基于預(yù)制艙變電站的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法研究

林志軍 鄭日平 張永炘 李佳祺

摘 要：針對(duì)預(yù)制艙變電站物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中存在的信息泄露和隱私保護(hù)問題，提出了一種基于超混沌數(shù)據(jù)的加密算法。即首先利用混沌發(fā)生器生成隨機(jī)序列，其次對(duì)序列進(jìn)行歸一化處理，接著利用序列對(duì)明文進(jìn)行掩膜置換等加密操作，最后將密文發(fā)送至預(yù)制艙變電站服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密通信。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析表明，該加密算法具有密鑰空間大、密鑰敏感性強(qiáng)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)安全;混沌密碼;超混沌;數(shù)據(jù)加密;預(yù)制艙變電站

中圖分類號(hào)：TN918 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract：Aiming at information leakage and privacy protection issues in the internet of things communication for prefabricated cabin substations， a hyperchaotic data encryption algorithm based on power Internet of things communication is proposed. Firstly， the random sequence is generated by the chaotic generator， and ?the sequence is normalized， then the plaintext is encrypted by the sequence， such as mask replacement， finally the ciphertext is sent to the power grid server to complete the communication of the power grid based data encryption system. Experimental results and analysis show that the encryption algorithm has the characteristics of large key space and strong key sensitivity.

Key words：internet of things security; chaotic cryptography; hyperchaos; data encryption; secure communication;Prefabricated Cabin Substation

隨著電網(wǎng)投資力度的加大與建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)張，受施工周期、環(huán)保意識(shí)等因素影響，現(xiàn)場(chǎng)施工效率和建設(shè)質(zhì)量的矛盾愈加突出;為解決上述問題，產(chǎn)生了裝配式預(yù)制艙變電站，其最大的優(yōu)勢(shì)即為實(shí)現(xiàn)變電站的工廠化預(yù)制，在縮短建設(shè)周期的同時(shí)保證工程質(zhì)量[1]。

物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)預(yù)制艙變電站數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾侄?，而信息安全是電網(wǎng)需要重點(diǎn)解決的一道難題[2]。面對(duì)信息量日益攀升的數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)加密算法面臨著被突破的挑戰(zhàn)，因此研究一種新型加密技術(shù)去對(duì)實(shí)現(xiàn)預(yù)制艙變電站物聯(lián)網(wǎng)的可靠通信具有重要意義[3]。

混沌是指確定的宏觀的非線性系統(tǒng)在一定條件下所呈現(xiàn)的不確定的或不可預(yù)測(cè)的隨機(jī)現(xiàn)象。世界知名的動(dòng)力氣象學(xué)家，混沌理論的創(chuàng)立者之一Lorenz指出混沌具有三個(gè)特點(diǎn)：1、混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)看似隨機(jī);2、對(duì)初始條件具有高度敏感的依賴性;3、初始條件的內(nèi)在變換影響其敏感性。除此之外，混沌系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性賦予了該系統(tǒng)不可預(yù)測(cè)性。其遍歷性主要表現(xiàn)在其混沌吸引域內(nèi)，混沌運(yùn)動(dòng)是各態(tài)歷經(jīng)的?；煦缦到y(tǒng)的混亂性可以很好的與密碼學(xué)結(jié)合，設(shè)計(jì)出一些在多場(chǎng)景應(yīng)用且安全性能高，加密速度快的安全保密算法。因此，近年來，混沌系統(tǒng)作為一個(gè)熱門領(lǐng)域被大量研究與廣泛運(yùn)用[3-9]。

1 相關(guān)理論

從表中數(shù)據(jù)可以看出，本文算法的密鑰空間大于其他算法。密鑰空間的大小是影響密文被破譯的難易程度的重要因素[15]。所以本文算法相較于其他算法安全性更強(qiáng)。

4.3 密鑰敏感性分析

算法密鑰的敏感性決定算法的安全性[16]。當(dāng)解密密鑰存在10-14數(shù)量級(jí)的錯(cuò)誤時(shí)，解密過程無法順利進(jìn)行。解密結(jié)果的統(tǒng)計(jì)直方圖如圖（5）所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，即使密鑰存在微小差異也會(huì)對(duì)明文的還原產(chǎn)生影響，解密過程中達(dá)到臨界值會(huì)產(chǎn)生雪崩效應(yīng)，降低被破譯的風(fēng)險(xiǎn)[17]。

5 結(jié) 論

針對(duì)針對(duì)預(yù)制艙變電站物聯(lián)網(wǎng)通信安全等痛點(diǎn)問題，提出了一種基于超混沌數(shù)據(jù)的加密算法。算法通過超混沌系統(tǒng)得到一個(gè)高隨機(jī)性序列的生成作用器，以得到的高隨機(jī)序列作為關(guān)鍵點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的加密手段進(jìn)行了一定程度上的加強(qiáng)，使得通訊相較傳統(tǒng)手段有所進(jìn)步。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提出的算法具有執(zhí)行效率高、密鑰空間大及密鑰敏感性良好的特點(diǎn)，有望為未來預(yù)制艙變電站物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與建設(shè)提供一種新思路。

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