窄带物联网的轻量级加密方案

贾荣媛，王宜怀，王小宁

(苏州大学 计算机科学与技术学院， 江苏 苏州 215000)

0 引 言

窄带物联网(narrowband internet of things，NB-IoT)自标准被建立以来因其具有广覆盖、高容量、灵活部署、低功耗和低成本等特点而得到了迅猛发展[1-3]。随着窄带物联网终端感知节点数目的急剧增加及窄带网络的开放性，终端感知节点易受到节点冒充、信息窃取、消息篡改等攻击，其安全问题面临严峻的挑战，这迫切需要研究和解决[4,5]。加密技术是保证网络信息安全的常用措施，高度优化的AES(advanced encryption standard)强分组加密算法是当前终端感知节点加密的研究方向之一[6,7]。文献[8,9]通过减少AES加密轮数和设计替换表来提高AES的运行效率。然而，虽然改进的AES在运行效率方面有很大的改进，但是其安全性也随之降低。混沌序列因其可被序列化成某个范围内的正整数而被广泛应用于数据加密领域[10,11]。因此本文针对现有基于AES的加密算法无法在时间消耗和安全性两方面具有良好表现的问题，提出了基于AES与混沌序列的轻量级加密算法——LCHAOSAES(lightweight chaos AES)，并根据窄带物联网应用架构给出加密模型，从理论和实验两方面验证LCHAOSAES算法的可行性，为今后窄带物联网应用安全的研究提供思路。

1 AES加密与混沌加密

1.1 AES

AES是美国政府采用的对称密钥分组加密算法，它能抵抗除了暴力攻击以外的所有已知类型的攻击。该算法灵活，数据块和密钥长度可以是128、192和256位，对应着的加密轮数Nr分别是10、12和14。由于窄带物联网终端感知节点的资源有限，因此本文对占用资源较低的数据块长度为128位的AES_128进行改进。……