[发明专利]无线体域网的DSNMF数据完整性认证水印方法

摘要

本发明公开了一种无线体域网的DSNMF数据完整性认证水印方法，主要解决IEEE802.15.6完整性认证需要额外增加消息认证码问题。本发明的步骤分为发送端水印嵌入和接收端水印提取认证两部分。在发送端，利用DSNMF分解经处理的采样数据的整数平面矩阵，得到数据特征向量，生成水印，加密水印并嵌入数据中，重构数据得到合成采样数据。在接收端，用与发送端相同方法获得参考水印，提取并解密加密信息获得提取的水印，比较参考水印和提取的水印，以实现数据的完整性认证。本发明可节省传输32位认证码所需要的通信开销，降低了能量消耗。

主权项

无线体域网的DSNMF数据完整性认证水印嵌入方法，具体步骤如下：(1)节点初始化：节点将中心分配的初始密钥作为初始值，采用一维Logistic映射法迭代获得元素值大小处于初始区间的节点初始伪随机向量；(2)节点数据预处理：2a)节点从传感器中读入采样数据，将所有的采样数据等分为n组，每组所含元素个数为m个，得到采样数据子组，采用调制变换公式处理采样数据子组得到非负数据子组，将所有的非负数据子组横向排列构成大小为m×n的节点非负矩阵；2b)采用调制变换公式处理节点初始伪随机向量，得到节点基础向量；(3)获取节点整数平面矩阵和节点小数平面矩阵：3a)取步骤2a)得到的节点非负矩阵各元素中的整数部分，生成节点整数平面矩阵；3b)将节点非负矩阵与节点整数平面矩阵相减，得到节点小数平面矩阵；(4)获取节点数据特征向量：4a)将中心分配的修正密钥作为初始值，采用一维Logistic映射法迭代获得元素值大小处于修正区间的节点修正伪随机向量，将节点修正伪随机向量与步骤2b)得到的节点基础向量相加，获得节点扰动基础向量，将节点基础向量和节点扰动基础向量横向排列，组成节点基础数据矩阵；4b)分别将步骤2b)得到的节点基础向量与节点整数平面矩阵中的列向量横向排列，组成节点数据矩阵；4c)分别将节点基础数据矩阵和节点数据矩阵横向排列，组成节点新数据矩阵；4d)按照下式求得节点数据特征向量：F(j)＝H′j(1，4)其中，F表示节点数据特征向量，F(j)表示节点非负矩阵中第j列非负数据子组所对应的采样数据子组的数据特征值，H′j表示采用数据流式非负矩阵分解DSNMF算法分解第j个节点新数据矩阵得到的系数矩阵；(5)构建节点特征矩阵：5a)将所有节点数据特征向量中各元素的整数部分，转化成比特位数与最大整数部分总比特位数相同的二进制数；5b)从二进制数中由高位往低位依次取出比特数，纵向排列比特数，组成待嵌入特征向量；5c)按数据特征值在数据特征向量中的排列顺序，将各数据特征值所对应的待嵌入特征向量横向排列，构建出节点特征矩阵；(6)加密待嵌入水印：6a)将节点特征矩阵作为待嵌入水印，用基于中心分配的加密密钥的m序列方法产生加密矩阵；6b)将节点特征矩阵与加密矩阵进行异或运算，获得节点加密的水印矩阵；(7)选取嵌入位置：7a)将小数平面矩阵各元素转化成二进制数，截取前3个比特转化成十进制数，将十进制数替换小数平面矩阵中对应元素，获得节点有效小数平面矩阵；7b)对节点有效小数平面矩阵每列中元素按从小到大顺序排列；7c)每列均从最小的非零数开始，沿数据增大的方向，选取总数上与节点加密的水印矩阵行数相等的元素作为水印嵌入载体数据；(8)嵌入水印：取出节点加密的水印矩阵各列中比特数据，将比特数据作为节点有效小数平面矩阵对应列中水印嵌入载体数据的第四个比特位，获得含水印的节点有效小数平面矩阵；(9)重构：9a)将节点整数平面矩阵与含水印的节点有效小数平面矩阵相加，获得含水印的节点非负矩阵；9b)采用解调变换公式，处理含水印的节点非负矩阵中列向量，获得含水印的采样数据子组；9c)依次取出含水印的采样数据子组中各元素，横向排列所有元素得到含水印的合成采样数据；9d)将含水印的合成采样数据发往中心。