無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，先獲取t秒心電信號(hào)，定位檢測(cè)獲取心電信號(hào)的R波，得到心電信號(hào)特征值λ；接著采用線性最小均方誤差估計(jì)算法進(jìn)行信道估計(jì)，獲得信道的幅度A和相位P，并分別將心電信號(hào)特征值λ以及幅度A和相位P量化形三個(gè)參數(shù)作為加密密鑰，然后將所得的加密密鑰廣播至無(wú)線體域網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照該加密密鑰并利用線性反饋移位寄存器對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加密；最后按照周期T返回循環(huán)進(jìn)行。其顯著效果是：不僅能有效降低加密時(shí)延和運(yùn)算復(fù)雜度，而且信道參數(shù)差異較大，動(dòng)態(tài)生成的新密鑰變化較大，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度的數(shù)據(jù)加密。
【專利說(shuō)明】無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)加密方法，更具體的說(shuō)，是一種無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為一個(gè)重要的公眾應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，身體局域網(wǎng)（BodyAreaNetwork,BAN)在電子醫(yī) 療服務(wù)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用需求，特別是遠(yuǎn)程醫(yī)療、特殊人群監(jiān)控、社區(qū)和家庭醫(yī)療等。BAN 是通過(guò)無(wú)線方式連接多個(gè)可穿戴式傳感器節(jié)點(diǎn)形成通信距離不超過(guò)2米的局域網(wǎng)絡(luò)，每一 個(gè)小型傳感器節(jié)點(diǎn)都能附著于人體體表或植入體內(nèi)部，用于采集生命體征參數(shù)如血壓、心 率、體溫、血氧飽和度、心電等。
[0003] BAN技術(shù)不僅能夠滿足醫(yī)療健康信息的需求，實(shí)現(xiàn)人的智能化醫(yī)療工作，解決看病 難和看病貴的問(wèn)題，而且可以增進(jìn)個(gè)體與醫(yī)務(wù)人員、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、醫(yī)療設(shè)備間的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì) 個(gè)人健康的管理，即疾病的及早治療和健康維護(hù)，促進(jìn)健康管理信息化與智能化。
[0004] 由于無(wú)線信道的開(kāi)放特性導(dǎo)致了BAN也面臨著個(gè)人隱私泄露、傳輸信息監(jiān)聽(tīng)、醫(yī) 療事故頻發(fā)等安全威脅。隨著信息化和傳感器技術(shù)的發(fā)展，如何解決醫(yī)療應(yīng)用中用戶信息 安全問(wèn)題是BAN發(fā)展過(guò)程當(dāng)中急需解決的問(wèn)題。如果無(wú)法滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)安全保密、傳輸 可靠的要求，BAN技術(shù)相關(guān)服務(wù)的應(yīng)用和發(fā)展將遭受很大的阻礙。因此，不同于一般的無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)，用戶信息的安全性是BAN應(yīng)用中主要考慮的因素之一。
[0005] 目前，采用BAN信道特征進(jìn)行加密的方案主要有兩種，第一種是在接收端計(jì)算經(jīng) 過(guò)無(wú)線信道接收到的信號(hào)強(qiáng)度，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度值生成密鑰。第二種是使用信道跳頻技術(shù)增 加了頻率差異性，有效的對(duì)連續(xù)信道采樣去相關(guān)，能提高生成密鑰的信息熵。但這兩種方案 的基本思想都是采用接收端信號(hào)強(qiáng)度來(lái)產(chǎn)生密鑰，加密方式較簡(jiǎn)單，并且如果竊聽(tīng)方到接 收端距離與發(fā)送方到接收端距離基本不變，會(huì)產(chǎn)生一致的密鑰，可能導(dǎo)致安全保護(hù)失效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，利用 該方法對(duì)體域網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，既能滿足體域網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理效率，又能保證 網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?br> [0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：
[0008] 一種無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，其關(guān)鍵在于按照以下步驟進(jìn)行：
[0009] 步驟1 :獲取t秒的心電信號(hào)，并根據(jù)該心電信號(hào)的R波形成心電信號(hào)特征值入；
[0010] 步驟2 :采用線性最小均方誤差估計(jì)算法進(jìn)行信道估計(jì)，獲得信道的幅度A和相位 P；
[0011] 步驟3 :分別將心電信號(hào)特征值X、幅度A以及相位P量化形成三個(gè)參數(shù)作為加密 密鑰；
[0012] 步驟4 :將步驟3所得的加密密鑰廣播至無(wú)線體域網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)按 照該加密密鑰利用交錯(cuò)走停式流加密電路將明文序列加密形成密文；
[0013]步驟5:按照間隔周期T返回步驟1更新所述電信號(hào)特征值X、幅度A和相位P。 [0014] 該方法中的密鑰信息融合了生理參數(shù)特征，降低了加密時(shí)間和復(fù)雜度，而且通過(guò) 周期性更換密鑰，保證了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。采用該方法?duì)體域網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn) 行加密，既滿足了體域網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理效率，又能保證網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?br>
【權(quán)利要求】
1. 一種無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行： 步驟1:獲取t秒的心電信號(hào)，并根據(jù)該心電信號(hào)的R波形成心電信號(hào)特征值入； 步驟2 :采用線性最小均方誤差估計(jì)算法進(jìn)行信道估計(jì)，獲得信道的幅度A和相位P; 步驟3 :分別將心電信號(hào)特征值X、幅度A以及相位P量化形成三個(gè)參數(shù)作為加密密 鑰； 步驟4 :將步驟3所得的加密密鑰廣播至無(wú)線體域網(wǎng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，且每個(gè)節(jié)點(diǎn)按照該 加密密鑰利用交錯(cuò)走停式流加密電路將明文序列加密形成密文； 步驟5 :按照間隔周期T返回步驟1更新所述電信號(hào)特征值X、幅度A和相位P。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于：所述心電信號(hào)特征
秒內(nèi)心電信號(hào)R波的個(gè)數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于：所述周期T= 200 ?400 秒，t= 10 秒。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于：步驟4中所述交錯(cuò) 走停式流加密電路由三個(gè)級(jí)數(shù)可調(diào)的線性反饋移位寄存器、兩個(gè)與門(mén)、一個(gè)非門(mén)以及一個(gè) 異或門(mén)構(gòu)成，其中： 所述心電信號(hào)特征值A(chǔ)量化所得參數(shù)作為第一線性反饋移位寄存器LFSR-I的初始序 列，明文序列作為第一線性反饋移位寄存器LFSR-I的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，第一線性反饋移位寄存器 LFSR-I的輸出端連接第一與門(mén)的一個(gè)輸入端，第一與門(mén)的另一個(gè)輸入端輸入所述明文序 列； 第一與門(mén)輸出的信號(hào)作為第二線性反饋移位寄存器LFSR-2的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，幅度A量化所 得參數(shù)作為第二線性反饋移位寄存器LFSR-2的初始序列； 所述第一線性反饋移位寄存器LFSR-I的輸出端還經(jīng)所述非門(mén)連接第二與門(mén)的一個(gè)輸 入端，第二與門(mén)的另一個(gè)輸入端輸入明文序列，第二與門(mén)的輸出的信號(hào)作為第三線性反饋 移位寄存器LFSR-3的驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，相位P量化所得參數(shù)作為第三線性反饋移位寄存器LFSR-3 的初始序列； 所述第二線性反饋移位寄存器LFSR-2輸出的信號(hào)與第三線性反饋移位寄存器LFSR-3 輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)所述異或門(mén)完成異或處理后輸出密文。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于： 所述第一線性反饋移位寄存器LFSR-I的多項(xiàng)表達(dá)式為：f\(X) =X12+Xn+X3+X+1 ; 所述第二線性反饋移位寄存器LFSR-2的多項(xiàng)表達(dá)式為：f2(X) =X16+X12+X2+l; 所述第三線性反饋移位寄存器LFSR-3的多項(xiàng)表達(dá)式為：f3(X) =X16+X12+X5+l。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于：所述線性最小均方 誤差估計(jì)算法的計(jì)算公式為：
其中，h= [hi，h2，…h(huán)K]，hk為第k次估計(jì)的信道狀態(tài)，X= (IiagU1,x2,…，xK)，xK為第k次估計(jì)的訓(xùn)練序列，y=Xh+n，n表示獨(dú)立同分布的高斯白噪 聲矢量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線體域網(wǎng)數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于：在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有協(xié) 調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)，由心電節(jié)點(diǎn)發(fā)送10秒的心電數(shù)據(jù)和一定長(zhǎng)度前導(dǎo)序列，協(xié)調(diào)器收到 前導(dǎo)序列后提取10秒的心電數(shù)據(jù)并計(jì)算出加密密鑰，然后由協(xié)調(diào)器將該加密密鑰廣播至 所有節(jié)點(diǎn)。
【文檔編號(hào)】H04W12/02GK104507085SQ201510016433
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月13日
【發(fā)明者】龐宇, 李第惠, 林金朝, 王偉, 李國(guó)權(quán), 羅志勇, 李章勇, 周前能, 冉鵬 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)