本發(fā)明涉及體域網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于橢圓曲線算法的加解密方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無(wú)線體域網(wǎng)是由一些放置在人體表面或者植入人體內(nèi)部的傳感器以及一些可移動(dòng)終端所組成的以人體為中心的網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)多為患者的生理信息，關(guān)系到患者的生命安全。由于無(wú)線信道的開(kāi)放性，整個(gè)體域網(wǎng)中信息的交互很容易受到非法攻擊，而體域網(wǎng)信息具有高度敏感性，一旦生理數(shù)據(jù)的正確性受到影響，將會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)知的嚴(yán)重后果。因此要采用相關(guān)的加密算法來(lái)保證通信的安全。

由于體域網(wǎng)資源有限性，更多地采用對(duì)稱加密算法和非對(duì)稱的橢圓曲線加密算法相結(jié)合的混合加密算法，但是橢圓曲線加密算法為非對(duì)稱加密算法，其計(jì)算量較大，導(dǎo)致整個(gè)混合加密算法效率較低，不利于整個(gè)混合加密算法在體域網(wǎng)中推廣應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供既能實(shí)現(xiàn)對(duì)生理信息的加密，又能提升效率的基于橢圓曲線算法的加解密方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于橢圓曲線算法的加解密方法，所述方法包括下述步驟：

在采集節(jié)點(diǎn)b，根據(jù)輸入的生理信息m，生成數(shù)字簽名s、所述生理信息的對(duì)稱加密密文fk(m)和對(duì)稱密鑰k；

對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2，并以拆分得到的對(duì)稱密鑰k1和k2為依據(jù)進(jìn)行基于橢圓曲線算法的加密操作，得到重新組合后的密鑰密文ck；

將包含所述數(shù)字簽名s、密文fk(m)和重新組合后的密鑰密文ck在內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)a。

作為一種改進(jìn)的方案，所述對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2，并以拆分得到的對(duì)稱密鑰k1和k2為依據(jù)進(jìn)行基于橢圓曲線算法的加密操作，得到重新組合后的密鑰密文ck的步驟具體包括下述步驟：

對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2；

隨機(jī)選取隨機(jī)數(shù)r1，計(jì)算共享密鑰x1，然后基于共享密鑰x1和基于所述橢圓曲線算法，生成拆分后的密鑰k1所對(duì)應(yīng)的密鑰密文ck1；

隨機(jī)選取隨機(jī)數(shù)r2，計(jì)算共享密鑰x2，然后基于共享密鑰x2和基于所述橢圓曲線算法，生成拆分后的密鑰k2所對(duì)應(yīng)的密鑰密文ck2；

將所述密鑰密文ck1和密鑰密文ck2進(jìn)行線性組合，生成重新組合后的密鑰密文其中，a、b為正整數(shù)。

作為一種改進(jìn)的方案，所述對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分的步驟具體包括下述步驟：

在采集節(jié)點(diǎn)b，隨機(jī)選取正整數(shù)r和s，其中，r+s＝n；

將所述對(duì)稱密鑰k換算為二進(jìn)制形式，即：k1＝k1k2…kr,k2＝kr+1kr+2…kn；

其中，k＝k1k2。

作為一種改進(jìn)的方案，所述采集節(jié)點(diǎn)b發(fā)送給所述匯聚節(jié)點(diǎn)a的數(shù)據(jù)中還包含有參數(shù)r，其中，r＝rp，p為橢圓曲線的一個(gè)基點(diǎn)。

作為一種改進(jìn)的方案，所述方法還包括下述步驟：

對(duì)所述數(shù)字簽名s進(jìn)行驗(yàn)證；

當(dāng)驗(yàn)證通過(guò)時(shí)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)a對(duì)所述接收到的參數(shù)r進(jìn)行密鑰的計(jì)算，得到匯聚節(jié)點(diǎn)a和采集節(jié)點(diǎn)b的共享密鑰x1,x2；

根據(jù)重新組合后的密鑰密文ck，計(jì)算所述密鑰密文組合計(jì)算式中的斜率參數(shù)a和b，且(a,b)＝1；

利用共享密鑰x1,x2和橢圓曲線算法對(duì)所述密鑰密文ck1和密鑰密文ck2進(jìn)行解密操作，獲得拆分的對(duì)稱密鑰k1和k2；

根據(jù)k＝k1k2，還原獲取對(duì)稱密鑰k；

依據(jù)獲取到的所述對(duì)稱密鑰k對(duì)所述密文fk(m)進(jìn)行解密，獲取所述生理信息m。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于橢圓曲線算法的加解密系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

生理信息采集處理模塊，用于在采集節(jié)點(diǎn)b，根據(jù)輸入的生理信息m，生成數(shù)字簽名s、所述生理信息的對(duì)稱加密密文fk(m)和對(duì)稱密鑰k；

對(duì)稱密鑰拆分加密模塊，用于對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2，并以拆分得到的對(duì)稱密鑰k1和k2為依據(jù)進(jìn)行基于橢圓曲線算法的加密操作，得到重新組合后的密鑰密文ck；

加密數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，用于將包含所述數(shù)字簽名s、密文fk(m)和重新組合后的密鑰密文ck在內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)a。

作為一種改進(jìn)的方案，所述對(duì)稱密鑰拆分加密模塊具體包括：

對(duì)稱密鑰拆分模塊，用于對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2；

第一密鑰密文生成模塊，用于隨機(jī)選取隨機(jī)數(shù)r1，計(jì)算共享密鑰x1，然后基于共享密鑰x1和基于所述橢圓曲線算法，生成拆分后的密鑰k1所對(duì)應(yīng)的密鑰密文ck1；

第二密鑰密文生成模塊，用于隨機(jī)選取隨機(jī)數(shù)r2，計(jì)算共享密鑰x2，然后基于共享密鑰x2和基于所述橢圓曲線算法，生成拆分后的密鑰k2所對(duì)應(yīng)的密鑰密文ck2；

線性組合模塊，用于將所述密鑰密文ck1和密鑰密文ck2進(jìn)行線性組合，生成重新組合后的密鑰密文其中，a、b為正整數(shù)。

作為一種改進(jìn)的方案，所述對(duì)稱密鑰拆分模塊具體包括：

隨機(jī)選取模塊，用于在采集節(jié)點(diǎn)b，隨機(jī)選取正整數(shù)r和s，其中，r+s＝n；

二進(jìn)制換算模塊，用于將所述對(duì)稱密鑰k換算為二進(jìn)制形式，即：k1＝k1k2…kr,k2＝kr+1kr+2…kn；

其中，k＝k1k2。

作為一種改進(jìn)的方案，所述采集節(jié)點(diǎn)b發(fā)送給所述匯聚節(jié)點(diǎn)a的數(shù)據(jù)中還包含有參數(shù)r，其中，r＝rp，p為橢圓曲線的一個(gè)基點(diǎn)。

作為一種改進(jìn)的方案，所述系統(tǒng)還包括解密模塊，所述解密模塊具體包括：

簽名驗(yàn)證模塊，用于對(duì)所述數(shù)字簽名s進(jìn)行驗(yàn)證；

共享密鑰計(jì)算模塊，用于當(dāng)驗(yàn)證通過(guò)時(shí)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)a對(duì)所述接收到的參數(shù)r進(jìn)行密鑰的計(jì)算，得到匯聚節(jié)點(diǎn)a和采集節(jié)點(diǎn)b的共享密鑰x1,x2；

斜率參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)重新組合后的密鑰密文ck，計(jì)算所述密鑰密文組合計(jì)算式中的斜率參數(shù)a和b，且(a,b)＝1；

密鑰密文解密模塊，用于利用共享密鑰x1,x2和橢圓曲線算法對(duì)所述密鑰密文ck1和密鑰密文ck2進(jìn)行解密操作，獲得拆分的對(duì)稱密鑰k1和k2；

對(duì)稱密鑰還原模塊，用于根據(jù)k＝k1k2，還原獲取對(duì)稱密鑰k；

生理信息獲取模塊，用于依據(jù)獲取到的所述對(duì)稱密鑰k對(duì)所述密文fk(m)進(jìn)行解密，獲取所述生理信息m。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在采集節(jié)點(diǎn)b，根據(jù)輸入的生理信息m，生成數(shù)字簽名s、生理信息的對(duì)稱加密密文fk(m)和對(duì)稱密鑰k；對(duì)對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2，并以拆分得到的對(duì)稱密鑰k1和k2為依據(jù)進(jìn)行基于橢圓曲線算法的加密操作，得到重新組合后的密鑰密文ck；將包含數(shù)字簽名s、密文fk(m)和重新組合后的密鑰密文ck在內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)a，既實(shí)現(xiàn)對(duì)生理信息的加密，又能提升混合加密算法的效率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。附圖中，各元件或部分并不一定按照實(shí)際的比例繪制。

圖1為本發(fā)明提供的基于橢圓曲線算法的加解密方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2，并以拆分得到的對(duì)稱密鑰k1和k2為依據(jù)進(jìn)行基于橢圓曲線算法的加密操作，得到重新組合后的密鑰密文ck的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖3為本發(fā)明提供的基于橢圓曲線算法的解密方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖4為本發(fā)明提供的基于橢圓曲線算法的加解密系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為本發(fā)明提供的解密模塊的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1示出了本發(fā)明提供的基于橢圓曲線算法的加解密方法的實(shí)現(xiàn)流程圖，其具體包括下述步驟：

在步驟s101中，在采集節(jié)點(diǎn)b，根據(jù)輸入的生理信息m，生成數(shù)字簽名s、所述生理信息的對(duì)稱加密密文fk(m)和對(duì)稱密鑰k。

在該步驟中，選定素?cái)?shù)域fq上的一條橢圓曲線ep(a,b)，橢圓曲線上的一個(gè)基點(diǎn)p和其素?cái)?shù)階n，節(jié)點(diǎn)a，b的私鑰分別是da，db，發(fā)送生理信息為m，節(jié)點(diǎn)a，b的公鑰分別為qa，qb，由下式算的：qa＝dap，qb＝dbp，以上為a和b公鑰的生成。

然后，采集節(jié)點(diǎn)b由生理信息m生成對(duì)稱密鑰k和消息摘要，且產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)r并利用匯聚節(jié)點(diǎn)a的公鑰qa計(jì)算共享密鑰x(r＝rp)；

(x,y)＝rqa＝rdap＝rda。

同時(shí)，利用對(duì)稱密鑰生成器生成對(duì)稱密鑰k，并利用生成的對(duì)稱密鑰k對(duì)生理信息m進(jìn)行加密，生成對(duì)稱加密密文fk(m)。

在該步驟還包括簽名算法計(jì)算出相應(yīng)的數(shù)字簽名s的過(guò)程，在此不再贅述。

在步驟s102中，對(duì)對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2，并以拆分得到的對(duì)稱密鑰k1和k2為依據(jù)進(jìn)行基于橢圓曲線算法的加密操作，得到重新組合后的密鑰密文ck。

其具體的實(shí)現(xiàn)如圖2所示，在此不再贅述。

在步驟s103中，將包含所述數(shù)字簽名s、密文fk(m)和重新組合后的密鑰密文ck在內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)a。

其中，如圖2所示，上述步驟s102，對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2，并以拆分得到的對(duì)稱密鑰k1和k2為依據(jù)進(jìn)行基于橢圓曲線算法的加密操作，得到重新組合后的密鑰密文ck的步驟具體包括下述步驟：

在步驟s201中，對(duì)對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，將對(duì)稱密鑰k分為對(duì)稱密鑰k1和k2，即k＝k1k2。

在步驟s202中，隨機(jī)選取隨機(jī)數(shù)r1，計(jì)算共享密鑰x1，然后基于共享密鑰x1和所述橢圓曲線算法，生成拆分后的密鑰k1所對(duì)應(yīng)的密鑰密文ck1。

在該步驟中，隨機(jī)選取隨機(jī)數(shù)r1后，利用匯聚節(jié)點(diǎn)a的公鑰qa計(jì)算匯聚節(jié)點(diǎn)a和采集節(jié)點(diǎn)b的共享密鑰x1，即：

(xi,yi)＝riqa＝ripda＝rida。

在步驟s203中，隨機(jī)選取隨機(jī)數(shù)r2，計(jì)算共享密鑰x2，然后基于共享密鑰x2和所述橢圓曲線算法，生成拆分后的密鑰k2所對(duì)應(yīng)的密鑰密文ck2。

同上述步驟s202，在此不再贅述。

在步驟s204中，將所述密鑰密文ck1和密鑰密文ck2進(jìn)行線性組合，生成重新組合后的密鑰密文其中，a、b為正整數(shù)。

在該步驟中，該加法為算數(shù)加法。

其中，上述步驟s201具體包括下述步驟：

(1)在采集節(jié)點(diǎn)b，隨機(jī)選取正整數(shù)r和s，其中，r+s＝n；

(2)將所述對(duì)稱密鑰k換算為二進(jìn)制形式，即：k1＝k1k2…kr,k2＝kr+1kr+2…kn；

其中，k＝k1k2。

在本發(fā)明實(shí)施例中，采集節(jié)點(diǎn)b發(fā)送給所述匯聚節(jié)點(diǎn)a的數(shù)據(jù)中還包含有參數(shù)r，其中，r＝rp，p為橢圓曲線的一個(gè)基點(diǎn)；

在此基礎(chǔ)上，如圖3所示，基于橢圓曲線算法的解密過(guò)程為：

在步驟s301中，對(duì)所述數(shù)字簽名s進(jìn)行驗(yàn)證。

若驗(yàn)證不通過(guò)，則證明密文是錯(cuò)誤的，拒絕接收即可。

在步驟s302中，當(dāng)驗(yàn)證通過(guò)時(shí)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)a對(duì)所述接收到的參數(shù)r進(jìn)行密鑰的計(jì)算，得到匯聚節(jié)點(diǎn)a和采集節(jié)點(diǎn)b的共享密鑰x1,x2。

即：(xi,yi)＝rida。

在步驟s303中，根據(jù)重新組合后的密鑰密文ck，計(jì)算所述密鑰密文組合計(jì)算式中的斜率參數(shù)a和b，且(a,b)＝1。

在步驟s304中，利用共享密鑰x1,x2和橢圓曲線算法對(duì)所述密鑰密文ck1和密鑰密文ck2進(jìn)行解密操作，獲得拆分的對(duì)稱密鑰k1和k2。

在步驟s305中，根據(jù)k＝k1k2，還原獲取對(duì)稱密鑰k。

在步驟s306中，依據(jù)獲取到的所述對(duì)稱密鑰k對(duì)所述密文fk(m)進(jìn)行解密，獲取所述生理信息m。

在該實(shí)施例中，為了從密文ck譯出對(duì)稱密鑰k，必須由方程：

ax+by＝ck

解出和然后利用已知的x1,x2對(duì)與ek2的解密方法分別譯出對(duì)稱密鑰k1和k2，從而得到對(duì)稱密鑰k。

方程ax+by＝ck是一個(gè)不定方程，利用euclid算法，當(dāng)(a,b)＝1，則在一定的時(shí)間內(nèi)可以解出該方程的一個(gè)特解(x0,y0)。此時(shí)，方程有如下形式的通解：

x＝x0+bty＝y(tǒng)0-att∈z

如果已知密文和滿足條件

則由此可以唯一地且準(zhǔn)確地解出和從而譯出對(duì)稱密鑰k。

圖4示出了本發(fā)明提供的基于橢圓曲線算法的加解密系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，為了便于說(shuō)明，圖中僅給出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。

生理信息采集處理模塊11在采集節(jié)點(diǎn)b，根據(jù)輸入的生理信息m，生成數(shù)字簽名s、所述生理信息的對(duì)稱加密密文fk(m)和對(duì)稱密鑰k；

對(duì)稱密鑰拆分加密模塊12對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2，并以拆分得到的對(duì)稱密鑰k1和k2為依據(jù)進(jìn)行基于橢圓曲線算法的加密操作，得到重新組合后的密鑰密文ck；

加密數(shù)據(jù)發(fā)送模塊13將包含所述數(shù)字簽名s、密文fk(m)和重新組合后的密鑰密文ck在內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)a。

其中，對(duì)稱密鑰拆分加密模塊12具體包括：

對(duì)稱密鑰拆分模塊14對(duì)所述對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2；

第一密鑰密文生成模塊15隨機(jī)選取隨機(jī)數(shù)r1，計(jì)算共享密鑰x1，然后基于共享密鑰x1和基于所述橢圓曲線算法，生成拆分后的密鑰k1所對(duì)應(yīng)的密鑰密文ck1；

第二密鑰密文生成模塊16隨機(jī)選取隨機(jī)數(shù)r2，計(jì)算共享密鑰x2，然后基于共享密鑰x2和基于所述橢圓曲線算法，生成拆分后的密鑰k2所對(duì)應(yīng)的密鑰密文ck2；

線性組合模塊17將所述密鑰密文ck1和密鑰密文ck2進(jìn)行線性組合，生成重新組合后的密鑰密文其中，a、b為正整數(shù)。

對(duì)稱密鑰拆分模塊14具體包括：

隨機(jī)選取模塊18在采集節(jié)點(diǎn)b，隨機(jī)選取正整數(shù)r和s，其中，r+s＝n；

二進(jìn)制換算模塊19將所述對(duì)稱密鑰k換算為二進(jìn)制形式，即：k1＝k1k2…kr,k2＝kr+1kr+2…kn；

其中，k＝k1k2。

在本發(fā)明實(shí)施例中，如圖5所示，基于橢圓曲線算法的加解密系統(tǒng)還包括解密模塊20，所述解密模塊20具體包括：

簽名驗(yàn)證模塊21，用于對(duì)所述數(shù)字簽名s進(jìn)行驗(yàn)證；

共享密鑰計(jì)算模塊22，用于當(dāng)驗(yàn)證通過(guò)時(shí)，所述匯聚節(jié)點(diǎn)a對(duì)所述接收到的參數(shù)r進(jìn)行密鑰的計(jì)算，得到匯聚節(jié)點(diǎn)a和采集節(jié)點(diǎn)b的共享密鑰x1,x2；

斜率參數(shù)計(jì)算模塊23，用于根據(jù)重新組合后的密鑰密文ck，計(jì)算所述密鑰密文組合計(jì)算式中的斜率參數(shù)a和b，且(a,b)＝1；

密鑰密文解密模塊24，用于利用共享密鑰x1,x2和橢圓曲線算法對(duì)所述密鑰密文ck1和密鑰密文ck2進(jìn)行解密操作，獲得拆分的對(duì)稱密鑰k1和k2；

對(duì)稱密鑰還原模塊25，用于根據(jù)k＝k1k2，還原獲取對(duì)稱密鑰k；

生理信息獲取模塊26，用于依據(jù)獲取到的所述對(duì)稱密鑰k對(duì)所述密文fk(m)進(jìn)行解密，獲取所述生理信息m。

其中，上述各個(gè)模塊的功能如上述方法實(shí)施例所記載，在此不再贅述。

在本發(fā)明實(shí)施例中，在采集節(jié)點(diǎn)b，根據(jù)輸入的生理信息m，生成數(shù)字簽名s、生理信息的對(duì)稱加密密文fk(m)和對(duì)稱密鑰k；對(duì)對(duì)稱密鑰k進(jìn)行基于二進(jìn)制的拆分，k＝k1k2，并以拆分得到的對(duì)稱密鑰k1和k2為依據(jù)進(jìn)行基于橢圓曲線算法的加密操作，得到重新組合后的密鑰密文ck；將包含數(shù)字簽名s、密文fk(m)和重新組合后的密鑰密文ck在內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)a，既實(shí)現(xiàn)對(duì)生理信息的加密，又能提升混合加密算法效率，拓寬了適用領(lǐng)域。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書的范圍當(dāng)中。