CN104486073B - 一种字符型数据的加密、解密方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种字符型数据的加密、解密方法，包括如下步骤：将明文字符型数据转化成数值序列；利用可变密钥混沌系统所产生的混沌信号，对数值序列中各元素进行双向加密，得到双向混沌加密数值序列；自定义数值型数据与可见密文字符对应关系，将双向混沌加密数值序列转化成可见密文字符序列，获得与明文字符型数据长度不相等的密文字符串，通过类似的方法可将密文解密恢复出原始的字符型数据。本发明采用自定义对应关系，对字符型数据进行双向混沌加密处理，产生长度变化的密文字符串，具有良好的抵抗已知/选择明文攻击、唯密文攻击的性能，保证了数据加密与解密的安全性和可行性。
Description
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，特别涉及一种字符型数据的加密、解密方法。
背景技术
随着计算机技术、信息技术和网络技术的迅猛发展，以计算机为核心的庞大信息网正在全世界范围内逐渐形成。显而易见，信息的安全性和保密性已经越来越多地受到人们的重视，大到国家机密，小到寻常百姓的生活，比如信用卡、自动提款机、保密电话、保密传真、电子商务、金融电子化、数据库存储等，都需要一套切实可行的安全保密措施。其中，数据加密技术是一种应用较为广泛、效果较为理想的信息安全技术。传统的加密方法如置乱加密(permuting)或替换加密(substituting)方法由于其规律性，很容易被破译，又如传统的RSA和DES也面临着其算法的复杂性或安全性问题。随着现代计算机技术的发展和安全性要求的不断提高，寻找一个新的途径，采取新的加密方法来确保数据的安全性，已迫在眉睫。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种字符型数据的加密以及解密方法，利用自定义对应关系，将字符型数据转化成数值序列并进行双向混沌加密以生成长度变化的密文字符串，从而保证了字符型数据加密与解密的安全性和可行性。
技术方案：本发明所述的一种字符型数据的加密方法，包括如下几个步骤：
(1)转码：将字符型数据逐个转换成数值型数据，然后将数值型数据分别转化成字符与数值型数据完全一样的字符串以形成字符序列，再将数值字符逐个进行ASCII码转换，得到数值序列P，数值序列P长度记为L；
(2)正向混沌加密：
首先由初值x0和参数μ1，对如下公式1所示的Logistic混沌映射进行n次迭代，其中n≥200，将混沌信号xn记为
xk+1＝μ·xk·(1-xk) (1)
然后对数值序列P中每个元素Pi，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数μ1，对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号按照如下公式2进行整数化处理，得到混沌信号Xi，
②利用混沌信号Xi对数据Pi按照如下公式3进行正向加密，得到正向加密密文C1i，
C1i＝mod(Pi-33+Xi+(C1i-1+2)⊕(Xi-1+1),94) (3)
③根据正向加密密文C1i，对Logistic混沌映射的参数μ1按照如下公式4进行调整，
最后得到正向混沌加密后的数值序列C1；
(3)逆向混沌加密：
首先由初值y0和参数μ2，原理同步骤(2)，对如上所述公式1所示的Logistic混沌映射进行m次迭代，其中m≥200，将混沌信号ym记为
然后对数值序列C1中每个元素C1L-i+1，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数μ2，对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号按照上述公式2进行整数化处理，得到整数化后的混沌信号Yi，
②利用混沌信号Yi对数据C1L-i+1按照如下公式5进行逆向加密，得到数值型密文C2i，
C2i＝mod(C1L-i+1+Yi+(C2i-1+1)⊕(Yi-1+2),94) (5)
③根据密文C2i对Logistic混沌映射的参数μ2按照如下公式6进行调整，
最后得到双向混沌加密后的数值序列C2；
(4)根据自定义的数值型数据与可见密文字符对应关系，将数值序列C2转化成可见密文字符序列C，获得与明文字符型数据长度不相等的密文字符串。
作为优选，步骤(1)中所述的将字符型数据逐个转换成数值型数据，是指直接将字符型数据转换成double型数据，范围属于[0,65535]。
作为优选，步骤(1)中所述的将数值型数据分别转化成字符与数值型数据完全一样的字符串以形成字符序列，并同时在字符串前用标注该字符串长度的字符变量将相邻的字符串进行分组，比如标注字符串长度的字符变量‘1’、‘2’、‘3’、‘4’和‘5’分别表示字符串长度为1，2，3，4，5。
作为优选，步骤(4)中所述的数值型数据与可见密文字符对应关系为：Ci＝char(C2i+33)。
本发明还公开了一种字符型数据的解密方法，包括如下几个步骤：
(1)根据自定义的可见密文字符与数值型数据对应关系，将密文字符串C转化成数值序列R1；
(2)逆向混沌解密：
首先由初值和参数对与逆向混沌加密采用的混沌系统完全同构的Logistic混沌映射进行m次迭代，其中m≥200，将混沌信号记为
然后对数值序列R1中每个元素R1i，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号按照上述公式2进行整数化处理，得到整数化后的混沌信号
②利用混沌信号对数据R1i按照如下公式7进行逆向解密，得到逆向解密数据R2L-i+1，
③根据数据R1i对Logistic混沌映射的参数按照如下公式8进行调整，
最后得到逆向混沌解密后的数值序列R2；
(3)正向混沌解密：
首先由初值和参数对与正向混沌加密采用的混沌系统完全同构的Logistic混沌映射进行n次迭代，其中n≥200，将混沌信号记为
然后对数值序列R2中每个元素R2i，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号按照上述公式2进行整数化处理，得到整数化后的混沌信号
②利用混沌信号对数据R2i按照如下公式9进行正向解密，得到双向解密数据RRi，
③根据数据R2i对Logistic混沌映射的参数按照如下公式10进行调整，
最后得到双向混沌解密后的数值序列RR；
(4)转字符：将数值序列RR中各元素转换为相应ASCII码对应的字符，得到字符序列R，然后将字符序列R进行分组，并将分组后的字符串分别转化成数值与字符完全一样的数值型数据，再将数值型数据逐个转换成字符型数据，得到恢复的明文字符型数据。
作为优选，步骤(1)中所述的可见密文字符与数值型数据对应关系为：R1i＝double(Ci)-33。
作为优选，步骤(4)中所述的将字符串R进行分组，是指提取字符串前用于标注该字符串长度的字符变量进行分组，比如标注字符串长度的字符变量‘1’、‘2’、‘3’、‘4’和‘5’分别表示字符串长度为1，2，3，4，5。
有益效果：本发明采用自定义对应关系(数值型数据与可见密文字符以及可见密文字符与数值型数据)，将字符型数据进行双向混沌加密以生成长度变化的密文字符串，保证了数据加密与解密的安全性和可行性。
附图说明
图1为本发明的字符型数据的加密、解密流程示意图。
具体实施方式
如图1所示的一种字符型数据的加密方法，包括如下几个步骤：
(1)转码：直接将字符型数据逐个转换成double型数据，范围属于[0,65535]，然后将数值型数据分别转化成字符与数值型数据完全一样的字符串以形成字符序列P1，并在字符串前用标注该字符串长度的字符变量将相邻的字符串进行分组，比如标注字符串长度的字符变量‘1’、‘2’、‘3’、‘4’和‘5’分别表示字符串长度为1，2，3，4，5，再将数值字符逐个进行ASCII码转换，得到数值序列P，数值序列P长度记为L。
(2)正向混沌加密：
首先由初值x0和参数μ1，对Logistic混沌映射(公式如下)进行n次迭代，其中n取200，将混沌信号xn记为
xk+1＝μ·xk·(1-xk)
然后对数值序列P中每个元素Pi，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数μ1，对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号进行如下整数化处理，得到混沌信号Xi，
②利用混沌信号Xi对数据Pi进行如下加密，得到正向加密密文C1i，
C1i＝mod(Pi-33+Xi+(C1i-1+2)⊕(Xi-1+1),94)
③根据正向加密密文C1i对Logistic混沌映射的参数μ1进行如下调整，
最后得到正向混沌加密后的数值序列C1；
(3)逆向混沌加密：
首先由初值y0和参数μ2，对Logistic混沌映射(与正向混沌加密中采用的Logistic混沌映射方程一致)进行m次迭代，其中m取200，将混沌信号ym记为
然后对数值序列C1中每个元素C1L-i+1，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数μ2，对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号进行整数化处理(与正向混沌加密中整数化处理一致)，得到整数化后的混沌信号Yi，
②利用混沌信号Yi对数据C1L-i+1进行如下逆向加密，得到数值型密文C2i，
C2i＝mod(C1L-i+1+Yi+(C2i-1+1)⊕(Yi-1+2),94)
③根据密文C2i对Logistic混沌映射的参数μ2进行如下调整，
最后得到双向混沌加密后的数值序列C2；
(4)根据自定义的数值型数据与可见密文字符对应关系，描述为Ci＝char(C2i+33)，将数值序列C2转化成可见密文字符序列C，获得与明文字符型数据长度不相等的密文字符串。
如图1所示，一种字符型数据的解密方法，包括如下几个步骤：
(1)根据自定义的可见密文字符与数值型数据对应关系，描述为R1i＝double(Ci)-33，将密文字符串C转化成数值序列R1；
(2)逆向混沌解密：
首先由初值和参数对与逆向混沌加密采用的混沌系统完全同构的Logistic混沌映射进行m次迭代，其中m取200，将混沌信号记为
然后对数值序列R1中每个元素R1i，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号进行整数化处理(与正向混沌加密中整数化处理一致)，得到整数化后的混沌信号
②利用混沌信号对数据R1i进行如下解密，得到逆向解密数据R2L-i+1，
③根据数据R1i对Logistic混沌映射的参数进行如下调整，
最后得到逆向混沌解密后的数值序列R2；
(3)正向混沌解密：
首先由初值和参数对与正向混沌加密采用的混沌系统完全同构的Logistic混沌映射进行n次迭代，其中n取200，将混沌信号记为
然后对数值序列R2中每个元素R2i，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号进行整数化处理(与正向混沌加密中整数化处理一致)，得到整数化后混沌信号
②利用混沌信号对数据R2i进行如下正向解密，得到双向解密数据RRi，
③根据数据R2i对Logistic混沌映射的参数进行如下调整，
最后得到双向混沌解密后的数值序列RR；
(4)转字符步骤：将数值序列RR中各元素转换为相应ASCII码对应的字符，得到字符序列R，然后提取字符串前用于标注该字符串长度的字符变量，如标注字符串长度的字符变量‘1’、‘2’、‘3’、‘4’和‘5’分别表示字符串长度为1，2，3，4，5，将字符序列R进行分组，并将分组后的字符串分别转化成数值与字符完全一样的数值型数据，再将数值型数据逐个转换成字符型数据，得到恢复的明文字符型数据。
具体实施例1
按照上述字符型数据的加密、解密步骤，当加密密钥中x0、y0、μ1、μ2与解密密钥中 对应一致时，分别取 同时令加密密钥中C10,C20与解密密钥中R10,R20相等，如取值为C10＝C20＝R10＝R20＝85，结合具体字符型数据(如：“0123，”，“abcd；”，和“阻抗。”)进行加密、解密，各步骤的运行结果如表1所示。由下表可见：密文字符串杂乱无章、没有原始数据的任何痕迹，且其长度会随着待加密字符型数据而变化；恢复的字符型数据与原始待加密字符型数据完全一致，由此可见本专利所提一种字符型数据加密、解密方法的可行性。
表1加、解密密钥一致时，字符型数据加、解密结果
具体实施例2
按照上述字符型数据的加密步骤，加密密钥与具体实施例1相似，仅某个加密密钥发生细微变化：x0＝0.234500000000001；或y0＝0.543210000000001；或μ1＝3.850000000000001；或μ2＝3.860000000000001，字符型数据的加密结果如表2所示。由下表可见：一旦加密密钥发生即使细微变化，即“失之毫厘”，密文字符串会“差之千里”，由此可见本专利所提一种字符型数据加密方法具有密钥敏感性。
表2加密密钥发生微变时，字符型数据加密结果
具体实施例3
按照上述字符型数据的加密步骤，加密密钥与具体实施例1相似，对发生细微变化的待加密字符型数据(如“aaaaaaaaaaa”、“baaaaaaaaaa”、“aaaaaaaaaab”、“aaaaabaaaaa”和“aaaaaaaaaa”)分别进行加密，其加密结果如表3所示。由下表可见：待加密数据(明文)的细微变化会引起加密后密文字符串的“面目全非”,由此可见本专利所提一种字符型数据加密方法对待加密字符数据具有敏感性。由上述具体实施例2和例3分析可知，本专利所提一种字符型数据加密方法产生的密文不仅与加密密钥密切相关，而且依赖于待加密字符数据(明文)，因此本专利所提一种字符型数据加密方法可抵抗已知/选择明文攻击。
表3待加密数据发生微变时，字符型数据加密结果
| 序号 | 字符型数据(明文) | 密文字符串 |
| 1 | aaaaaaaaaaa | ；t'0T\$BNp＝F"kzawfx2['(yPE'BThp)％ |
| 2 | baaaaaaaaaa | 33(Ib"`T)`1；vw8a0<K\WAgv6>$cxv[kr |
| 3 | aaaaaaaaaab | <dSm？？j3C-！{？c"c/dU)*34a9fPI./^-C |
| 4 | aaaaabaaaaa | Y？qM^^,]fy5iQqU5cmf*ONm>？}％nAc＝m. |
| 5 | aaaaaaaaaa | #KRlH@PJ`y(^W<v.A}\0～Ddkj547,S |
具体实施例4
按照上述字符型数据的解密步骤，加、解密密钥与具体实施例1相似，当解密密钥与加密密钥不一致时，即使仅是细微差别，解密结果如表4所示，双向混沌解密后的数值序列RR与原数值序列P(或解密后的字符序列R与原始数据的字符序列P1)截然不同，同时由于分组字符变量的存在,难以将解密后字符序列R进行分组从而也难以恢复出原始的字符型数据，即使可以分组，恢复出的字符型数据也将是无用信息。
表4加、解密密钥不一致时，字符型数据解密结果
具体实施例5
按照上述字符型数据的解密步骤，加、解密密钥与具体实施例1相似，对发生细微变化的密文字符串(如明文“0123，”对应的密文“w}yN,}a&！PfH_"&KtD”、明文“abcd；”对应的密文“yyWp-UTwF[^>？83<xn`”和明文“阻抗。”对应的密文“]Ppikv"/aK:％＝nXzaQ”)分别进行解密，其解密结果如表5所示。由下表可见：密文字符串的细微变化会引起解密后数值序列RR的“面目全非”,同时由于分组字符变量的存在,难以进行字符串分组进而也难以恢复出原始的字符型数据，由此可见本专利所提一种字符型数据解密方法可抵抗唯密文攻击。
表5密文微变时，字符型数据解密结果
Claims (7)
1.一种字符型数据的加密方法，其特征在于：包括如下几个步骤：
(1)转码：将字符型数据逐个转换成数值型数据，然后将数值型数据分别转化成字符与数值型数据完全一样的字符串以形成字符序列，再将数值字符逐个进行ASCII码转换，得到数值序列P，数值序列P长度记为L；
(2)正向混沌加密：
首先由初值x0和参数μ1，对如下公式1所示的Logistic混沌映射进行n次迭代，其中n≥200，将混沌信号xn记为
xk+1＝μ·xk·(1-xk) (1)
然后对数值序列P中每个元素Pi，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数μ1，对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号按照如下公式2进行整数化处理，得到混沌信号Xi，
②利用混沌信号Xi对数据Pi按照如下公式3进行正向加密，得到正向加密密文C1i，
③根据正向加密密文C1i，对Logistic混沌映射的参数μ1按照如下公式4进行调整，
最后得到正向混沌加密后的数值序列C1；
(3)逆向混沌加密：
首先由初值y0和参数μ2，原理同步骤(2)，对如上所述公式1所示的Logistic混沌映射进行m次迭代，其中m≥200，将混沌信号ym记为
然后对数值序列C1中每个元素C1L-i+1，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数μ2，对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号按照上述公式2进行整数化处理，得到整数化后的混沌信号Yi，
②利用混沌信号Yi对数据C1L-i+1按照如下公式5进行逆向加密，得到数值型密文C2i，
③根据密文C2i对Logistic混沌映射的参数μ2按照如下公式6进行调整，
最后得到双向混沌加密后的数值序列C2；
(4)根据自定义的数值型数据与可见密文字符对应关系，将数值序列C2转化成可见密文字符序列C，获得与明文字符型数据长度不相等的密文字符串。
2.根据权利要求1所述的一种字符型数据的加密方法，其特征在于：步骤(1)中所述的将字符型数据逐个转换成数值型数据，是指直接将字符型数据转换成double型数据，范围属于[0,65535]。
3.根据权利要求1所述的一种字符型数据的加密方法，其特征在于：步骤(1)中所述的将数值型数据分别转化成字符与数值型数据完全一样的字符串以形成字符序列，并同时在字符串前用标注该字符串长度的字符变量将相邻的字符串进行分组。
4.根据权利要求1所述的一种字符型数据的加密方法，其特征在于：步骤(4)中所述的数值型数据与可见密文字符对应关系为：Ci＝char(C2i+33)。
5.根据权利要求1所述的一种字符型数据的解密方法，其特征在于：包括如下几个步骤：
(1)根据自定义的可见密文字符与数值型数据对应关系，将密文字符串C转化成数值序列R1；
(2)逆向混沌解密：
首先由初值和参数对与逆向混沌加密采用的混沌系统完全同构的Logistic混沌映射进行m次迭代，其中m≥200，将混沌信号记为
然后对数值序列R1中每个元素R1i，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号按照上述公式2进行整数化处理，得到整数化后的混沌信号
②利用混沌信号对数据R1i按照如下公式7进行逆向解密，得到逆向解密数据R2L-i+1，
③根据数据R1i对Logistic混沌映射的参数按照如下公式8进行调整，
最后得到逆向混沌解密后的数值序列R2；
(3)正向混沌解密：
首先由初值和参数对与正向混沌加密采用的混沌系统完全同构的Logistic混沌映射进行n次迭代，其中n≥200，将混沌信号记为
然后对数值序列R2中每个元素R2i，其中i＝1,2,3,...,L，依次进行如下操作：
①由混沌信号和参数对Logistic混沌映射进行单次迭代，得到混沌信号同时对混沌信号按照上述公式2进行整数化处理，得到整数化后的混沌信号
②利用混沌信号对数据R2i按照如下公式9进行正向解密，得到双向解密数据RRi，
2
③根据数据R2i对Logistic混沌映射的参数按照如下公式10进行调整，
最后得到双向混沌解密后的数值序列RR；
(4)转字符：将数值序列RR中各元素转换为相应ASCII码对应的字符，得到字符序列R，然后将字符序列R进行分组，并将分组后的字符串分别转化成数值与字符完全一样的数值型数据，再将数值型数据逐个转换成字符型数据，得到恢复的明文字符型数据。
6.根据权利要求5所述的一种字符型数据的解密方法，其特征在于：步骤(1)中所述的可见密文字符与数值型数据对应关系为：R1i＝double(Ci)-33。
7.根据权利要求5所述的一种字符型数据的解密方法，其特征在于：步骤(4)中所述的将字符串R进行分组，是指提取字符串前用于标注该字符串长度的字符变量进行分组。
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| CN101834717A (zh) * | 2010-04-22 | 2010-09-15 | 哈尔滨理工大学 | 可扩展精度Logistic混沌序列的并行计算方法 |
| CN103532701A (zh) * | 2013-10-16 | 2014-01-22 | 南通纺织职业技术学院 | 一种数值型数据的加密、解密方法 |
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|---|
| 基于VFP数据库加密算法的研究与实现;朱明秀;《制造业自动化》;20100725;第32卷(第7期);全文 * |
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