基于椭圆曲线的快速嵌入式工程文件加密算法研究

蒋雯倩 李刚 杨舟 唐利涛

摘要：针对智能电表嵌入式工程文件的保密性问题，提出了一种基于椭圆曲线的快速智能电表嵌入式工程文件加密和解密方法。首先对智能电表嵌入式工程文件的预处理，通过转化嵌入式工程文件为数字符号，再利用椭圆曲线加密预处理的基础上对智能电表软件工程文件进行加密和解密的操作。论文通过减小密钥的数据长度以及重定义工程文件中的高频词汇的加密值，降低了加密的时间消耗和资源消耗，减小了加密计算量，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.

关键词：智能电表；椭圆曲线；工程文件；加密算法

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

中图分类号：TN918.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）01-0118-04

0 引言

目前，由于智能电网的高速发展，对智能电能表的需求量急速增加。为保证智能电表的准确性和精确度，按照国家电网公司的要求，必须要严格根据智能电能表技术要求对即将投入使用的智能电表进行检测，而当前各个公司单位的智能电表嵌入式工程文件的送审途径都是提交至指定的云平台，如何保证智能电表嵌入式工程文件的保密性以及各公司的知识产权安全性，是当前亟待解决的难题。随着无线通讯技术以及网络加密技术的发展，对于智能电表嵌入式工程文件的加密处理已成为工业检测的发展趋势。

椭圆曲线自1985年被提出以来，一直受到各国研究学者的青睐，成为众多研究学者的热点研究课题。也正是由于众多研究学者的努力，使得椭圆曲线密码体制（ECC）在短短的二十年的时间里就由理论研究发展到应用研究，并且进一步成为下一代公钥密码体制的重要候选算法。目前国外己有用ECC进行加密解密和数字签名的产品出现在市场上。美国NeXT Computer公司已开发出快速椭圆曲线加密算法，其密钥为容易记忆的字符串。加拿大Certicom公司也开发出了用于椭圆曲线加密算法的集成电路，可实现高效加密、数字签名、认证和密钥管理等，并且已经应用于许多领域[1]。

很多学者对于ECC进行了大量的研究并取得了很多成果。Darrel Hankerson， Alfred Menezes和Scott Vanstone写了一本关于椭圆曲线加密算法的指南，书中涉及了椭圆曲线加密算法的大量细节，加密协议以及应用方案[2]。Lawrence C. Washington在文献[3]提供了许多定理论证来帮助初学者理解椭圆曲线加密算法。Jorko Teeriaho在文献[4]利用数学软件提供了大量的椭圆曲线加密算法的应用实例。S. Maria Celestin和K. Muneeswaran在文献[5]中首次利用ECC在文本加密时将信息的ASCII值与椭圆曲线的仿射点建立映象。Amara M.和Siad A在文献[6]中通过比较ECC与RSA的密钥长度，证明了ECC在网络安全中是更好的选择。 Balamurugan. R，Kamalakannan. V，Rahul Ganth. D和Tamilselvan. S在文献[7]中提出了一个利用非单数矩阵进行快速匹配的方法，将信息与椭圆曲线上的点建立映射关系，并使用EIGamal加密方法对椭圆曲线上的点利用非单数矩阵进行加密，在解密时逆向地利用非单数矩阵。Megha Kolhekar和Anita Jadhav在文献[8]中通过匹配ASCII值与椭圆曲线的坐标建立映射表来进行文本加密。

论文针对椭圆曲线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复词汇的特点，提出了一种智能电表嵌入式工程文件的加密和解密方法，保证智能电表嵌入式工程文件的保密性，并且相较其他加密算法加密时间更短，资源消耗更少。

4 总结

论文提出了一种新的方法利用ECC来对智能电表工程文件进行加密。我们将工程文件中的文本字符全都转换为ASCII值，并且将程序中的高频词汇分别定义对应的ASCII值，这样大大地减小了转换后的ASCII值的数字长度，缩短了后续的加密时间。之后，对ASCII值序列进行分组，并利用一个大整数66536对每一组数字序列进行了重构，作为椭圆加密操作的输入。这个过程帮助我们节省了字符与椭圆曲线坐标匹配以及查找映射表的损耗。通能比较，我们提出的工程文件的算法与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。

参考文献：

[1]侯整风，李岚.椭圆曲线密码系统（ECC）整体算法设计及优化研究[J].电子学报，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）工程文件的送审途径都是提交至指定的.

[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）.