CN104125059A - 复合时变密码和时变式数据加密方法 - Google Patents

Abstract

复合时变密码和时变式数据加密方法，涉及信息和电子技术，主要提供一种“复合时变密码”和一种“时变式数据加密方法”的原理方法。1、“复合时变密码”它是对“时变密码”的升级，是在基本密码基础上，融入包括时间变量、序列码、附加码在内的多种变量。使基本密码与选定的变量相互间进行约定的运算，其约定的运算方法通过编码定义，而且使这种运算可以多次循环，以增加破解难度。该系统的构建成本费用低、安全性更强。2、“时变数据加密方法”是利用“复合时变密码”的算法，进行数据的加密、解密的方法。它算法简单，可靠性高。可以广泛应用在日常生活、经济、军事等领域。

Description

复合时变密码和时变式数据加密方法

技术领域

本发明涉及“复合时变密码”和“时变式数据加密方法”，是一种“动态密码”的原理方法和一种“数据文件加密”的原理方法，属于信息技术和电子技术领域。

背景技术

在信息社会，大量地存在着各类“求证”和“验证”活动。“管理者”要对“客户”进行身份认证，往往以验证“密码”的形式进行。其过程一般由客户提出“求证”申请，提交“密码”；而管理者进行“验证”，则把客户提交的“密码”，与预先存储在于管理方的“密码”相比较，如果一致，则认可客户身份的真实性，如果不一致则不认可。

目前，社会上普遍使用的一般是“静态密码”，其“密码”是固定不变的，它易于记忆，使用简单方便，易于推广；但缺点是安全性差，密码容易被盗用。还有一种是“动态密码”，是根据专门的算法生成一个不可预测的随机数字组合，每个密码只能使用一次，可以有效保护交易和登录的认证安全，“动态密码”无需定期更换密码，安全省心，目前也已经被广泛地应用；但这些“动态密码”却存在成本高和操作不便的两大问题，它往往需要硬件支持，使用携带不方便。

为克服以上这些密码的缺点，本人提出了“时变密码”的概念，并于2013年4月3日进行了专利申请，名称为《时变密码和时变密码锁》(专利申请号为201310115701.5)。

但由于在《时变密码和时变密码锁》的专利申请时，只对“时变密码”的典型部分的进行了权利要求和说明，有进一步升级、优化的空间，其要求保护的权利范围也过于狭窄。

与此类似的，数据加密的活动也大量存在各类于通信过程中，其安全性问题也非常突出。为此人们也使用了各种各样的加密方法，如：替换加密法、换位加密法、回转轮加密法、多码加密法，等等。也有很多标准，如：美国的数据加密标准DES，国际数据加密算法IDEA，等等。这些加密方法和标准，在军事、在商业等领域都有大量应用。

为了加强数据加密的防破解能力，很多算法大多都采用复杂的函数，往往整个设计过程不公开，使得人们会担心破译者利用函数的薄弱环节攻破，或者设计者有后门。所以人们非常需要加密简便而破解困难的密码系统。

在要此特别说明一下的是，由于在现实生活中，人们对“密码”有两种不同的理解，容易混淆。或者说，“密码”有两种不同的含义：秘密的号码，加密的代码。

“秘密的号码”一般是指不对外公开的秘密的号码，是一种特定的暗号、口令，它可以是一组数字或字符。

“加密的代码”一般是指经特别编制的可以公开的代码(电码、文件)，但这些代码是通过一种变换手段加密了的，其本身含义是秘密的，需要解密才能有意义的，它可以是一组数字或字符，也可以是整篇文件。这种“密码”也称为“密文”，与之对应的称为“明码”或“明文”。

所以，在本专利系列文件中，为防止产生歧义，遵照俗定约成的，对两种“密码”作如下阐说：

“密码”专指秘密的号码，是秘密的口令，一种特定的暗号、口令。

“密文”专指加密的代码，是加密的数据(文件)，是“明文”通过“加密方法”得出的代码。

发明内容

为了进一步优化“时变密码”的发明，更加完善其权利要求的保护的范围，本发明提供升级的一种“复合时变密码”的方法，它可以更加有效地防止密码被盗，而且适用范围更加广泛。

同时，本发明还根据该“复合时变密码”的原理，提供了一种新的数据加密方法，即“时变式数据加密方法”，它可以使人们对数据的加密，多一种安全、便捷的方法的选择。

为了达到上述目的，本发明为解决以上问题所采用的技术方案是：

一、本发明为其中的“复合时变密码”系统所采用的技术方案如下。

在基本密码(基码)的基础上，融入变量“附属码”。“附属码”可以包括时间变量(值)、序列码(号)、附加码等多种变量。(为叙述方便，把时间变量、序列码、附加码统一归纳称为“附属码”。)

使“基码”与选定的“附属码”相互间进行约定的运算，其算法由编码定义，并且可以使这种计算多次循环，以增加破解难度。

具体的就是，使该密码系统具有“元始码”、“附属码”、“时变码”等，并具有“运算方法”“选算方法”“自算方法”和“计次方法”。

其中“元始码”是由“基码”、“运算码”组成的，它们均可以为数字、字符。

其中的“运算码”除了定义“选算方法”“运算方法”外，还可以定义“自算方法”。

“自算方法”是用于确定对“基码”进行选择、变换、运算的，其生成结果为“基衍码”，

其中的“选算方法”所针对的对象除“时间参数”外，还可以有“序列码”和“附加码”，也即通过“选算方法”可以对“时间参数”和“序列码”、“附加码”中的一种或者多种数值进行选择、变换、运算而生成“时衍码”。

通过“运算方法”对“基衍码”(替代了“基码”)和“时衍码”间进行交互运算后，其结果可以先生成“中间码”，“中间码”继续分解为新的“基码”和“运算码”，可以再定义相应的计算方法，重复进行相应的运算，最后的“基衍码”和“时衍码”间进行交互运算结果才生成“时变码”。

其中间的重复的次数也可以由“运算码”定义确定。

也即“运算码”可以定义运算、选算、自算、计次(重复次数)各类运算方法。

“运算方法”特指：针对“基衍码”和“时衍码”间进行交互运算的算法。

“选算方法”特指：针对“时间参数”和“序列码”、“附加码”中的一种或者多种数值进行选择、变换、运算的算法。

“自算方法”特指：针对“基码”进行选择、变换、运算的算法。

“重复次数”特指：循环生成“中间码”次数。

这些算法都可以是的基本算术运算，也可以是逻辑运算。其名称是为了叙述方便，加以区别，人为的命名。

“时间参数”是指由时钟产生的“时间值参数”，或称“时间值”。

“序列码”是指“序列号”的编码，当产生密码或加密有若干次时，可记录其序列。

在专利申请号为201310115701.5的《时变密码和时变密码锁》申请文件中，对定义算法的码元，按功能命名“运算码”、“选运码”。所以，在本申请文件中，对定义算法的码元，扩展后也可以按功能命名“运算码”、“选运码”、“自选码”、“计次码”等，再对应各类算法。

考虑到文章叙述的简洁，本文件统一用“运算码”概括，但变换计算过程是一样的，只是省略中间名称的具体命名。

二、本发明为其中的“时变式数据加密方法”系统所采用的技术方案如下。

所谓的“加密方法”指的是双方文件传输过程中进行加密所采取的方法。发送方将“明文”在“密钥”的控制下进行运算得到“密文”，传送到接收方，接收方将“密文”在“密钥”的控制下进行运算得到“明文”。

它可以分为分组密码和序列密码。1、分组密码，是发送方将“明文”划分n比特的数据组，然后在“密钥”的控制下进行运算得到“密文”，传送到接收方，接收方将“密文”也划分n比特的数据组，然后在“密钥”的控制下进行运算得到“明文”。2、序列密码，又称为密钥流密码，是不分组的直接加密、解密。

“时变数据加密方法”是一种基于“复合时变密码”的数据加密方法，它是利用“复合时变密码”(也可以是未升级前的“时变密码”)的算法，进行实施、进行加密、解密的。

发送方把“密钥”作为“元始码”，按其变换原理，先计算出“时变码”，然后把“明码”的数据进行分组，每组均与“时变码”进行“异或”，其结果作为“密文”传送到接收方，

接收方也将“密钥”作为“元始码”，先计算出“时变码”，然后把接收的“密文”的数据进行分组，每组均与“时变码”进行“异或”，(组合后)得出“明文”。

当然，如果一旦“明码”足够短而“时变密码”足够长，加密、解密过程就不用分组。

根据“异或”的逻辑运算法则，A与B异或后，其值再与B异或，其结果仍为A。即，(A⊕B)⊕B＝A。

设发送方，使A为“明码”，B为由“密钥”生成的“时变码”，则可得“密文”为(A⊕B)。那么，接收方，就可以计算(A⊕B)⊕B，就重新得“明码”A。

由于发送(接收)方，是通过“密钥”计算生成的B，是他人不可知、不可预测的，所以(A⊕B)也就不可知、不可预测，作为“密文”安全性可以非常好。

归根到底，密码是一种用来混淆的技术，它就是将正常的、可识别的信息转变为无法识别的信息。“时变数据加密方法”就达到了这样的目的。

三、本发明为其中的“复合时变密码”及“时变式数据加密方法”系统所采用的技术方案还可以如下。

1、“运算码”对运算方法、选算方法、自算方法、重复次数的定义，可以是合并混合定义的。即“运算方法”、“选算方法”、“自算方法”、“重复次数”中的几种算法捆绑在一起被“运算码”中某几位定义，如“运算码”中第一位的“01”代表着“运算方法”是加，“选算方法”是减，“自算方法”乘2，“重复次数”是3次；“02”代表着“运算方法”是减，“选算方法”是减，“自算方法”乘3，“重复次数”是1次。等等。

2、“运算码”对运算方法、选算方法、自算方法、重复次数的定义，也可以是分开的按位各自对应定义的。即“运算码”中某几位定义“运算方法”、某几位定义“选算方法”、某几位定义“自算方法”、某几位定义“重复次数”，相当于“时变密码”中直接有“运算码”、“选算码”等等，如“运算码”中第一位的“1、2、3、……”分别代表“运算方法”的“+、-、*、……”，第二位的“1、2、3、……”分别代表“选算方法”的“+、-、*、……”，第三位的“1、2、3、……”分别代表“自算方法”的“+、-、*、……”，等等。可以在变换过程中变换后再分开定义，也可以分开后的各自变换各自定义。

3、“运算码”码元的位置在每一次重复运算过程中，可以是可以相同，也可以不同。如某码元第一次的位置在第一位，第二次的位置在第三位。

4、运算码”对运算方法、选算方法、自算方法的定义，在重复运算过程中，可以是每一次可以相同，也可以不同。如第一次，1代表相加、2代表相减；而第二次1代表相减、2代表相乘。

四、其技术方案也还可以如下。

1、“自算方法”对“基码”进行选择、变换、运算而生成的“基衍码”，其长度相对“基码”可以相同，也可以是变化的。这样让破译者感到更加没有规律。

2、“基码”也可以是直接从“元始码”的多段码元中选择不同的一段，也即循环运算过程中各次的“基码”可以不一样。这样每一次的“基码”可以不一定就是前面的“基码”，相当于多个“元始码”中选择一个，也可以由随机的“附加码”定义选择。如事先准备一长串1000位的数，每次选择其中的一段，运算码对应的控制位是1，表示第一位开始的64位，2表示表示第一位开始的64位……，13表示第3位开始的偶数的64位……，这样运算不复杂，但更加安全。

3、“选算方法”对“时间参数”、“序列码”、“附加码”进行的选择、变换、运算，其针对的对象，可以全部的、也可以是其中一个的，在循环运算过程中各次可以是相同的、也可以不同的。如第一次运算，选择“时间参数”中的天、小时，又选择“序列码”但没有“附加码”，第二次运算选择“时间参数”的周、分，有“附加码”，等等。

4、附加码可以每一次都不一样，可以随机产生，可以使得计算结果更加复杂。

5、附加码、序列、时间参数，可以由发送方和接收任何一方产生，而向对方传送。作为“附属码”可以统一由一方产生，也可以交叉传送，时间参数和序列可以各自独立产生。时间参数可以双方同步即可，不一定是标准时间。

五、其技术方案也还可以如下。

1、在“时变数据加密方法”中，序列码可以是“明文”(或“密文”)按位、或按字节、或按字段、或按分组编码的，可以从1开始计数，也可以从1以外的其他数开始，如150开始，以增加破解难度。

2、序列码也可以是时间值的延续，可以是在每一个时间段后序列重新计数的。

六、其技术方案也还可以如下。

1、附加码、序列码、时间参数等附属码可以与“复合时变码”或“密文”在同一信道上传输的，也可以相互间在不同的信道上传送。无论是作为口令还是密文使用，相互间在其他不同的信道上传送，被截获的概率更少安全性更强。

2、附属码也可以是加在“密文”的信源内传输。在信源中传送，相当于内容也参与加密计算，破解更加困难。

本发明的有益效果：

本发明“复合时变密码”的有益效果是，由于它是对“时变密码”的升级，所以它具备“时变密码”的优点，而且它不仅引进了时间值的运算，而且引进了序列码、附加码等动态变量，引入循环运算，更加安全，而构建的成本费用也低，也更适合有软件或微电脑的器件上使用。

本发明“时变式数据加密方法”的有益效果：

由于是“时变数据加密方法”是一种基于复合时变密码的数据加密方法，它是利用“复合时变密码”的算法，进行实施、进行加密、解密的，因而它简单易行、安全可靠。

1、算法简单、直观，不存“后门”。整个过程都是常规的变化，如：选择(是数据选择其中几段或者几个位)、变换(说码位的次序变换)、运算(是基本算术运算和逻辑运算)等，不需要采用复杂的函数，对使用者来说都是可公开的，也不存在其他薄弱环节。

2、计算变化是无规律的、发散的。它是以编码定义算式，使编码与各运算方法挂钩，是人为的、无规律的约定，这就使得整体的计算方法是人为定义的、发散的、无规律，要破译只有采用穷举法。

3、加密的成本低，而破译的开销非常大。普通基本的运算可以进行无限的变化约定，如果密钥是可以选择的(密钥多个选择一个，或在一长串中选取一段)在密钥长度一定的情况下，穷举法的开销可以无限大。如果密钥64bit，可设超长的6400bit元始码，然后简单地进行选择。

如果算法定义不开放，双方只是自己内部定义，而且随时变化，变换法则可以完全无限，外人根本无法破解。

如果算法定义开放，一旦元始码有足够长度，外人也很难无法破解。

即使元始码万一被盗，由于存在附属码，它可以在不同位置，在不同时间随机加入，也完全可以保护，使得外人难以破解。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是“复合时变密码”的工作原理的一种流程框图。

图2是常规使用的分组密码体制的框图。

图3是一种“时变数据加密方法”的工作原理的一种流程框图。

图中，其数据变化的流程主要涉及各类数码、算法、数据来源、流向、具体运算、“异或”运算等几部分。在图中分别为：

矩形方框如：表示各类数码，椭圆如：表示各类算法，

圆角矩形如：表示各类数据来源，箭头如：→表示各流向，

符号表示具体运算过程，符号异或”表示异或运算。

【特别说明一下，在专利申请号为201310115701.5的《时变密码和时变密码锁》申请文件中，是以符号表示具体运算过程的。在本文件中为区别“异或”的运算符号，使用符号表示具体运算过程。】

其中，各数码的名称、各算法的名称，都是人为命名的，只是为了在叙述方便，是为了描述变换过程中不至于混淆，能够相互区别而为的。

1、具体数码有：

“元始码”是指存于发送、接受双方的初始码元。在口令密码系统中可以是未经过变化的起始码，在数据加密系统中可以是“密钥”。

“运算码”是指“元始码”(或“中间码”)中用以定义运算方法、选算方法、自算方法、计次(重复次数)等各类算法的码元。

“基码”是指“元始码”(或“中间码”)中，仅作为常量，而不参与定义算法的码元。

“基衍码”是指由“基码”进行选择、变换、运算而来的码元。

“时衍码”是指由“时间参数”、“序列码”、“附加码”中的一种或者多种数值进行选择、变换、运算而来的码元。

“中间码”是指由“基衍码”和“时衍码”间进行交互运算而来的码元，但它不作为结果输出，是要重新分解出“基码”、“运算码”，进行下次相互运算。

“时变码”是指由“基衍码”和“时衍码”间进行交互运算而来的码元，但它是作为输出的结果。

“时间参数”是指可以有时钟产生的“时间值参数”，或称为“时间值”。它可以由双方自身的时钟产生，也可以由对方或外界传入。

“序列码”是指“序列号”的编码，在口令密码系统中可以是发送密码口令的序列号，在数据加密系统中可以是数据分组、分段或字节的序列号。

“附加码”是指其他的附加码元，可以是随机的。附加码的作用可以有：1、可以作为用户名(在口令密码系统中)；2、可以作为公开的密钥(数据加密系统中)；3、可以作为对元始码进行的选择。

“附属码”是指(为了叙述方便)对“时间参数”、“序列码”、“附加码”的归类统称。

2、具体算法有：

“运算方法”是指针对“基衍码”和“时衍码”间进行交互运算的算法。

“选算方法”是指针对“时间参数”、“序列码”、“附加码”中的一种或者多种数值进行选择、变换、运算的算法。

“自算方法”是指针对“基码”进行选择、变换、运算的算法。

“重复次数”是指控制限定循环生成“中间码”次数。

这些算法都可以是的基本算术运算，也可以是逻辑运算。它们可以都由“运算码”定义。

对于前述的“选择、变换、运算”，其中的“选择”可以是指：数据选择其中几段或者几个位；“变换”可以是指：码位的次序变换；“运算”可以是指：时钟基本算术运算和逻辑运算。

具体实施方式

一、“复合时变密码”的实施方式。

在该密码系统被实施时，使用密码的“求证方”(客户)和“验证方”(管理者)的双方均需先期掌握“元始码”和相关的算法，然后每次使用都根据图1的流程，实时计算出“时变码”。

如图1，“元始码”分为“基码”、“运算码”两个部分。

其中“运算码”对应地定义着“自算方法”、“选算方法”、“运算方法”。“自算方法”使“基码”变换成“基衍码”。“选算方法”使“附属码”变换成“时衍码”。“运算方法”使“基衍码”、“时衍码”相互间运算成“中间码”。

“中间码”再分为“基码”、“运算码”两个部分。

其中“运算码”再对应地定义着“自算方法”、“选算方法”、“运算方法”，还定义着“重复次数”。“自算方法”、“选算方法”、“运算方法”的作用如前叙。“重复次数”决定循环次数，也即决定使“基衍码”、“时衍码”运算生成的是“中间码”还是最终的“时变码”。(如当“重复次数”值＝0时，可以表示不重复，“中间码”直接转为“时变码”输出。)

如果“复合时变密码”的参数选择较少，“附属码”中只有“时间参数”，而且中间没有循环重复，就变成简单“时变密码”。

在“求证方”(客户)计算出“时变码”后，先提交实时的“时变码”；而“验证方”(管理者)在收到对方的提交后，调取已经预先存储在于管理方的该客户的“元始码”，也按照如图1的流程，计算出该时段“时变码”。

最后，“验证方”(管理者)，把自己计算的“时变码”与客户提交的“时变码”相比较，进行“验证”，如果一致，则认可客户身份的真实性，如果不一致则不认可。

“时变码”比对这一步骤与普通的“静态密码”的验证步骤是一样的。另外，“求证方”(客户)可以像修改“静态密码”一样，随时修改“元始码”。

二、“时变式数据加密方法”的实施方式。

图2是常规使用的分组密码体制的框图。为了更好地说明“时变式数据加密方法”，在此先叙述一下常规的分组密码体制。

分组密码一次变换一组数据。发送方将“明文”划分n比特的数据组，然后在“密钥”的控制下进行运算得到“密文”，传送到接收方；接收方将“密文”也划分n比特的数据组，然后在“密钥”的控制下进行运算得到“明文”。

当其中的“加密算法”由“复合时变密码”的算法替代，就构成了一种基于“复合时变密码”的数据加密方法。可以方便地进行实施、进行加密、解密了。

图3就是这样一种“时变数据加密方法”的工作原理的一种流程框图。

图中，加密和解密的(发送、接收)双方使用的“加密算法”均采用“复合时变密码”的算法；放送方将“密钥”当作“元始码”进行运算生成“时变码”；“明文”划分n比特的数据组(码段)，一个个“码段”分别与“时变码”进行“异或”运算，完成加密；加密后的“密文”送至接收方。

接收方也将“密钥”当作“元始码”进行运算生成“时变码”；把接收到的“密文”划分n比特的数据组(码段)，一个个“码段”分别与“时变码”进行“异或”运算，完成解密。

“附属码”可由其中一方产生，同步传送到对方也一起参与运算。其中的“序列码“可以是“明文”“密文”分组的编号，也可以是数据的帧的帧号或者字节号。在加密过程中，与各“码段”进行“异或”计算的“时变码”将是变化的。

Claims (6)

1.复合时变密码和时变式数据加密方法，一种动态密码系统和一种利用其原理实现的数据加密方法，复合时变密码是对“时变密码”的一种升级，“时变密码”是指通过“元始码”结合时间参数进行运算而成的，“元始码”中的“运算码”定义着“选算方法”、“运算方法”，通过这些算法又使“元始码”中的“基码”与时间参数进行一系列运算而生成动态的“时变码”，在此基础上升级的复合时变码，其特征是：其中的“运算码”除定义“选算方法”、“运算方法”外，还可以定义“自算方法”，“自算方法”是用于确定对“基码”进行选择、变换、运算的，其生成结果为“基衍码”，其中的“选算方法”所针对的对象除“时间参数”外，还可以有“序列码”和“附加码”，也即通过“选算方法”可以对“时间参数”和“序列码”、“附加码”进行选择、变换、运算而生成“时衍码”，通过“运算方法”对“基衍码”和“时衍码”间进行交互运算后，可以生成“中间码”，“中间码”继续分解为新的“基码”和“运算码”，可以再定义相应的算法，重复进行相应的运算，最后的“基衍码”和“时衍码”间进行交互运算结果才生成“时变码”，其中间的重复的次数也可以由“运算码”定义确定。

2.根据权利要求书1所述的复合时变密码和时变数据加密方法，其中的“加密方法”指的是，发送方将“明文”在“密钥”的控制下进行运算得到“密文”，传送到接收方，接收方将“密文”在“密钥”的控制下进行运算得到“明文”，“时变数据加密方法”其特征是：该加密方法是利用“复合时变密码”的算法原理进行实施的，发送方把“密钥”作为“元始码”而计算出“时变码”，把“明码”的数据进行分组，每组均与“时变码”进行“异或”，结果作为“密文”传送到接收方，接收方也将“密钥”作为“元始码”而计算出“时变码”，把接收的“密文”的数据进行分组，每组均与“时变码”进行“异或”，得出“明文”。

3.根据权利要求书1或2所述的复合时变密码和时变式数据加密方法，其特征是：“运算码”对运算方法、选算方法、自算方法、重复次数的定义，可以是合并混合定义的，也可以是分开的按位各自对应定义的，码元的位置在每一次重复运算过程中，也可以是不同的，“运算码”对运算方法、选算方法、自算方法的定义结果，在重复运算过程中，每一次也可以是不同的。

4.根据权利要求书1或2所述的复合时变密码和时变式数据加密方法，其特征是：“自算方法”对“基码”进行选择、变换、运算而生成的“基衍码”，其长度相对“基码”而言也可以是变化的，“基码”也可以是直接从“元始码”的多段码元中选择一段，也即循环运算过程中各次的“基码”可以不一样，“选算方法”对“时间参数”、“序列码”、“附加码”进行的选择、变换、运算，其针对的对象，可以是其中一个的、也可以是多个或全部的，在循环运算过程中各次定义的算法也可以是不同的，附加码、序列、时间参数，可以由发送方和接收任何一方产生，而向对方传送，附加码也可以每一次都不一样。

5.根据权利要求书1或2所述的复合时变密码和时变式数据加密方法，其特征是：在“时变数据加密方法”中，序列码可以是“明文”或“密文”按位、或按字节、或按字段、或按分组编码的，序列码也可以是时间值的延续。

6.根据权利要求书1或2所述的复合时变密码和时变式数据加密方法，其特征是：附加码、序列码、时间参数与“复合时变码”或“密文”，相互间也可以在不同的信道上传送的，附加码、序列码、时间参数也可以是加在“密文”的信源内传输的。