基于可重構的可信SOPC平臺的WSN安全系統(08-100)

　　4.4 TPM模塊

　　4.4.1 TPM模塊總體設計

　　TPM模塊總體設計圖如圖10：主要包含模式選擇控制器，RC5加密模塊，MD5模塊，比較器模塊，隨機數產生器模塊，篡改響應模塊，密鑰存儲區。

　　圖8 TPM結構圖

　　4.4.2 模式選擇控制器

　　模式選擇控制器根據中心控制器的模式選擇命令，配置TPM成相應的工作模式后進入正常工作狀態。

　　4.4.3 RC5加密模塊

　　本系統用硬件實現了RC5-16/1/4，該模塊的為了提高加解密速率采用了流水線的設計方法，如圖11所示，首先輸入32位密鑰，22個周期之后擴展密鑰計算完成，輸入32位的明文，經過運算得到32位的密文。

　　圖9 RC5加密模塊

　　4.4.4 MD5模塊

　　MD5模塊(圖12)主要由三部分構成：數據讀入模塊，數據讀出模塊和數據處理模塊。

　　圖10 MD5模塊

　　4.5 外圍模塊

　　外圍硬件電路的設計使用了三個Xilinx提供的Picoblaze核，系統總體結構圖如圖13所示。

　圖11 外圍電路設計圖

　　5 測試方案

　　5.1 密鑰管理協議測試方案

　　為了驗證系統的密鑰管理協議中在測試密鑰管理協議時，我們從以下幾個方面驗證：

　　a) 四個密鑰和ID基的注入正確

　　四個密鑰和ID基是后面密鑰協議相關包運算的原始數據，故如果可證明后面的結果正確則可得證前面的結果正確

　　b) 驗證K子的正確性

　　因為初始包的數據是經過K子加密后的結果，為了驗證 K子的正確性，我們查看下一步的初始包的數據正確與否即可得知。

　　c) 驗證初始包的正確性

　　為了驗證初始包的正確性，在電腦上接上一個無線收發模塊，用來接受節點和基站發送出來的消息。然后用已知的KT0和K0來算出相應的初始包的內容，和接受到的數據進行比對即可得知初始包的內容正確與否。

　　d) 驗證TESLA 密鑰包的正確性

　　接受到兩次的TESLA包，算出Ki，然后用算出相應的TESLA 密鑰包，和接受到的密鑰包進行比對，即可知道密鑰包分發正確與否。

　　e) 驗證通信密鑰Ki正確更新

　　為了驗證通信密鑰的正確更新，可以在不同時段使終端節點發送相同的數據，如果接受到的數據不同則說明密鑰發生了更新，為了驗證密鑰的正確更新則算出兩個時段發送的數據的正確內容，和接受到的內容進行比較即可知道通信密鑰是否正常更新。

　　5.2 可重構功能的測試方案

　　為了測試可重構功能，可以將原來網絡中的基站關閉，等待一段時間之后看網絡內是否有節點重構為基站，重構為基站后正常工作的驗證辦法同密鑰管理協議的測試方案。

　　5.3 可信平臺的測試方案

　　當發現敵手入侵時，clear信號為高，所有密鑰清零，為了驗證其正確性，以后發送的密鑰協議相關包用到的各種密鑰均為零，將計算結果和接受到的數據進行比對即可知道其正確與否

　　6 結束語

　　本系統創新性的將可信平臺理論和可重構機制引入WSN系統安全中，依托WSN通信協議和SPINS網絡密鑰管理協議，實現一種從點到面，點面結合的安全機制。系統方案不強調加解密算法的復雜性，著重于方案的靈活性，健壯性。

　　展望未來技術的發展，基于FPGA的動態可重構技術以及可重構密碼芯片理論，本系統還可以實現加解密算法的動態調整，工作模式的切換更加快捷，以適合不同情景下的安全需求。