基于橢圓曲線的快速嵌入式工程文件加密算法研究

蔣雯倩 李剛 楊舟 唐利濤

摘要：針對智能電表嵌入式工程文件的保密性問題，提出了一種基于橢圓曲線的快速智能電表嵌入式工程文件加密和解密方法。首先對智能電表嵌入式工程文件的預(yù)處理，通過轉(zhuǎn)化嵌入式工程文件為數(shù)字符號，再利用橢圓曲線加密預(yù)處理的基礎(chǔ)上對智能電表軟件工程文件進(jìn)行加密和解密的操作。論文通過減小密鑰的數(shù)據(jù)長度以及重定義工程文件中的高頻詞匯的加密值，降低了加密的時間消耗和資源消耗，減小了加密計算量，提高了加密速度。

Abstract： Aiming at the security problem of embedded engineering file of smart meter， this paper puts forward a method of fast and intelligent embedded engineering file encryption and decryption based on elliptic curve. Firstly， the pretreatment of the smart meter embedded engineering documents has been taken， and then through turning embedded project file into the number symbols， the encryption and decryption of the smart meter software project file will be taken based on elliptic curve encryption preprocessing. By reducing the data length of the key and redefining the encryption value of the high frequency words in the project file， the time consumption and resource consumption are cut down， the amount of encryption computation is reduced， and the encryption speed is improved.

關(guān)鍵詞：智能電表；橢圓曲線；工程文件；加密算法

Key words： smart meter；elliptic curve；engineering document；encryption algorithm

中圖分類號：TN918.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）01-0118-04

0 引言

目前，由于智能電網(wǎng)的高速發(fā)展，對智能電能表的需求量急速增加。為保證智能電表的準(zhǔn)確性和精確度，按照國家電網(wǎng)公司的要求，必須要嚴(yán)格根據(jù)智能電能表技術(shù)要求對即將投入使用的智能電表進(jìn)行檢測，而當(dāng)前各個公司單位的智能電表嵌入式工程文件的送審?fù)緩蕉际翘峤恢林付ǖ脑破脚_，如何保證智能電表嵌入式工程文件的保密性以及各公司的知識產(chǎn)權(quán)安全性，是當(dāng)前亟待解決的難題。隨著無線通訊技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)的發(fā)展，對于智能電表嵌入式工程文件的加密處理已成為工業(yè)檢測的發(fā)展趨勢。

橢圓曲線自1985年被提出以來，一直受到各國研究學(xué)者的青睞，成為眾多研究學(xué)者的熱點(diǎn)研究課題。也正是由于眾多研究學(xué)者的努力，使得橢圓曲線密碼體制（ECC）在短短的二十年的時間里就由理論研究發(fā)展到應(yīng)用研究，并且進(jìn)一步成為下一代公鑰密碼體制的重要候選算法。目前國外己有用ECC進(jìn)行加密解密和數(shù)字簽名的產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上。美國NeXT Computer公司已開發(fā)出快速橢圓曲線加密算法，其密鑰為容易記憶的字符串。加拿大Certicom公司也開發(fā)出了用于橢圓曲線加密算法的集成電路，可實(shí)現(xiàn)高效加密、數(shù)字簽名、認(rèn)證和密鑰管理等，并且已經(jīng)應(yīng)用于許多領(lǐng)域[1]。

很多學(xué)者對于ECC進(jìn)行了大量的研究并取得了很多成果。Darrel Hankerson， Alfred Menezes和Scott Vanstone寫了一本關(guān)于橢圓曲線加密算法的指南，書中涉及了橢圓曲線加密算法的大量細(xì)節(jié)，加密協(xié)議以及應(yīng)用方案[2]。Lawrence C. Washington在文獻(xiàn)[3]提供了許多定理論證來幫助初學(xué)者理解橢圓曲線加密算法。Jorko Teeriaho在文獻(xiàn)[4]利用數(shù)學(xué)軟件提供了大量的橢圓曲線加密算法的應(yīng)用實(shí)例。S. Maria Celestin和K. Muneeswaran在文獻(xiàn)[5]中首次利用ECC在文本加密時將信息的ASCII值與橢圓曲線的仿射點(diǎn)建立映象。Amara M.和Siad A在文獻(xiàn)[6]中通過比較ECC與RSA的密鑰長度，證明了ECC在網(wǎng)絡(luò)安全中是更好的選擇。 Balamurugan. R，Kamalakannan. V，Rahul Ganth. D和Tamilselvan. S在文獻(xiàn)[7]中提出了一個利用非單數(shù)矩陣進(jìn)行快速匹配的方法，將信息與橢圓曲線上的點(diǎn)建立映射關(guān)系，并使用EIGamal加密方法對橢圓曲線上的點(diǎn)利用非單數(shù)矩陣進(jìn)行加密，在解密時逆向地利用非單數(shù)矩陣。Megha Kolhekar和Anita Jadhav在文獻(xiàn)[8]中通過匹配ASCII值與橢圓曲線的坐標(biāo)建立映射表來進(jìn)行文本加密。

論文針對橢圓曲線加密算法有利于嵌入式工程文件的文本性以及存在大量重復(fù)詞匯的特點(diǎn)，提出了一種智能電表嵌入式工程文件的加密和解密方法，保證智能電表嵌入式工程文件的保密性，并且相較其他加密算法加密時間更短，資源消耗更少。

4 總結(jié)

論文提出了一種新的方法利用ECC來對智能電表工程文件進(jìn)行加密。我們將工程文件中的文本字符全都轉(zhuǎn)換為ASCII值，并且將程序中的高頻詞匯分別定義對應(yīng)的ASCII值，這樣大大地減小了轉(zhuǎn)換后的ASCII值的數(shù)字長度，縮短了后續(xù)的加密時間。之后，對ASCII值序列進(jìn)行分組，并利用一個大整數(shù)66536對每一組數(shù)字序列進(jìn)行了重構(gòu)，作為橢圓加密操作的輸入。這個過程幫助我們節(jié)省了字符與橢圓曲線坐標(biāo)匹配以及查找映射表的損耗。通能比較，我們提出的工程文件的算法與其他方法相比具有更好的性能，加密解密操作的速度更快，并且生成的密文也更小。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯整風(fēng)，李嵐.橢圓曲線密碼系統(tǒng)（ECC）整體算法設(shè)計及優(yōu)化研究[J].電子學(xué)報，2004（32）：11.

[2]Darrel Hankerson， Alfred Menezes and Scott Vanstone， Guide to Elliptic Curve Cryptography， Springer （2004）.

[3]Lawrence C. Washington， Elliptic Curves Number Theory and Cryptography， Taylor & Francis Group， Second Edition （2008）.

[4]Jorko Teeriaho， Cyclic Group Cryptography with Elliptic Curves， Brasov， May （2011）.

[5]S. Maria Celestin Vigila and K. Muneeswaran， Implementation of Text based Cryptosystem using Elliptic Curve Cryptography， International Conference on Advanced Computing， IEEE， pp. 82004）工程文件的送審?fù)緩蕉际翘峤恢林付ǖ?

[6]M. Amara and A. Siad， Elliptic Curve Cryptography and its Applications， 7th International Workshop on Systems， Signal Processing and their Applications， pp. 247urve Cryptography.

[7]R. Balamurugan， V. Kamalakannan， D. Rahul Ganth and S. Tamilselvan， Enhancing Security in Text Messages Using Matrix based Mapping and ElGamal Method in Elliptic Curve Cryptography， International Conference on Contemporary Computing and Informatics， IEEE， pp. 103elvan， Enhancing Secur.

[8]Megha Kolhekar and Anita Jadhav Implementation of Elliptic Curve Cryptography on Text and Image，International Journal of Enterprise Computing and Business Systems， vol. 1， issue 2， July （2011）.