基于SP結構的WSN機密通信

陳帥，束仁義，鄭曉東

（1.淮南師范學院 電氣信息工程學院,安徽 淮南 232038；2.安徽大學 電氣信息工程學院，安徽 合肥 230039）

1 引言

無線傳感器網絡數據率低，監測少量字節的數據，如果采用多字節分組包加解密，必然會引入冗余字節數據。為了達到編碼的最大有效利用率，可以采用單個字節的分組數據包進行處理，從而可以做到不引入冗余數據。用于WSN加密的算法有RC、AES、SKIPJACK 等[1-3]。 DES[4]是在 56bit密鑰控制下對64bit的數據進行加解密的分組密碼算法。AES[5]采用了Rijndael算法，具有128比特的分組長度，三種可選的密鑰長度：128比特、192比特、256比特。DES算法和AES對于只需要8bit比特信息的傳輸引起多余冗余字節。文獻[6-7]對于WSN的單字節分組保密通信，提出了Feistel結構的密碼編解碼。

2 SP結構的基本操作

SP 結構是以移位（Shifter）和置換（Permutation）操作進行的處理結構。

2.1 移位

移位可以改變數據的位置，但數據的相鄰關系不變。為保持移位后數據位的不損失，這里的移位操作指循環移位，包括循環右移位和循環左移位。設：另設密鑰為K，移位操作為S（K1），移位后為B，則：

其中S(K1)為0-1矩陣,由單位陣E進行行向量移位變換得。例如K1=1有：

則循環左移一位的操作為：

則循環右移二位：

由于是循環移位，所以有：

2.2 置換

置換是數據的位置和相鄰關系都要改變。若A、C分別為置換前后的數據矩陣，P為置換操作矩陣，K2為密鑰，則置換過程表示為：

對P的要求是：

（1）P是由1和0組成的矩陣，是由以下8個向量a1～a8構成的矩陣：

（2）P 的秩為 8，即：

（c）P的n(n為整數)次冪矩陣仍然是由1和0組成的矩陣，且n次冪矩陣的秩也為8: