摘要：随着无线网络的普及，对其进行保护的必要性也越来越大。加密算法在信息安全系统中发挥着重要作用。另一方面，这些算法消耗大量的计算资源，如CPU时间、内存和电池电量。无线安全通过应用常见的安全标准来演示，本文并提供了多种最常见的无线设备功耗加密算法的评估，并对每种算法在不同设置下的加密算法进行了比较，如数据块大小不同、数据类型不同、电池功耗不同、通过无线网络传输数据、最终加密/解密速度不同等。
关键词：无线网络；密钥；数据传输
许多加密算法广泛应用于信息安全领域。它们可以分为对称（私有）和非对称（公共）密钥加密。在对称密钥加密或非对称密钥加密中，只有一个密钥用于加密和解密数据。DES使用一个64位密钥。三重DES（3DES）使用三个64位密钥，而AES使用各种位密钥。
在非对称密钥加密中，使用两个密钥：私钥和公钥。公钥用于加密，私钥用于解密（例如RSA和ECC）。公钥加密基于数学函数，计算量大，对于小型移动设备来说效率不高。对称密钥加密的强度取决于所用密钥的大小。
本文研究了一种评估无线设备功耗的各种算法的选定对称加密性能的方法。无线设备的资源有限，例如内存较少、处理能力较低和电池有限。由于加密算法的存在，电池的能量消耗问题日益突出。电池技术的增长速度比其他技术要慢。这导致了“电池缺口”，我们需要一种方法来决定能源消耗和安全性，以减少电池驱动设备的消耗。本文评估了无线局域网（WLAN）使用或建议的六种不同加密算法，即AES、DES、3DES、RC6、Blowfish和RC2。加密方案的性能度量将根据无线设备的能量、更改数据类型以及有关功耗的视频文件、更改无线设备上所选加密算法的包大小进行。
一、网络基本结构
实验中使用了两台笔记本电脑。这两台笔记本电脑上安装了Windows7操作系统。第一台笔记本电脑（发送器）连接到接入点，它对不同数据类型的不同文件大小进行加密：文本数据为321KB至7.139MB，音频数据为33KB至8262KB，图片和图像为28KB至131KB。使用.NET环境。实验中选择的六种加密算法分别是AES（密钥大小256位）、DES（密钥大小64位）、RC2（密钥大小64位）、RC6（密钥大小256位）、Blowfish（密钥大小256位）和3DES（密钥大小192位）。这些实现经过了彻底的测试，并经过了优化，为每个算法提供了最大的性能。通过一个不同的实现程序，对测试结果进行检查和测试，以确定AES是最好的加密算法，从而为算法提供最大的性能，并确保在多个平台上得到相同的结果。然后，为了传输数据，两台笔记本电脑通过无线连接。数据通过使用TCP/IP协议的无线链路从第一台笔记本电脑传输到第二台笔记本电脑。通过两种不同的认证方式传输数据，一种使用开放系统身份验证（无加密）传输数据，另一种使用共享密钥认证（WEP加密）传输数据。研究了不同信号对噪声的影响及其对数据传输的影响。测量了几个性能指标：
•加密时间。
•吞吐量。
•电池电源。
•许多情况下的传输时间。
加密时间是加密算法从明文生成密码文本所需的时间。加密时间用于计算加密方案的吞吐量。它指示加密的速度。加密方案的吞吐量按下面公式计算。
吞吐量=Tp(B)/Et(S)
其中，Tp是纯文本总数，单位是字节；Et表示加密时间，单位是秒。
CPU处理时间是CPU仅提交到特定计算过程的时间。它反映了CPU的负载。
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CPU时钟周期是一个度量，反映了在进行加密操作时CPU的能耗。每一个CPU周期将消耗少量的能量。
二、结果比较
比较了不同数据类型、不同包大小、不同密钥大小等不同设置下的不同加密算法的结果。
•在改变包大小的情况下，在加密过程中，计算每个加密算法的性能。
•在更改数据类型的情况下，在加密过程中计算每个加密算法的性能。
比较了使用BSS和AdHoc无线网络进行数据传输的结果。BSS模式和AdHoc模式的主要区别在于AdHoc模式没有发送方和接收方之间的访问点。
（一）AdHoc模式
•如果信号很好，则使用两种不同类型的认证（开放式密钥认证（无加密）和共享密钥认证（WEP））进行比较。对于每种类型的认证，计算不同类型的加密传输时间和功耗。数据包大小和不同的数据类型。这样，就可以计算出每种加密算法在数据传输和无数据传输情况下对发送方和接收方之间使用优良信号的特殊结构中的两种不同类型的认证的性能。
•在信号差的情况下，使用（WEP）进行比较。根据不同的包大小和不同的数据类型计算加密的传输时间和功耗。因此，可以计算每个加密算法在数据传输情况下的性能，以及在特殊结构中，在源和目标之间使用不良信号进行数据传输时的性能。
（二）BSS模式
在BSS模式下，通过计算数据传输时间和传输功耗，比较了发送方和接收方之间的良好信号，不同数据包大小和不同数据类型的实体。
在各种实验设置中，考虑了不同场景下加密方案的电池和计算权衡，但原始设置保持不变。
在没有数据传输的加密实验中，处理是从文件中读取数据，加密数据并将其放入另一个文件中。如果使用数据传输进行加密，则从加密的文件中读取数据并发送到第二台笔记本电脑。直到电池耗尽剩余寿命的30%。我们以30%停止，因为在此之后，系统警报和数据恢复机制变得活跃，方案的性能也发生了变化。在文件上运行几次处理后，会记录电池剩余寿命和系统时间。每次运行所消耗的平均电池寿命和所花费的时间是计算结果的时间。预计计算时间将与电池需求密切相关；但是，由于CPU的功率利用率取决于诸如电源和电容负载等参数。CPU上的电容负载取决于切换需求，这同样取决于正在执行的指令。
三、结论
本研究针对无线装置之耗电量，提出一个选定对称加密演算法之效能评估。所选算法为AES、DES和3DES、RC6、Blowfish和RC2。从实验结果可以得出以下结论。
在使用不同的体系结构和不同的WLAN协议改变数据包大小的情况下，发现Blowfish比其他加密算法有更好的性能，其次是RC6。DES加密和解密数据的速度比3DES和RC2快。3DES比RC2快。当被加密的数据很小时，RC2是最慢的方法。在构建一个依赖于密钥的表之前，它有一个昂贵的计算，这显然比加密小数据的成本高。RC2是一个可变密钥长度的对称分组密码，它被设计成DES的替代方案。这些结果在加密和解密过程中是相同的，在不同的包大小和数据传输的情况下是相同的。当考虑数据传输时，不同对称密钥方案的性能差别不大。开放密钥认证与共享密钥认证在具有良好信号的无线局域网连接中存在着显著的差异。如果更改数据类型，例如视频文件，其结果与文本和文档中的结果相同。研究结果表明，Blowfish比其他常用的加密算法有更好的性能，其次是RC6，在加密和解密数据传输和不传输的情况下。当考虑数据传输时，不同对称密钥方案的性能差异不大。开放密钥认证与共享密钥认证在具有良好信号的无线局域网连接中存在着显著的差异。
论文作者:宋静静
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月49期
论文发表时间:2019/11/1
标签：密钥论文; 数据传输论文; 加密算法论文; 大小论文; 时间论文; 数据论文; 性能论文; 《知识-力量》2019年11月49期论文;