基于改進(jìn)制造技術(shù)

基于改進(jìn)

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于改進(jìn)AES算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法


[0001]本專利技術(shù)涉及鑿巖臺車控制
，具體的說是基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法
。

技術(shù)介紹

[0002]近年來，我國在高速公路
、
鐵路隧道
、
城市軌道交通和輸水隧道等基礎(chǔ)工程方面進(jìn)行了大規(guī)模建設(shè)，隧道掘進(jìn)已成為交通
、
能源
、
水電水利
、
國防建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施工程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)
。
鑿巖臺車作為隧道掘進(jìn)的先鋒設(shè)備，取代了傳統(tǒng)的人工鑿巖施工方式，在國家各類大型基建戰(zhàn)略項(xiàng)目中已得到廣泛應(yīng)用
。
[0003]由于施工過程中智能鑿巖臺車的工作狀態(tài)直接影響工程進(jìn)度，為了實(shí)現(xiàn)臺車故障預(yù)報(bào)警，并便于遠(yuǎn)程排障，需對鑿巖臺車的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，將智能鑿巖臺車的各項(xiàng)狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器
。
為了保證鑿巖臺車工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的安全傳輸，需要采用加密算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理
。
目前主流的加密算法分為三類，以
DES、3DES、AES
加密算法為代表的對稱加密算法，以
RSA、ECC
加密算法為代表的非對稱加密算法以及以
MD5、SHA
為代表的單向加密算法
。AES(Advanced Encryption Standard
，高級加密標(biāo)準(zhǔn)
)
算法因其具有安全性好
、
運(yùn)算速度快等優(yōu)點(diǎn)而成為應(yīng)用最廣泛的分組對稱加密算法
。
[0004]AES
算法主要分為硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)兩類
。
硬件實(shí)現(xiàn)具有更高的物理安全性和運(yùn)行速率，但需要有硬件設(shè)備的支持且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；而軟件實(shí)現(xiàn)方法具有易于實(shí)現(xiàn)
、
通用性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用更加廣泛
。
由于
AES
算法輪函數(shù)中的某些操作運(yùn)算較為復(fù)雜，常采用查表方式來實(shí)現(xiàn)輪函數(shù)中的復(fù)雜操作，如正逆字節(jié)代換和正逆列混淆操作，但是實(shí)現(xiàn)時(shí)，存在復(fù)雜度高
、
執(zhí)行速度慢的問題
。
且鑿巖臺車作為工程設(shè)備，所采用的處理器等部件須滿足能夠惡劣環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行的需求，現(xiàn)有技術(shù)中，能夠滿足這種需求的處理器普遍性能有限，難以高效執(zhí)行復(fù)雜的
AES
算法
。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中
AES
算法復(fù)雜度高而無法應(yīng)用在處理性能有限的鑿巖臺車上的不足，本專利技術(shù)提供一種基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法，通過對
AES
算法進(jìn)行改進(jìn)降低復(fù)雜度，使其能夠基于現(xiàn)有鑿巖臺車有限的處理性能，高效
、
安全地傳輸鑿巖臺車的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)而保障鑿巖臺車能夠穩(wěn)定運(yùn)行
。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的具體方案為：基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法，包括如下步驟：確定
AES
算法的密鑰長度；對
AES
算法的加密輪函數(shù)和解密輪函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化方法包括調(diào)整
AES
算法的加密輪函數(shù)中行移位操作和字節(jié)代換操作的執(zhí)行順序
、
調(diào)整
AES
算法的解密輪函數(shù)中逆行移位操作和逆字節(jié)代換操作的執(zhí)行順序
、
調(diào)整
AES
算法的加密輪函數(shù)中的列混淆矩陣和解密輪函數(shù)中的逆列混淆矩陣互為對稱矩陣；
將優(yōu)化后的加密輪函數(shù)和解密輪函數(shù)中的
xtime
乘法運(yùn)算替換為查表運(yùn)算，得到改進(jìn)
AES
算法；獲取鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且利用改進(jìn)
AES
算法進(jìn)行加密
。
[0007]作為上述基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法的進(jìn)一步優(yōu)化：調(diào)整
AES
算法的加密輪函數(shù)中行移位操作和字節(jié)代換操作的方法為對調(diào)行移位操作和字節(jié)代換操作的執(zhí)行順序；調(diào)整
AES
算法的解密輪函數(shù)中逆行移位操作和逆字節(jié)代換操作的方法為對調(diào)逆行移位操作和逆字節(jié)代換操作的執(zhí)行順序
。
[0008]作為上述基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法的進(jìn)一步優(yōu)化：
AES
算法的加密輪函數(shù)中的列混淆矩陣調(diào)整為：其中
M
為加密輪函數(shù)中的列混淆矩陣，
M
?1為解密輪函數(shù)中的逆列混淆矩陣
。
[0009]作為上述基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法的進(jìn)一步優(yōu)化：改進(jìn)
AES
算法的加密流程中，前九輪的輪函數(shù)合并表示為：解密流程中，前九輪的輪函數(shù)合并表示為：其中，
s
為輸入數(shù)據(jù)，
s
’
為輸出數(shù)據(jù)，
k
為輪密鑰
。
[0010]作為上述基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法的進(jìn)一步優(yōu)化：改進(jìn)
AES
算法的加密流程中，第十輪的輪函數(shù)合并表示為：解密流程中，第十輪的輪函數(shù)合并表示為：
其中，
s
為輸入數(shù)據(jù)，
s
’
為輸出數(shù)據(jù)，
k
為輪密鑰
。
[0011]作為上述基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法的進(jìn)一步優(yōu)化：將優(yōu)化后的加密輪函數(shù)和解密輪函數(shù)中的
xtime
乘法運(yùn)算替換為查表運(yùn)算的具體方法為：將優(yōu)化后的加密輪函數(shù)和解密輪函數(shù)分別展開得到第一展開式和第二展開式；將第一展開式中的公共列元素異或計(jì)算合并為第一變量，將第二展開式中的公共異或操作合并為第二變量；基于第一變量對第一展開式進(jìn)行簡化
、
基于第二變量對第二展開式進(jìn)行簡化；設(shè)定
xtime
運(yùn)算表；基于
xtime
運(yùn)算表將簡化后的第一展開式中的
xtime
乘法運(yùn)算替換為查表運(yùn)算，基于
xtime
運(yùn)算表將簡化后的第二展開式中的
xtime
乘法運(yùn)算替換為查表運(yùn)算
。
[0012]作為上述基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法的進(jìn)一步優(yōu)化：
xtime
運(yùn)算表將有限域
GF(28)
上的乘法運(yùn)算轉(zhuǎn)換為查表運(yùn)算
。
[0013]作為上述基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法的進(jìn)一步優(yōu)化：第一
xtime
運(yùn)算表和第二
xtime
運(yùn)算表的具體形式為：其中
m
為有限域
GF(28)
上的元素
{02}...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.
基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，包括如下步驟：確定
AES
算法的密鑰長度；對
AES
算法的加密輪函數(shù)和解密輪函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化方法包括調(diào)整
AES
算法的加密輪函數(shù)中行移位操作和字節(jié)代換操作的執(zhí)行順序
、
調(diào)整
AES
算法的解密輪函數(shù)中逆行移位操作和逆字節(jié)代換操作的執(zhí)行順序
、
調(diào)整
AES
算法的加密輪函數(shù)中的列混淆矩陣和解密輪函數(shù)中的逆列混淆矩陣互為對稱矩陣；將優(yōu)化后的加密輪函數(shù)和解密輪函數(shù)中的
xtime
乘法運(yùn)算替換為查表運(yùn)算，得到改進(jìn)
AES
算法；獲取鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并且利用改進(jìn)
AES
算法進(jìn)行加密
。2.
如權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，調(diào)整
AES
算法的加密輪函數(shù)中行移位操作和字節(jié)代換操作的方法為對調(diào)行移位操作和字節(jié)代換操作的執(zhí)行順序；調(diào)整
AES
算法的解密輪函數(shù)中逆行移位操作和逆字節(jié)代換操作的方法為對調(diào)逆行移位操作和逆字節(jié)代換操作的執(zhí)行順序
。3.
如權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，
AES
算法的加密輪函數(shù)中的列混淆矩陣調(diào)整為：其中
M
為加密輪函數(shù)中的列混淆矩陣，
M
?1為解密輪函數(shù)中的逆列混淆矩陣
。4.
如權(quán)利要求3所述的基于改進(jìn)
AES
算法的鑿巖臺車狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，改進(jìn)
AES
算法的加密流程中，前九輪的輪函數(shù)合并表示為：解密流程中，前九輪的輪函數(shù)合并表示為：其中，
s
為輸入數(shù)據(jù)，
s
’
為輸出數(shù)據(jù)，
k

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐巧玉，孫澤豪，張正，藺巖松，琚文浩，
申請(專利權(quán))人：洛陽銀杏科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：