水下传感器网络加解密方法、装置、水下设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供水下传感器网络加解密方法、装置、水下设备及存储介质，涉及信息加密技术领域。加密方法包括：根据随时间变化的混沌序列生成混沌序列密钥；根据混沌序列密钥确定量子旋转门中旋转矩阵的旋转角；对量子旋转门的旋转矩阵中的元素进行扩大和向下取整，得到目标量子旋转门；将明文数据输入至目标量子旋转门，得到输出的密文数据。本发明专利技术采用量子旋转门加密算法进行加密，并且通过时变混沌序列生成密钥，整个加密系统会随着时间的变化而不定期更新，进一步提高了密文的混乱性与平衡性，从而提高加密算法的安全性。此外本发明专利技术的方法整体计算量不大，加密后得到的密文并不长，能够适应水下无线传感器网络中CPU算力不足、通信带宽窄等特点。信带宽窄等特点。信带宽窄等特点。

【技术实现步骤摘要】
水下传感器网络加解密方法、装置、水下设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及信息加密
，尤其涉及一种水下传感器网络加解密方法、装置、水下设备及存储介质。

技术介绍

[0002]水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor network,UWSN)是研究海洋科学必不可少的组成部分。在采矿、军事等领域都有应用。但是，目前UWSN更注重性能的开发，而安全性相对较差。UWSN的安全威胁主要包括物理攻击、传输数据攻击、拒绝服务攻击、伪装攻击四个类型。其中，传输数据攻击是非常重要的一个威胁。为了尽量降低传输数据被成功攻击的概率，需要设计有效且适合UWSN的加密算法。
[0003]相对于陆地上的无线传感器网络(Wireless Sensor network,WSN)而言，UWSN中的节点内存有限、CPU算力较低、充电困难。同时，水声信道存在高延迟、窄带宽、高误码率、不稳定等问题。针对上述较为恶劣的水下环境，直接导致WSN中的加密算法很难直接用于UWSN中。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种水下传感器网络加解密方法、装置、水下设备及存储介质，用以解决现有技术中水下无线传感器网络的数据安全性较低的问题。
[0005]本专利技术提供一种水下传感器网络加密方法，包括：根据随时间变化的混沌序列生成混沌序列密钥；根据混沌序列密钥确定量子旋转门中旋转矩阵的旋转角；对量子旋转门的旋转矩阵中的元素进行扩大和向下取整，得到目标量子旋转门；将明文数据输入至目标量子旋转门，得到目标量子旋转门输出的密文数据。
[0006]根据本专利技术提供的一种水下传感器网络加密方法，根据随时间变化的混沌序列生成混沌序列密钥，包括：确定明文数据的长度m；确定混沌序列初始值x0＝K
t
，其中，K
t
为初始密钥；通过明文数据的长度m确定混沌迭代次数N；根据迭代次数N、初始值x0确定混沌序列{x0,x1,
…
,x
N
}，并将混沌序列作为混沌序列密钥。
[0007]根据本专利技术提供的一种水下传感器网络加密方法，根据混沌序列密钥确定量子旋转门中旋转矩阵的旋转角，包括：将混沌序列密钥的每一项x
i
从原始区间[0,9]映射到区间内作为量子旋转门中旋转矩阵的旋转角θ
i
，即：
[0008]根据本专利技术提供的一种水下传感器网络加密方法，将明文数据输入至目标量子旋转门，得到目标量子旋转门输出的密文数据，包括：对明文数据进行分组，得到第一明文数据和第二明文数据；通过量子旋转门进行加密的过程为：
[0009][0010]其中，α
i
是第一明文数据中的字符，β
i
是第二明文数据中的字符，α
′
i
，β
′
i
分别是通过量子旋转门获得的第一密文数据中的字符和第二密文数据中的字符，θ
i
是由混沌序列密钥确定的量子旋转门中旋转矩阵的旋转角，其中，|α
′
i
|2+|β
′
i
|2＝|α
i
|2+|β
i
|2＝1；对第一密文数据和第二密文数据进行线性变换，得到量子旋转门输出的密文数据。
[0011]根据本专利技术提供的一种水下传感器网络加密方法，对第一密文数据和第二密文数据进行线性变换，得到量子旋转门输出的密文数据，包括：通过线性变换公式对第一密文数据C1和第二密文数据C2进行处理，其中线性变换公式为：
[0012][0013]其中，C1(i)与C2(i)分别表示第一密文数据C1和第二密文数据C2对应的第i位，C
’1(i)与C
’2(i)分别表示经过线性变换后的第一密文数据和第二密文数据对应的第i位；x
i
表示混沌序列密钥中的第i个密钥，x
N
‑
i
表示混沌序列密钥中的第N
‑
i个密钥。
[0014]本专利技术还提供一种水下传感器网络解密方法，包括：根据随时间变化的混沌序列生成混沌序列密钥；根据混沌序列密钥确定量子旋转门中旋转矩阵的旋转角；对量子旋转门的旋转矩阵中的元素进行扩大和向下取整，得到目标量子旋转门；将密文数据输入至目标量子旋转门，得到目标量子旋转门输出的明文数据。
[0015]根据本专利技术提供的一种水下传感器网络加密方法，将密文数据输入至目标量子旋转门，得到目标量子旋转门输出的明文数据，包括：通过量子旋转门进行解密的过程为：
[0016][0017]其中，α
i
是第一明文数据中的字符，β
i
是第二明文数据中的字符，α
′
i
,β
′
i
分别是输入量子旋转门的第一密文数据中的字符和第二密文数据中的字符，θ
i
是由混沌序列密钥确定的量子旋转门中旋转矩阵的旋转角，其中，|α
′
i
|2+|β
′
i
|2＝|α
i
|2+|β
i
|2＝1；对第一明文数据和第二明文数据进行组合，得到量子旋转门输出的明文数据。
[0018]根据本专利技术提供的一种水下传感器网络加密方法，通过量子旋转门进行解密之前，方法还包括：对密文数据进行分组，得到第一密文数据C
’1和第二密文数据C
’2；通过线性逆变换公式对第一密文数据C
’1和第二密文数据C
’2进行处理，其中线性逆变换公式为：
[0019][0020]其中，C
’1(i)与C
’2(i)分别表示第一密文数据C
’1和第二密文数据C
’1对应的第i位，C1(i)与C2(i)分别表示经过线性逆变换后的第一密文数据和第二密文数据对应的第i位；x
i
表示混沌序列密钥中的第i个密钥，x
N
‑
i
表示混沌序列密钥中的第N
‑
i个密钥。
[0021]本专利技术还提供一种水下传感器网络加密装置，包括：混沌序列密钥生成模块，用于
根据随时间变化的混沌序列生成混沌序列密钥；旋转角确定模块，用于根据混沌序列密钥确定量子旋转门中旋转矩阵的旋转角；目标量子旋转门模块，用于对量子旋转门的旋转矩阵中的元素进行扩大和向下取整，得到目标量子旋转门；加密处理模块，用于将明文数据输入至目标量子旋转门，得到目标量子旋转门输出的密文数据。
[0022]本专利技术还提供一种水下传感器网络解密装置，包括：混沌序列密钥生成模块，用于根据随时间变化的混沌序列生成混沌序列密钥；旋转角确定模块，用于根据混沌序列密钥确定量子旋转门中旋转矩阵的旋转角；目标量子旋转门模块，用于对量子旋转门的旋转矩阵中的元素进行扩大和向下取整，得到目标量子旋转门；解密处理模块，用于将密文数据输入至目标量子旋转门，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水下传感器网络加密方法，其特征在于，包括：根据随时间变化的混沌序列生成混沌序列密钥；根据所述混沌序列密钥确定量子旋转门中旋转矩阵的旋转角；对所述量子旋转门的旋转矩阵中的元素进行扩大和向下取整，得到目标量子旋转门；将明文数据输入至所述目标量子旋转门，得到所述目标量子旋转门输出的密文数据。2.根据权利要求1所述的水下传感器网络加密方法，其特征在于，所述根据随时间变化的混沌序列生成混沌序列密钥，包括：确定所述明文数据的长度m；确定混沌序列初始值x0＝K
t
，其中，K
t
为初始密钥；通过所述明文数据的长度m确定混沌迭代次数N；根据所述迭代次数N、所述初始值x0确定混沌序列{x0,x1,
…
,x
N
}，并将所述混沌序列作为所述混沌序列密钥。3.根据权利要求2所述的水下传感器网络加密方法，其特征在于，所述根据所述混沌序列密钥确定量子旋转门中旋转矩阵的旋转角，包括：将所述混沌序列密钥的每一项x
i
从原始区间[0,9]映射到区间内作为所述量子旋转门中旋转矩阵的旋转角θ
i
，即：，即：4.根据权利要求3所述的水下传感器网络加密方法，其特征在于，所述将明文数据输入至所述目标量子旋转门，得到所述目标量子旋转门输出的密文数据，包括：对所述明文数据进行分组，得到第一明文数据和第二明文数据；通过所述量子旋转门进行加密的过程为：其中，α
i
是所述第一明文数据中的字符，β
i
是所述第二明文数据中的字符，α
i
′
，β
i
′
分别是通过所述量子旋转门获得的第一密文数据中的字符和第二密文数据中的字符，θ
i
是由所述混沌序列密钥确定的量子旋转门中旋转矩阵的旋转角，其中，|α
i
′
|2+|β
i
′
|2＝|α
i
|2+|β
i
|2＝1；对所述第一密文数据和所述第二密文数据进行线性变换，得到所述量子旋转门输出的密文数据。5.根据权利要求4所述的水下传感器网络加密方法，其特征在于，所述对所述第一密文数据和所述第二密文数据进行线性变换，得到所述量子旋转门输出的密文数据，包括：通过线性变换公式对第一密文数据C1和第二密文数据C2进行处理，其中所述线性变换公式为：其中，C1(i)与C2(i)分别表示第一密文数据C1和第二密文数据C2对应的第i位，C
’1(i)与C
’2(i)分别表示经过线性变换后的第一密文数据和第二密文数据对应的第i位；x
i
表示所述
混沌序列密钥中的第i个密钥，x
N
‑
i
表示所述混沌序列密钥中的第N
‑
i个密钥。6.一种水下传感器网络解密方法，其特征在于，包括：根据随时间变化的混沌序列生成混沌序列密钥；根据所述混沌序列密钥确定量子旋转门中旋转矩阵的旋转角；对所述量子旋转门的旋转矩阵中的元素进行扩大和向下取整，得到目标量子旋转门；将密文数据输入至所述目标量子旋转门，得到所述量子旋转门输出的明文数据。7.根据权利要求6所述的水下...

【专利技术属性】
技术研发人员：温恒，王静，崔军红，郭晓新，霍利鹏，
申请(专利权)人：深圳市智慧海洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：