CN101262341A

CN101262341A - 一种会务系统中混合加密方法

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Publication number: CN101262341A
Application number: CNA2008101008293A
Authority: CN
Inventors: 李超; 盛浩; 吴高洁; 熊璋; 李欢
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2008-09-10

Abstract

一种会务系统中混合加密方法，加密算法为在数据通信前采用DES方法对消息明文加密，用RSA方法对DES密钥进行加密和实现数字签名。通过利用现有的DES和RSA加密算法。综合了两种算法的优点，避免了它们的缺点，本方法中对主要数据的处理采用DES加密算法，DES加密算法速度快，对每个数据分组的处理仅需很短的时间就能完成，而且用RSA算法对DES的密钥加密后就可以将其公开，因此整个系统保密的只需要少量的RSA解密密钥，该混合加密方法既能发挥DES加密算法加密速度快，又能发挥RSA算法密钥管理方便的优点，因而具有原理简单，速度快，易于实现的优点，应用在了即时通信系统中，极大地满足了会务系统对实时性和安全性的要求。

Description

一种会务系统中混合加密方法

技术领域

本发明涉及网络通信中的加密算法，特别涉及一种会务系统中的混合加密方法。

背景技术

随着计算机和通信技术的迅猛发展，大量的敏感信息常常通过公共通信设施或计算机网络进行交换，如何保护信息的安全使之不被窃取及不至于被篡改或破坏，已成为当今被普遍关注的重大问题，现代密码技术是确保信息安全的主导力量密码理论的研究与应用是信息安全技术的核心研究领域。以往研究者们对密码体制的研究，总体上主要分为两种：一种是公开密钥密码体制如RSA，ECC等。这种密码体制虽然形式简单保密性强，但是加解密速度比较慢。如果对整个报文进行加解密是不可能满足实际需要的，另一种是私密钥密码体制如DES，IDEA，AES等私钥密码体制通信过程中，密钥数量繁多发过程十分复杂，所花代价非常高，在实际应用中也受到了制约，这两种密码体制的单独使用已经暴露出越来越严重的缺陷，比如DES算法加解密速度比较快，但是其密钥分配和管理比较复杂，RSA算法密钥分配管理简单，但其处理效率高，而且RSA加密算法安全性要高于DES。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种会务系统中混合加密的方法，该方法是综合了DES和RSA算法的优点，避开了各自的缺点，很好的解决了密钥分发困难和加解密效率的问题，实现了对会务系统中所有网络通信数据的加解密，具有很好的灵活性，安全性和通用性。

本发明的技术解决方案：一种会务系统中混合加密方法，其特征在于：加密算法为在数据通信前采用DES方法对消息明文加密，用RSA方法对DES密钥进行加密和实现数字签名，其步骤如下：

(1)会务系统中消息的发送方利用RSA加密算法中的密钥生成算法生成用于一个公钥K_Ea和一个密钥K_Da，将公钥K_Ea放于密钥服务器上；会务系统中消息的接收方利用RSA加密算法中的密钥生成算法生成用于一个公钥K_Eb和一个密钥K_Db，将公钥K_Eb放于密钥服务器上；

(2)发送方利用DES加密算法中的密钥生成算法生成用于DES加密密钥K_Des，为了提高数据的安全性，每一个密钥K_Des只用一次；

(3)发送方从密钥服务器中获取接收方的RSA公开加密密钥K_Eb，并且用K_Eb加密DES的密钥K_Des，形成密文C_k；

(4)发送方生成需要的签名信息，即明文的一部分，并用MD5算法生成明文的信息摘要，然后用自己的RSA解密密钥K_Da，对信息摘要加密形成数字签名C_M；

(5)发送方用K_Des加密会务信息数据P和签名信息C_M，然后连同C_K一起形成密文C通过网络发往接收方；

(6)接收方接收到步骤(5)发送方发过来的密文C后，先用自己的解密密钥K_Db即接收方私钥，解密出C_k中的DES密钥K_Des

(7)利用步骤(6)已解密出来的K_Des和发送方公开密钥K_Ea解密出签名信息M；

(8)利用步骤(5)和步骤(6)已解密出来的K_Des和签名信息M，用RSA算法解密出明文P，P就是接收方实际要接收的数据；

(9)接收方用已解密的签名信息进行身份认证，形成自己的签名信息发往发送方，以向发送方确认收到信息；

(10)发送双方均删除DES密钥K_Des，加密解密过程结束；网络传输过程重复所有步骤直到所有的发送方数据报文传输完成。

所述的步骤(2)和步骤(3)中的DES加密算法的实现如下：

(a)对64位的明文进行操作，64位的明文从算法的一端输入；

(b)通过一个初始的置换，将明文分为左半部分L[i]和右半部分R[i]，i是第i轮运算，各32位长，然后进行迭代运算；

(c)在每一次的迭代过程中，首先进行密钥变换得到48位的子密钥K[i]，通过扩展函数E将R[i]从32扩展到48位，然后与48位的密钥进行异或操作

即为

将异或结果分8组放入8各S盒，替代出新的32位数据，将上述结果进行直接置换，将输出结果与左半部分L[i]进行异或，即为新的右半部分，原来的右半部分现在成为左半部分；

(d)将上述迭代过程重复16次，然后将L[16]和R[16]合在一起进行末置换，即可得到64为明文对应的密文，DES加密算法到此结束。

所述的步骤(1)和步骤(3)中的RSA密钥的生成实现过程如下：

(a)选择两个大素数P、Q；

(b)计算N＝P*Q、欧拉函数R(N)＝(P-1)*(Q-1)；

(c)然后选择随机加密密钥E，要求E和R(N)互质；

(d)最后利用Euclid算法或者扩展欧几里德算法求满足E*D＝1mod(R(N))其中E是加密密钥，D是解密密钥。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明首先提出了一种会务系统中的混合加密方法，该方法通过利用现有的DES和RSA加密算法。综合了两种算法的优点，避免了它们的缺点，本方法中对主要数据的处理采用DES加密算法，DES加密算法速度快，对每个数据分组的处理仅需很短的时间就能完成，而且用RSA算法对DES的密钥加密后就可以将其公开，因此整个系统保密的只需要少量的RSA解密密钥，该混合加密方法既能发挥DES加密算法加密速度快，又能发挥RSA算法密钥管理方便的优点，因而相比现有技术具有原理简单，速度快，易于实现的优点。

(2)本发明首先提出了一种会务系统中的混合加密方法，该方法通过利用现有的DES和RSA加密算法，具有高安全性的特点，因为在DES算法中，DES采用的是位56位密钥加密，对DES的16迭代用穷举法进行攻击需要2000年，而RSA算法里的公开密钥和私有密钥是一对大素数的函数，从一个公开密钥和密文中恢复出明文的难度等价于分解两个大素数之积，而分解两个大素数之积迄今为止仍然是数学中的一个难题，所以综合起来看，本文采用的是混合加密算法，因而具有更高的安全性。

附图说明

图1为本发明混合加密算法的具体流程图；

图2为本发明的DES算法的具体实现流程图(补充)

图3为本发明的RSA算法的具体实现流程图(补充)

图中：

F：DES加密 G：RSA加密

F’：DES解密 G’：RSA解密

K_Da发送方私钥 K_Db接收方私钥

K_Ea发送方公钥 K_Eb接收方公钥

具体实施方式

如图1所示，本发明的具体实现步骤如下：

(1)会务系统中消息的发送方A利用RSA加密算法中的密钥生成算法生成用于一个公钥K_Ea和一个密钥K_Da，将公钥K_Ea放于密钥服务器上；会务系统中消息的接收方B利用RSA加密算法中的密钥生成算法生成用于一个公钥K_Eb和一个密钥K_Db，将公钥K_Eb放于密钥服务器上，见步骤1，RSA密钥码生成的过程如下：

a.随机生成两个不同的大素数P，Q；

b.计算N＝P*Q、欧拉函数R(N)＝(P-1)*(Q-1)；

c.然后选择随机加密密钥E(就是一个随机整数E，且1＜E＜R(N))，要求E和R(N)互质，即(E，R(N))＝1；

d.最后利用Euclid算法或者扩展欧几里德算法求满足E*D＝1mod(R(N))，其中E是加密密钥，D是解密密钥。

(2)会务系统中消息的发送方利用DES加密算法，DES加密密钥K_Des来源于用户输入的一个64位的密码(或者是一个随机生成的64位的整数)，为了提高数据的安全性，每一个密钥K_Des只用一次，由于DES密钥的处理长度只有56bit，所以处理效率比较高，见步骤2；

(3)发送方从密钥服务器中获取接收方的RSA公开加密密钥K_Eb，并且用K_Eb加密DES的密钥K_Des(采用DES算法加密)，形成密文C_k，见步骤3，DES加密算法的流程如下：

a.先获取到64位的明文(就是要加密的报文)，将64位的明文从算法的一端输入；

b.将输入的64位数据块按位重新组合，将明文分为左半部分L[i]和右半部分R[i]，i是第i轮置换运算(根据所选置换规则定)，左右两部分各32位长，然后进行迭代运算；

c.在每一次的迭代过程中，首先进行密钥变换得到48位的子密钥K[i]，通过扩展函数E将R[i]从32扩展到48位，然后与48位的密钥进行异或操作即为

d.将上述迭代过程重复16次，然后将L[16]和R[16]合在一起进行末置换，即可得到64为明文对应的密文，DES加密算法到此结束。

e.在DES加密算法中，初始的密钥是64位，但由于第8，16...64位是奇偶校验位，故不参加DES运算，所以实际参加运算的密钥只有56位具体过程可以参见图2。

(4)发送方生成需要的签名信息，即明文的一部分(本文中的明文由报文数据P和数字签名信息C_M组成)，并用MD5报文摘要算法生成明文的信息摘要(此算法将对输入的明文的信息进行计算，产生一个128位长度的“指纹”或“信息摘要”)，然后用自己的RSA解密密钥K_Da，对信息摘要加密形成数字签名C_M，(DES加密算法加密)见步骤4；

(5)发送方用K_Des加密会务信息数据P和签名信息C_M(RSA加密算法，加密密钥为K_DES，RSA加密算法的具体实现过程见附图3说明)，然后连同C_K一起形成密文C通过网络发往接收方，见步骤5；

(6)接收方接收到步骤(5)发送方发过来的密文C后，先用自己的解密密钥K_Db(即接收方私钥)解密出C_k中的DES密钥K_Des(DES解密算法，由于DES解密算法跟DES加密算法是完全一样的，只是在迭代时用的密钥不同，算法本身没有任何变化，这里不再叙述)，见步骤6；

(7)利用步骤6已解密出来的K_Des和发送方公开密钥K_Ea解密出签名信息M(DES解密算法)，见步骤7；

(8)利用步骤5和步骤6已解密出来的K_Des和签名信息M，用RSA算法解密出明文P(RSA解密算法，RSA解密的过程见图3)，P就是接收方实际要接收的数据，见步骤8；

(9)接收方用已解密的签名信息进行身份认证，然后将签名信息发往发送方，以向A确认收到信息；

(10)发送双方均删除DES密钥K_Des，加密解密过程结束。网络传输报文重复以上步骤直到所有的发送方报文数据传输完成。

如图3所示，上述的RSA加密算法的过程实现如下：

(1)密钥对的产生：根据用户输入的p和q的范围(size)随机产生两个大素数，p和q。计算：n＝p*q，然后随机选择加密密钥e，并根据e得出解密密钥d，要求e和(p-1)*(q-1)互质，e*d＝1(mod(p-1)*(q-1))，其中数e和n是公开密钥，数d和n是私有密钥。

(2)加密和解密：对明文m进行加密时，首先把m转换为字节(按照平台缺省的字符编码方式)，得到对应的数字形式num，然后对num进行加密，对应的密文是：c＝num^e(mod n)；解密时作如下运算：mi＝c^d(mod n)，再把mi转化为对应的字符形式即可得到明文。

总之，本发明充分利用这两种算法的优点，而同时避免它们的缺点，提出了一种基于DES/RSA的混合加密算法，并应用在了即时通信系统中，极大地满足了会务系统对实时性和安全性的要求。

Claims

1、一种会务系统中混合加密方法，其特征在于：加密算法为在数据通信前采用DES方法对消息明文加密，用RSA方法对DES密钥进行加密和实现数字签名，其步骤如下：

(6)接收方接收到步骤(5)发送方发过来的密文C后，先用自己的解密密钥K_Db即接收方私钥，解密出C_k中的DES密钥K_Des；

(9)接收方用已解密的签名信息进行身份认证，然后对签名信息进行适当处理后，在形成自己的数字签名发往发送方，以向发送方确认收到信息；

(10)发送双方均删除DES密钥K_Des，加密解密过程结束。

2、根据权利要求1所述的一种会务系统中混合加密方法，其特征在于：所述的步骤(2)和步骤(3)中的DES加密算法的实现如下：

(1)对64位的明文进行操作，64位的明文从算法的一端输入；

(2)通过一个初始的置换，将明文分为左半部分L[i]和右半部分R[i]，i是第i轮运算，各32位长，然后进行迭代运算；

(3)在每一次的迭代过程中，首先进行密钥变换得到48位的子密钥K[i]，通过扩展函数E将R[i]从32扩展到48位，然后与48位的密钥进行异或操作

即为

(4)将上述迭代过程重复16次，然后将L[16]和R[16]合在一起进行末置换，即可得到64为明文对应的密文，DES加密算法到此结束。

3、根据权利要求1所述的一种会务系统中混合加密方法，其特征在于：所述的步骤(1)和步骤(3)中的RSA密钥的生成实现过程如下：

(1)选择两个大素数P、Q；

(2)计算N＝P*Q、欧拉函数R(N)＝(P-1)*(Q-1)；

(3)然后选择随机加密密钥E，要求E和R(N)互质；

(4)最后利用Euclid算法或者扩展欧几里德算法求满足E*D＝1mod(R(N))其中E是加密密钥，D是解密密钥。