CN103684761A - 一种加密解密方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种加密解密方法，包括以下步骤：1)选定待加密明文，处理器读取明文的m个二进制数码组成的序列；2)在序列中每n个二进制数码分成一组，由此形成多个数组；3)穷尽n个二进制数码的所有排列状况，每种排列状况代表一个数值，由此得到2n个数值；4)再将所述2n个数值进行排序，穷尽2n个数值的所有排列，得到2n!个数列；5)在2n!个数列中随机抽取一个数列，作为第一密钥，将待加密明文的第一组n个二进制数码用该第一密钥进行加密，形成密文，由第一密钥形成第二密钥；6)重复执行步骤5)直到待加密明文均形成密文，解密为反向执行步骤5)和6)。本发明确保了利用简单的组合排序，产生一种安全的加密解密方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种加密解密方法。
背景技术
在数字化信息处理中，我们经常会用到各种各样的加密方法，在一般应用场合，需要的加密算法安全性要求不高，很多加密算法都可以满足要求，但对于要求特别高的应用场合，必须选择安全强度非常高的算法，而目前的安全强度足够高的算法几乎都有性能的问题，比如最广泛的DES算法，高强度的应用根本无法用一般的计算机来实现，需要使用专门制作的硬件设备来实现，应用要求非常高，在日常的普通应用中几乎无法使用。目前应用于加密解密的各种算法，几乎都是以传统的代数运算为基础，利用数学中的各种运算规则或数学难题为基础设计的，而利用代数运算实现的加密解密，需要在硬件上通过复杂的处理过程才能实现，加密时间较慢，而且在使用电子计算机实现时需要遵循电子计算机硬件和软件方面的标准和限制，灵活性和扩展性很差。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种加密解密方法，舍弃了传统的代数运算，利用简单的组合排列方式产生一个安全强度高的密钥，利用该密钥对待加密的明文按照预定的规则进行加密，其中，密钥的产生具有很强的随机性和扩展性，密钥在加密解密的过程中进行变化。
本发明提供的技术方案为：
一种加密解密方法，包括以下步骤：
1)选定待加密明文，处理器读取所述明文的m个二进制数码组成的序列；
2)在所述序列中从第A位二进制数码开始，每n个连续的二进制数码分成一组，由此形成多个数组，前A-1位二进制数码形成第一个数组，第一个数组或最后一个数组如果不足n个，则以1或0补足为n个，n>A≥1；
3)穷尽n个二进制数码的所有排列状况，每种排列状况代表一个数值，由此得到2n个数值；
4)再将所述2n个数值进行排序，穷尽2n个数值的所有排列状况，每种排列状况代表一个数列，得到2n!个数列；
5)在所述2n!个数列中随机抽取一个数列，作为第一密钥，将所述待加密明文的第一组n个二进制数码用该第一密钥进行加密，形成密文，再用该第一组n个二进制数码按照预定规则置换第一密钥中的n个二进制数码，由此形成第二密钥；
6)重复执行步骤5)直到待加密明文的所有组n个二进制数码均形成密文，解密为反向执行步骤5)和6)。
优选的是，所述的加密解密方法中，解密之后，将第一个数组或最后一个数组中补足的1或0去除。
优选的是，所述的加密解密方法中，在所述步骤5)中，将所述待加密明文的第一组n个二进制数码用该第一密钥进行加密的方法为：将所述第一组n个二进制数码与该第一密钥进行比对，第一次查找所述第一组n个二进制数码在该第一密钥中出现的位置，并正向或逆向计数该位置，得到位置值，将位置值作为所述第一组n个二进制数码的密文。
优选的是，所述的加密解密方法中，在所述步骤5)中，再用所述第一组n个二进制数码按照预定规则置换第一密钥中的n个二进制数码，由此形成第二密钥的方法如下：将该第一密钥中与所述第一组n个二进制数码相同的二进制数码移到该第一密钥的末尾，形成第二密钥。
优选的是，所述的加密解密方法中，在所述步骤6)中，重复执行步骤5)，将所述待加密明文的第二组n个二进制数码用该第二密钥进行加密的方法为：将所述第二组n个二进制数码与该第二密钥进行比对，第二次查找所述第二组n个二进制数码在该第二密钥中出现的位置，并正向或逆向计数该位置，得到位置值，将位置值作为所述第二组n个二进制数码的密文，且由此形成第三密钥的方法如下：将该第二密钥中与所述第二组n个二进制数码相同的二进制数码移到该第二密钥的末尾，形成第三密钥。
优选的是，所述的加密解密方法中，在所述步骤5)和6)中，将明文的分组二进制数码与密钥进行比对时，第P次查找所述第k组n个二进制数码在第k密钥中出现的位置时，逆向或正向计数的规则为：定义正向计数的参数为f，逆向计数的参数为b，当0<P mod(b+f)≤b时，为逆向计数，否则为正向计数，b≥1，f≥0，k≤m。
优选的是，所述的加密解密方法中，还包括：在所述步骤1)中，可在所述序列的前方或/和后方添加至少一组干扰数据，解密之后，将所述序列的前方或/和后方添加的干扰数据去除。
本发明所述的加密解密方法，没有应用传统的常用的代数算法，利用简单的组合排序的方式得到安全强度高的密钥，处理器读取明文的m个二进制码组成的序列，将该序列中的每n个二进制编码分成一组，通过对这n个二进制编码进行排列，得到这n个二进制编码的所有排列状况，每种排列状况代表一个值，得到2n个值，穷尽这2n个值的排序方式，每种方式代表一个序列，得到2n!个序列，密钥从这2n!个序列中选择，密钥是随机抽取的，随机性强，安全性高，利用该密钥对明文进行加密，安全强度高，n的取值较小时，应用于一般的场合，n的取值越大，安全强度越高，n是变量，该加密解密方法具有很强的灵活性和扩展性。此外，利用本发明中的加密方法，结合通讯协议和硬件实现，具有高效低成本的特点，结合当前网络的发展和安全形势的需求，可以改变当前网络几乎全是明文通讯的现状。
附图说明
图1是本发明所述的加密解密方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种加密解密方法，包括以下步骤：1)选定待加密明文，处理器读取所述明文的m个二进制数码组成的序列；2)在所述序列中从第A位二进制数码开始，每n个连续的二进制数码分成一组，由此形成多个数组，前A-1位二进制数码形成第一个数组，第一个数组或最后一个数组如果不足n个，则以1或0补足为n个，n≥A≥1；3)穷尽n个二进制数码的所有排列状况，每种排列状况代表一个数值，由此得到2n个数值；4)再将所述2n个数值进行排序，穷尽2n个数值的所有排列状况，每种排列状况代表一个数列，得到2n!个数列；5)在所述2n!个数列中随机抽取一个数列，作为第一密钥，将所述待加密明文的第一组n个二进制数码用该第一密钥进行加密，形成密文，再用该第一组n个二进制数码按照预定规则置换第一密钥中的n个二进制数码，由此形成第二密钥；6)重复执行步骤5)直到待加密明文的所有组n个二进制数码均形成密文，解密为反向执行步骤5)和6)，解密之后，将第一个数组或最后一个数组中补足的1或0去除。
在该加密解密方法中，在步骤5)中，将待加密明文的第一组n个二进制数码用该第一密钥进行加密的方法为：将第一组n个二进制数码与该第一密钥进行比对，第一次查找第一组n个二进制数码在该第一密钥中出现的位置，并正向或逆向计数该位置，得到位置值，将位置值作为第一组n个二进制数码的密文，再用第一组n个二进制数码按照预定规则置换第一密钥中的n个二进制数码，由此形成第二密钥的方法如下：将该第一密钥中与第一组n个二进制数码相同的二进制数码移到该第一密钥的末尾，第一密钥中的其他的二进制数码的排列不发生变化，形成第二密钥。
在步骤6)中，重复执行步骤5)，将待加密明文的第二组n个二进制数码用该第二密钥进行加密的方法为：将第二组n个二进制数码与该第二密钥进行比对，第二次查找第二组n个二进制数码在该第二密钥中出现的位置，并正向或逆向计数该位置，得到位置值，将位置值作为所述第二组n个二进制数码的密文，且由此形成第三密钥的方法如下：将该第二密钥中与第二组n个二进制数码相同的二进制数码移到该第二密钥的末尾，形成第三密钥。
在步骤5)和步骤6)中，将明文的分组二进制数码与密钥进行比对时，第P次查找所述第k组n个二进制数码在第k密钥中出现的位置时，逆向或正向计数的规则为：定义正向计数的参数为f，逆向计数的参数为b，当0<Pmod(b+f)≤b时，为逆向计数，否则为正向计数，b≥1，f≥0，k≤m，P mod(b+f)为第P次查找的次数P对参数b+f的和进行取模运算。
在步骤1)中，在序列的前方或/和后方添加至少一组干扰数据，解密之后，将序列的前方或/和后方添加的干扰数据去除。
在步骤5)和步骤6)中，位置值的取值范围为(0～2n-1)，保证了通过位置值得出的密文在n个二进制数码所代表的2n个数值当中，若位置值从0开始计数，得到的位置值为n个二进制数码的密文；若位置值从1开始计数，得到的位置值减去1为n个二进制数码的密文。
明文可以是固定数据，也可以是流数据，当明文是固定数据时，在对待加密明文进行加密时，可在明文的m个二进制编码形成的序列前方或/和后方后附加由随机数发生器或物理噪声源产生的二进制编码，形成一个干扰序列，对该干扰序列执行步骤2)至步骤6)，使加密后的明文的安全性更高，被破解的难度增加。对该干扰序列形成的密文，解密之后，将附加的二进制编码去掉。
实施例1：明文如下：张三，对应二进制：11010101110001011100100011111101，按n=2进行分组，穷尽2个二进制数码的所有排列状况，每种排列状况代表一个数值，由此得到4个数值，00，01，10，11，将这4个数值进行排序，穷尽4个数值的所有排列状况，每种排列状况代表一个数列，得到4*3*2*1=24个数列如下：(00,01，10，11)，(00,01，11，10)，(00,10,01，11)，(00,10,11，01)，(00，11，01，10)，(00，11,10,01)，(01,00,10,11)，(01,00,11，10)，(01,10,00,11)，(01，10，11,00)，(01，11，00，10)，(01，11，10,00)，(10,00,01，11)，(10,00,11，01)，(10,01，00，11)，(10,01，11,00)，(10,11,00,01)，(10，11，01,00)，(11,00,01，10)，(11，00，10,01)，(11，01，00，10)，(11，01，10,00)，(11，10,00,01)，(11，10,01,00)，在这24个序列中随机选择1个序列作为密钥，(00,01，10，11)，用来处理明文，处理器读取明文的32个二进制数码组成的序列，按n=2进行分组：[11010101110001011100100011111101]，设定正向计数的参数f=1，逆向计数的参数b=1，第一密钥是(00,01，10，11)，将明文中的第一组二进制数码11用第一密钥进行加密，第一组二进制数码11与第一密钥中的二进制数码进行比对，第一次查找第一组二进制数码11在第一密钥中出现的位置，第一次的次数1对参数b+f的和2取模，取模的值是1等于逆向计数的参数b=1，所以此处是逆向计数，则逆向计数该位置值，得到位置值0(位置值从0开始计数，若位置值从1开始计数，得到的位置值减去1为对应的密文)，则对应密文为00，将第一密钥中与明文中相同的二进制数码11移至第一密钥中最后的位置，由于11在第一密钥中处于最后的位置，所以产生的第二密钥为(00,01，10,11)，接着处理明文中的第2组二进制数码01，将第2组二进制数据01与第二密钥中的二进制数码进行比对，第二次查找第2组二进制数码01在第二密钥中出现的位置，第二次的次数2对参数b+f的和2取模，取模值是0，所以此处是正向计数，则正向计数该位置值，得到位置1(位置值从0开始计数，若位置值从1开始计数，得到的位置值减去1为对应的密文)，产生的密文为01，第二密钥中的二进制数码01移至第二密钥中最后的位置，产生第三密钥，第三密钥为(00,10,11，01)，重复按上述方式处理，直至得出所有的密文，处理结果如下：
| 序号 | 原始明文组 | 密钥序列 | 密文 | 下一组的密钥 |
| 1 | 11 | (00,01,10,11) | 00 | (00,01,10,11) |
| 2 | 01 | (00,01,10,11) | 01 | (00,10,11,01) |
| 3 | 01 | (00,10,11,01) | 00 | (00,10,11,01) |
| 4 | 01 | (00,10,11,01) | 11 | (00,10,11,01) |
| 5 | 11 | (00,10,11,01) | 01 | (00,10,01,11) |
| 6 | 00 | (00,10,01,11) | 00 | (10,01,11,00) |
| 7 | 01 | (10,01,11,00) | 10 | (10,11,00,01) |
| 8 | 01 | (10,11,00,01) | 11 | (10,11,00,01) |
| 9 | 11 | (10,11,00,01) | 10 | (10,00,01,11) |
| 10 | 00 | (10,00,01,11) | 01 | (10,01,11,00) |
| 11 | 10 | (10,01,11,00) | 11 | (01，11,00,10) |
| 12 | 00 | (01，11,00,10) | 10 | (11,00,10,01) |
| 13 | 11 | (11,00,10,01) | 11 | (00,10,01,11) |
| 14 | 11 | (00,10,01,11) | 11 | (00,10,01,11) |
| 15 | 11 | (00,10,01,11) | 00 | (00,10,01,11) |
| 16 | 01 | (00,10,01,11) | 10 | (00,10,11,01) |
最终密文：[00 01 00 11 01 00 10 11 10 01 11 10 11 11 00 10]，解密时逆向处理即可，其中，正向计数的参数和逆向计数的参数取值不同，得到的密文也是不同的。
一般来说，密钥长度越大，对应的密钥空间就越大，攻击者使用穷举猜测密码的难度就越大，而且，利用复杂的数学运算生成的密钥更不容易破解，但是，利用复杂的数学运算形成的长度长的密钥，具有加密解密慢的特点，对计算机的处理能力要求也高。在本发明中，用n个二进制编码，通过对这n个二进制编码进行排列，得到这n个二进制编码的所有排列状况，每种排列状况代表一个值，得到2n个值，穷尽这2n个值的排序方式，每种方式代表一个序列，得到2n!个序列，密钥从这2n!个序列种选择，仅用组合排序的方式得到的密钥的安全强度很高。对于高速大量流数据的处理，需要极高的处理速度，这时候配合本发明中的加密方法，每隔一段流数据换一组密码，在每段流数据内按照本发明中的加密方式处理，但每段流数据的第一密钥不同，这时候，n=1或2就足以满足安全强度。利用本发明中的方式产生的密钥对待加密的明文进行加密，n=5时，该加密解密的强度基本上与最早期的一些著名的加密方法相当；当n=16时，该加密解密的强度足以与20世纪初期的流行的加密方法相比；当n>32时，利用当前的32位计算机进行处理时已经比较勉强了，当n>64时，使用最新的64位计算机都无法直接进行处理了，按照该加密解密方法设计专用CPU，那么没有许多的规则框架及各类基础数学运算的实现要求限定约束，该专用CPU的处理能力完全足够进行高强度算法的处理，按照目前的工艺和技术水平，设计出足以处理n>256的低成本专用处理芯片，这样的计算能力以目前的64位计算机来说是无法想象的。本发明中的加密解密方法，只利用了组合排序的方式，非常简单，根据二进制码个数n的不同，具备很强的扩展性、灵活性以及安全性，根据应用背景的不同设定不同的安全强度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种加密解密方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选定待加密明文，处理器读取所述明文的m个二进制数码组成的序列；
2)在所述序列中从第A位二进制数码开始，每n个连续的二进制数码分成一组，由此形成多个数组，前A-1位二进制数码形成第一个数组，第一个数组或最后一个数组如果不足n个，则以1或0补足为n个，n≥A≥1；
3)穷尽n个二进制数码的所有排列状况，每种排列状况代表一个数值，由此得到2n个数值；
4)再将所述2n个数值进行排序，穷尽2n个数值的所有排列状况，每种排列状况代表一个数列，得到2n!个数列；
5)在所述2n!个数列中随机抽取一个数列，作为第一密钥，将所述待加密明文的第一组n个二进制数码用该第一密钥进行加密，形成密文，再用该第一组n个二进制数码按照预定规则置换第一密钥中的n个二进制数码，由此形成第二密钥；
6)重复执行步骤5)直到待加密明文的所有组n个二进制数码均形成密文，解密为反向执行步骤5)和6)。
2.如权利要求1所述的加密解密方法，其特征在于，解密之后，将第一个数组或最后一个数组中补足的1或0去除。
3.如权利要求1所述的加密解密方法，其特征在于，在所述步骤5)中，将所述待加密明文的第一组n个二进制数码用该第一密钥进行加密的方法为：将所述第一组n个二进制数码与该第一密钥进行比对，第一次查找所述第一组n个二进制数码在该第一密钥中出现的位置，并正向或逆向计数该位置，得到位置值，将位置值作为所述第一组n个二进制数码的密文。
4.如权利要求1所述的加密解密方法，其特征在于，在所述步骤5)中，再用所述第一组n个二进制数码按照预定规则置换第一密钥中的n个二进制数码，由此形成第二密钥的方法如下：将该第一密钥中与所述第一组n个二进制数码相同的二进制数码移到该第一密钥的末尾，形成第二密钥。
5.如权利要求1所述的加密解密方法，其特征在于，在所述步骤6)中，重复执行步骤5)，将所述待加密明文的第二组n个二进制数码用该第二密钥进行加密的方法为：将所述第二组n个二进制数码与该第二密钥进行比对，第二次查找所述第二组n个二进制数码在该第二密钥中出现的位置，并正向或逆向计数该位置，得到位置值，将位置值作为所述第二组n个二进制数码的密文，且由此形成第三密钥的方法如下：将该第二密钥中与所述第二组n个二进制数码相同的二进制数码移到该第二密钥的末尾，形成第三密钥。
6.如权利要求1所述的加密解密方法，其特征在于，在所述步骤5)和6)中，将明文的分组二进制数码与密钥进行比对时，第P次查找所述第k组n个二进制数码在第k密钥中出现的位置时，逆向或正向计数的规则为：定义正向计数的参数为f，逆向计数的参数为b，当0<P mod(b+f)≤b时，为逆向计数，否则为正向计数，b≥1，f≥0，k≤m。
7.如权利要求1所述的加密解密方法，其特征在于，还包括：在所述步骤1)中，可在所述序列的前方或/和后方添加至少一组干扰数据，解密之后，将所述序列的前方或/和后方添加的干扰数据去除。
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