基于msp430 微控制器的在感应器网络上

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1、基于MSP430微控制器的在感应器网络上通过软件执行以成对为基础的的密码系统摘要:由于平台的有限的能力，密码计划的软件实施为无线传感器网络形成了一个挑战。然而，它的可行性已被证明在最近的论文上。在这项工作中，我们描述了用于MSP430微控制器的成对基础的加密技术和椭圆曲线加密软件实现。这种软件执行在TmoteSky和TelosB一些无线传感器中有所使用。随着ECDSA的计划，我们在新的领域里实现了对MNT和BN曲线的配对计算。这个工作的主要成果是对乘法和减法程序特定平台的优化，使得在乘法领域与已经公布的被人熟知的计时器相比，速度有了28%的

2、提升。这种优化从而提高了双配对和点乘计算的速度。关键词：配对密码，无线感应器网络，软件实现。1.引言由于无线传感器网络（WSN）应用于大量问题，使其最近成为被研究的对象。他们带来的挑战之一就是如何保护自己防止窃听或恶意操纵的沟通。这些可以通过多种加密方案解决；但由于这些节点是极为有限的环境，这些方案必须有效地实现。在无线传感器网络非对称加密对称的优势很好的建立在文献基础上。出于这个原因，我们选择了实现两种非对称密码系统类型：配对的和椭圆曲线密码。正在考虑的安全水平是64/70-bit，是最可行的，并且至存在大部分的工作重点，以及128位，这

3、可能很昂贵，但这是未来数年的发展趋势，而且同时还未探讨无线传感器网络。这项工作的主要贡献是特定于平台的优化，以改善这两个不同的安全级别的密码系统的计算和计时两种速度。这项工作的其余部分组织如下。在第二节，我们介绍一下MSP430微控制器，描述它的特点和局限性。随后，在第3节，对乘法和减法的基本操作进行描述，以及我们提出的优化。配对密码的执行和结果会在第4节有所描述。在第5节会详细介绍椭圆曲线加密的执行和结果。最后，这个文件的结论在第6节。2.MSP430微控制器来自德州仪器公司的MSP430是一种主要用于低功耗已知的16位微控制器系列，并且

4、应用在无线感应器上，例如Moteiv的TmoteSky和Crossbow的TelosB。它具有12个通用寄存器和指令集，包括一个27位的唯一一个变化和字节交换。内存（字节，字），同时可以通过四种地址处理方式：寄存器直接访问，寄存器（带有偏移字），寄存器间接访问和寄存器后增间接访问。目的操作数可以是只处理寄存器直接和索引模式。每个指令可以由多达三个字节表示（一个用于指令和两个偏移字）。除了少数例外，它是相对简单的计算每个指令周期数：一种是每个指令字，加上一个每次读内存和两个每次写内存。短立即数（-1，0，1，2，4和8）可以被编码不使用两个字

5、（例如将一个寄存器赋值零到“NAVIEWAY”——将0存入——只需一个周期）。不过，有一个与指令集的关键问题：它缺乏同时乘法和除法。在一些MSP430型号上已经部分解决了硬件乘法器问题。这是一个内存映射的外围设备支持四种操作：乘法，有符号数乘法，乘法和累加以及有符号数乘法和累加。为了使用他们，有必要将第一个操作数写入四个具体地址中的一个里。（MPY，MPYS，MAC，MACS；各自的）根据将进行的操作。然后，第二个操作数可以被写入到另一个具体地址（OP2）和双精度的结果将在延迟两个周期后在两个地址里（RESLO，RESHI）得到。乘法和累加

6、操作将加法标志位置1后存入到另一个地址（SUMEXT）。硬件乘法器的一个重要后果是，它意味着一个不同寻常的开销，因为操作数必须从内存中写入和读取。此外，也没有除法指令，因此必须在软件执行，这是相当昂贵了。当给算法计时，我们测量了由程序执行所需要的周期数。假定8,000,000Hz的时钟，以秒或毫秒计时计算；确切的最大时钟在不同的MSP430系列设备上是不同的。出于这个原因，建议通过周期数比较其运行时间。我们使用O2优化的3.2.3版MSPGCC编译，除非另有说明。1.乘法和减法对IFp进行乘法大约是点乘和配对计算运行时间总和的75%。因此，

7、关键是要实现它使用汇编语言。根据我们的实验这可以将速度提升两倍。在IFp进行乘法包括两个操作：操作数的普通乘法到双精度数和一个素数模随后减少。1233.1乘法相乘标准算法是Comba方法[1]，这是一个从标准教科书版本的行优先变化过来的列优先方法，可以减少内存访问。最近，它已提出了变体的Comba方法，混合方法[2]，即行优先和列优先混合的技术。它可以被看作是普通的Comba方法，与每个“数字”现在是整数存储在多个机器有着差异，和数字位数进行乘法与逐行教科书技术了。这两种方法如图1所示。图1相乘的计算方法的比较：Comba法左，混合法右混合

8、方法的优点是，在一个数与数相乘时，对所有整数的第一个数字都可以存储在寄存器中，以减少内存读取。因此，这一方法适合于有较大的寄存器数量的平台。在[3]中，作者提出了一种混合的方法，