[发明专利]一种最短RSA密文长度的A/D转换量化方法

说明书

本发明公开了一种最短RSA密文长度的A/D转换量化方法。现有的方法未充分考虑量化误差与密文长度的对应关系，而是直接利用原始明文或原始明文的分块进行加密，使得密文的长度过长，带来了额外的通信开销。本发明通过调节A/D变换后的数据长度，优化密文长度，构造一个优化问题，该优化问题采用一种启发式的计算方法求解。本发明通过合理调节A/D转化时的量化数据长度，在保障数据准确性的同时，缩短密文长度，从而降低无线传感器节点与融合中心之间的通信开销。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络加密通信领域，具体地说是一种最短RSA密文长度的A/D转换量化方法。

背景技术

受到量测噪声和A/D转换量化的影响，传感器的量测值与真实值之间存在一定的偏差。在无线传感器网络中，各无线传感器节点需要将量测值发送给融合中心，融合中心可以通过最佳线性无偏估计实现多传感器数据融合，以降低量测噪声和A/D转换量化带来的误差。RSA加密是一种常用的非对称加密方法。为了保障数据隐私，无线传感器节点可以通过RSA加密得到对应的量测值密文，并将密文发送给融合中心。融合中心利用私钥解密后得到量测值的明文，并基于最佳线性无偏估计实现多传感器数据融合。

现有基于RSA的无线传感器网络加密通信过程中，对于无线传感器节点的A/D转化通常不进行主动调节。假设传感器节点的量测值为m，公钥为(n,e)，通常有两种密钥生成方式：

1.直接利用明文m生成密文：c≡m^e mod n；

2.将明文m转化为多个符号块m₁,m₂,...,m_N，对每个符号块分别进行加密：并通过增加额外的数据位得到长度相等的密文c₁,c₂,...,c_N。

由于密文长度与明文长度不是正相关，可能存在密文较长但量化误差较大的情况。现有的方法未充分考虑量化误差与密文长度的对应关系，而是直接利用原始明文或原始明文的分块进行加密，使得密文的长度过长，带来了额外的通信开销。

发明内容

为降低通信开销，希望无线传感器节点发送的密文长度尽可能短，本发明提供一种最短RSA密文长度的A/D转换量化方法，其通过合理调节A/D转化时的量化数据长度，在保障数据准确性的同时，缩短密文长度，从而降低无线传感器节点与融合中心之间的通信开销。

本发明采用如下的技术方案：一种最短RSA密文长度的A/D转换量化方法，其包括步骤：

1)对于某个无线传感器节点，其观测到的数据描述为：

z＝x+θ，

其中，z是量测值，x是待测物理量的实际值，θ是观测噪声；

2)对z进行A/D变换，得到L位的量化数据：

其中，m表示量化后的数值，ξ＝1,2,...,2^L-1；W表示待测物理量的最大值，其量化误差表示为

3)用σ表示观测噪声的标准差，用τ表示传感器节点均方差的上界，A/D转换最小量化长度表示为：

4)用L_max表示A/D转换芯片所允许的最大数据长度，则L∈[L_min,L_max]；

5)无线传感器节点用公钥(n,e)对m进行加密得到密文c，

c≡m^e mod n；

6)由于密文c长度与m长度相关，通过调节A/D变换后的数据长度，优化密文长度，构造为如下优化问题：