(tǒng)，其特征在于，所述加密模塊在選擇預(yù)先設(shè)置的密鑰表中的密鑰時(shí)，按照密鑰表中的密鑰序號(hào)進(jìn)行選擇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種體域網(wǎng)傳感器網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的輕量級(jí)加密方法及加密系統(tǒng)，其中方法包括以下步驟獲取多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的感知數(shù)據(jù)；計(jì)算各個(gè)感知數(shù)據(jù)的偏離值；選擇密鑰對(duì)偏離值進(jìn)行加密，得到加密后的加密值，將對(duì)應(yīng)各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的符號(hào)值和對(duì)加密值作為該傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值；將按節(jié)點(diǎn)順序排列的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值利用所選擇的置換序列進(jìn)行置換，得到置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值；將置換后的所有傳感器節(jié)點(diǎn)的上傳值、所選擇的密鑰序號(hào)以及所選擇的置換序列序號(hào)上傳給云計(jì)算存儲(chǔ)服務(wù)器端。本發(fā)明所采用的加密算法運(yùn)行速度快，耗電少，且對(duì)加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行置換處理后提高了安全性。
文檔編號(hào)H04L29/08GK102932154SQ20121049744
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者任偉, 牟揚(yáng), 任毅, 馬良荔, 熊峰 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)