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基于无线传感器网络的安全算法应用研究

计算机工程与科学 2011年第1期33卷 56-59页

作者：张瑞卿杨文强张俊才河北衡水广播电视大学现教中心河北衡水053000 许昌职业技术学院河南许昌461002

执行安全算法所引起的能量开销,对传感器节点和整个网络的工作寿命都会产生负面的影响。为了达到网络的安全性和可用性的平衡,本文首先介绍了测量安全算法能量开销的相关技术;然后,测量了多种安全算法在Crossbow节点上的能量开销,从而... 详细信息

执行安全算法所引起的能量开销,对传感器节点和整个网络的工作寿命都会产生负面的影响。为了达到网络的安全性和可用性的平衡,本文首先介绍了测量安全算法能量开销的相关技术;然后,测量了多种安全算法在Crossbow节点上的能量开销,从而全面地了解安全算法对于无线传感器网络(WSN)节点各部分能耗的影响;最后,基于对测量结果的分析,提出了一些在WSN中应用安全算法的原则,对WSN中安全算法的应用是有益的补充。

关键词：无线传感器网络安全算法功耗 Hash 消息认证码

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《信息安全算法与协议》专辑-前言

计算机学报 2012年第9期35卷 I0001-I0002页

作者：冯登国 <计算机学报> 信息安全国家重点实验室国家"十五"863计划信息安全技术主题专家组国家"十一五"863计划信息技术领域专家组

随着网络技术的广泛应用以及新技术和新应用的快速发展，信息安全问题越来越突出，各种防范和攻击方法不断涌现，而且很多防范和攻击方法都可以通过算法或协议来刻画．因此，《计算机学报》特别推出《信息安全算法与协议》专辑，突显信... 详细信息

随着网络技术的广泛应用以及新技术和新应用的快速发展，信息安全问题越来越突出，各种防范和攻击方法不断涌现，而且很多防范和攻击方法都可以通过算法或协议来刻画．因此，《计算机学报》特别推出《信息安全算法与协议》专辑，突显信息安全研究热点，推动信息安全理论研究．本专辑共征集到相关学术论文130多篇，衷心感谢这些投稿者．由于专辑收录的论文数量有限、审稿时间短，难免有不妥之处，敬请诸位投稿者原谅．经过初审、复审、终审：等过程录用了19篇论文，这些论文反映了当前信息安全领域的研究热点和最新研究进展．这里还要特别感谢审稿者和编辑部所付出的辛勤劳动．下面将从秘密共享、认证密钥交换协议、密码算法设计、数字签名、密码算法分析、安全威胁分析、信息隐藏与数字水印等方面简要总结一下本专辑的主要贡献．

关键词：密钥交换协议信息安全安全算法专辑学术论文攻击方法网络技术安全问题

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IRIS节点上的安全算法研究

IRIS节点上的安全算法研究

作者：马少华辽宁工业大学

学位级别：硕士

由于无线传感器网络具有广阔的应用前景，因此其备受关注。在大多数的领域，无线传感器网络对其网络安全并没有太高的要求。但对于一些特殊的领域，无线传感器网络的安全问题却是至关重要的。在无线传感器网络安全问题中，数据的安全是... 详细信息

由于无线传感器网络具有广阔的应用前景，因此其备受关注。在大多数的领域，无线传感器网络对其网络安全并没有太高的要求。但对于一些特殊的领域，无线传感器网络的安全问题却是至关重要的。在无线传感器网络安全问题中，数据的安全是一个很重要的课题。由An Liu、Peng Ning等人开发的TinyECC首次成功的将椭圆曲线加密算法（ECC）在无线传感器节点平台上实现。目前，TinyECC已成功的运行在节点MICAz、TelosB、Tomte Sky和Imote2上。本文在分析了TinyECC程序和IRIS节点的软硬件特性后，通过对TinyECC程序的修改，在IRIS节点上实现了三种基于ECC的密码学算法。它们分别是椭圆曲线综合加密方案（ECIES）、椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）和基于椭圆曲线的Diffie-Hellman密钥交换体制（ECDH）。在成功实现的基础上，本文对这三种密码学算法进行了测试。主要测试内容有实现时的空间负责度（占用的RAM空间和ROM空间）和时间复杂度。其中，ECIES的时间复杂度为初始化所耗的时间、加密所耗的时间和解密所耗的时间;ECDSA的时间复杂度为初始化所耗的时间、签名所耗的时间和签名认证所耗的时间;ECDH的时间复杂度为初始化所耗的时间和密钥交换所耗的时间。完成上述实验后，本文又选用了七种ECC优化算法对ECIES、ECDSA和ECDH进行优化测试。它们为巴雷特减法、混合乘法、混合平方法、射影平面坐标系算法、滑动窗口算法、夏米尔技巧算法和椭圆曲线优化算法。测试的方式分为两种：一是测试各优化算法对ECIES/ECDSA/ECDH的单独优化效果;二是在没有该优化算法的情况下，测试其余所有优化算法对ECIES/ECDSA/ECDH的集体优化效果。为提高结果的可信度，对每个测试都进行了10次，实验数据取10次的算术平均值。在完成所有测试后，本文将测试数据与已测的四种节点（MICAz、TelosB、Tomte Sky和Imote2）数据进行比较分析。最后，根据测试结果的分析，提出适合于IRIS节点的ECIES/ECDSA/ECDH的优化方案。

关键词：安全算法 TinyECC IRIS节点 ECIES加密方案 ECDSA签名算法 ECDH密钥交换体制

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拜占庭攻击下的联邦学习安全算法研究

拜占庭攻击下的联邦学习安全算法研究

作者：方林西南大学

学位级别：硕士

随着人工智能时代的到来,以大数据驱动的机器学习技术广泛应用于各领域。然而机器学习技术的发展仍然面临着两大挑战:数据孤岛和数据的隐私安全。为了解决以上的难题,联邦学习作为一种新的分布式机器学习范式应运而生。在现有的联邦学... 详细信息

随着人工智能时代的到来,以大数据驱动的机器学习技术广泛应用于各领域。然而机器学习技术的发展仍然面临着两大挑战:数据孤岛和数据的隐私安全。为了解决以上的难题,联邦学习作为一种新的分布式机器学习范式应运而生。在现有的联邦学习研究中,往往假设参与学习的各方是安全可信的,然而此假设在实际的应用场景中难以满足。如参与学习的客户端受到恶意攻击或挟持,或者由于设备本身出现故障等情况,会发送给中心服务器错误的参数信息,中心服务器直接聚合这些参数会导致模型训练发生偏差、失败,甚至造成隐私泄露。相关研究将向中心服务器发送错误信息的客户端称为拜占庭客户端,客户端的这种异常行为称为拜占庭攻击。本文主要研究在联邦学习场景下存在拜占庭攻击时,中心服务器的梯度鲁棒聚合算法优化。针对联邦学习框架下的拜占庭攻击问题,本文提出了基于密度的鲁棒优化算法。首先,考虑经典拜占庭攻击,提出了一种基于梯度局部密度的联邦学习安全算法(GDB-FLS)。该算法的关键在于通过计算各客户端梯度的局部密度作为判断该客户端是否为拜占庭客户端的依据,再基于安全梯度的局部密度设计对应的权重进行加权聚合。其次,将经典拜占庭攻击扩展到广义拜占庭攻击,本文在算法GDB-FLS的基础上进行优化。通过计算梯度每一维元素的局部密度,检测拜占庭信息,提出了一种基于梯度元素局部密度的联邦学习安全算法(GEDB-FLS),使得中心服务器能够抵御更为隐蔽的广义拜占庭攻击,实现梯度的鲁棒聚合。最后,考虑超参数核宽对算法性能及资源利用率的影响,本文提出了一种核宽的自适应选择策略。该策略将梯度间距离进行两次排序,在每次迭代中自适应地选择可靠的梯度距离作为核宽参考值,解决了核宽的调试问题。本文在合成数据集和真实数据集下对所提出的算法进行了全面的仿真实验,通过模拟多种拜占庭攻击下的联邦学习环境,验证了所提出的GDB-FLS和GEDBFLS算法与主流的拜占庭鲁棒聚合算法相比具有优势,提高了训练模型的精度。同时,证明了无论客户端数据以独立同分布还是非独立同分布的形式存储,GDB-FLS和GEDB-FLS算法均能有效的抵御拜占庭攻击,保证模型的收敛。最后,通过实验验证了提出的自适应核宽选择策略能够解决核宽的调试问题,有效减少算法的调试时间,提高了资源利用率。

关键词：联邦学习拜占庭攻击安全算法梯度鲁棒聚合自适应核宽

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适用于IPSec协议簇的安全算法硬件实现

适用于IPSec协议簇的安全算法硬件实现

作者：胡晓宇华中科技大学

学位级别：硕士

在大数据信息化时代,保证互联网信息的传输安全尤为关键。IPSec安全协议通过对信息进行加密认证操作来提供安全防护,因此在保护信息安全方面起到重要作用。目前IPSec协议虽然仅支持国际标准算法,但也为支持国密算法预留了可配置的空间... 详细信息

在大数据信息化时代,保证互联网信息的传输安全尤为关键。IPSec安全协议通过对信息进行加密认证操作来提供安全防护,因此在保护信息安全方面起到重要作用。目前IPSec协议虽然仅支持国际标准算法,但也为支持国密算法预留了可配置的空间。随着国内信息化建设的深入,对信息传输的安全也提出了更高要求,因此研究适用于IPSec安全协议的国密算法具有重要意义。论文设计并实现了适用于IPSec协议的国家和国际标准算法的可重构认证电路和加密算法硬件电路,能够支持IPSec协议中规定的多种算法模式。提出了一种高效率的算法调度方案,采用了裕度优先的方法优化了IP报文的调度分发机制,提高算法模块工作效率。设计了基于MAC算法的国密SM3、国际SHA1、SHA224和SHA256四种可重构认证算法电路。采用了提前分组、动态扩展、迭代复用等方法,构造三条计算通路实现四种算法的迭代运算。通过可配置的控制模块,针对国家和国际标准下的不同认证算法,进行可配置复用电路的设计。设计了支持国密SM4算法和国际标准AES算法的多种模式的可重构可配置加密电路。针对相似的S盒构造,采用复合域分解方法实现动态可配置S盒字节替换电路。通过调整流程,构造统一的可配置控制电路、迭代电路和密钥扩展电路,实现了通过配置可支持ECB、CBC和CTR等多模式可重构加密电路。采用软硬件协同对比方法验证电路功能正确性,通过分析算法的测试点,确保算法功能测试全覆盖。将算法模块集成到支持IPSec协议的硬件电路中,在Intel Stratix10开发板上进行FPGA板上验证,成功实现与PC端IPSec协议栈对通。系统整体测试表明,算法模块支持AH协议和ESP协议多种算法组合方式,并成功实现报文加解密认证功能。在100MHz频率下,其算法模块最大吞吐率可到达1.28Gpbs。本设计能够应用于IPSec协议开发的国际和国密算法网络安全处理器,也能够直接用于到密码芯片相关工程中,为个人用户和企业提供通信安全防护。

关键词： IPSec协议安全算法国密可重构

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蓝牙安全问题分析及安全算法实现

蓝牙安全问题分析及安全算法实现

作者：阮文杰太原理工大学

学位级别：硕士

蓝牙技术自1994年出现以来得到了快速的发展,在人们的日常工作和生活中也越来越普遍,蓝牙设备具有体积小、价格低等特点,因此很容易与其他电子设备集成,进而出现了蓝牙电脑、蓝牙手机、蓝牙耳机等,扩展了蓝牙的应用,但随着蓝牙技术的发... 详细信息

蓝牙技术自1994年出现以来得到了快速的发展,在人们的日常工作和生活中也越来越普遍,蓝牙设备具有体积小、价格低等特点,因此很容易与其他电子设备集成,进而出现了蓝牙电脑、蓝牙手机、蓝牙耳机等,扩展了蓝牙的应用,但随着蓝牙技术的发展,蓝牙的应用越来越广泛,蓝牙存在的问题也越来越突出,尤其是安全问题,一些蓝牙用户的私人资料被窃取,蓝牙电话在用户不知情的情况下自动接通,诸如此类问题的出现对蓝牙的发展产生了很大的负面影响,所以对于安全问题的研究及解决势在必行,一些蓝牙设备厂家也在设计自己的安全控制机制,本论文的目的也在于对蓝牙安全问题进行深入研究并提出自己的解决方案。本论文主要内容涉及以下几个方面:(1)对蓝牙技术做简单介绍,主要包括蓝牙的一些核心协议(链路管理协议、逻辑链路控制和适配协议、服务发现协议、RFCOMM协议和电话控制协议)以及一些常用的应用剖面(普通接入剖面、服务发现应用剖面、串行端口剖面、普通对象交换剖面和文件传输剖面)。(2)对与安全有关的蓝牙协议进行介绍,包括蓝牙的三种安全模式(非安全的安全模式1、在业务层实施安全控制的安全模式2、在链路层实施安全控制的安全模式3)以及蓝牙的鉴权加密过程。重点介绍了不同安全模式下信道的安全建立过程。(3)对现阶段存在的以及潜在的安全攻击进行重点研究,列举了两类攻击,第一类是由于蓝牙协议本身的缺陷导致的攻击,包括节点密钥攻击、离线PIN攻击、中继攻击、DOS攻击。第二类是蓝牙协议实现的问题导致的攻击,包括Bluesnarfing、Bluebugging、Bluejacking。同时对各种攻击的具体原因进行分析,以便安全算法的设计。(4)根据蓝牙存在的安全问题设计出一种新的安全控制机制,此机制是把与安全相关的控制都集成在一个叫安全管理器的模块中,将蓝牙的实现于蓝牙安全的实现分离。此模块包括已经实现的对L2cap层的安全控制以及可由用户实现的高层安全控制机制,对于一般安全要求的应用可以使用默认实现的L2cap层的安全控制,对于需要特殊安全控制的应用用户可以使用自己的安全算法。紧接着提出了一种新的蓝牙联接、鉴权安全算法,此算法主要采用公钥和密钥相结合的思想设计算法。用java语言对该算法进行实现的基础上在j2me平台上进行验证,证明此算法的可行性。

关键词：蓝牙安全问题安全算法蓝牙联接蓝牙鉴权