CN107276759A - 一种高效的门限加密方案 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效的门限加密方案，其特征是，包括如下步骤：1）密钥生成：生成加密所需的公私钥对；2）密钥分配：将生成的私钥分成不同的密钥片段分发给相应的实体，并公开相应的参数；3）数据加密：对于需要传输的数据进行加密，并使用自己的密钥片段进行初步的解密，将半密文发送给数据接收方；4）密文解密：接收到发送的半密文，使用拥有的密钥片段对半密文进行解密。优点：在整个的加密过程中将密钥分成了的门限加密方案，在数据传输过程中保证了数据的安全性，同时任意两个密钥片段就可以对密文进行解密操作，这也提高了算法的执行效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效的门限加密方案，属于信息安全技术领域。
背景技术
随着网络信息技术的飞速发展，计算机网络在社会、政治、经济等方面的作用日益突出，人们的日常生活和工作也越来越依赖计算机网络。计算机网络在给人们带来便利的同时，也带来了信息安全问题，如隐私数据泄漏，恶意攻击等。如何有效的防止信息的泄密，保证信息的安全，已成为信息科学领域的一个研究热点。ShamirA和BlakleyG在1979年分别独立提出了秘密共享概念，其主要思想是将秘密分成n份影子，分发给n个参与者。其中任意t个多于t个参与者协同合作就可以恢复秘密。这种(t,n)门限加密方案的主要特点是能够分散安全风险，保证数据的安全性。在保证数据安全性的条件下，提高(t,n)门限加密方案的效率，使得多方用户在数据进行加解密过程中能够高效的操作，也是十分重要的一个问题。
下面首先对相关概念进行说明和解释：
一、Hash函数
Hash函数是密码学体系中的一个重要的组成部分，它也被称为散列函数，能够把任意有限长度的输入串M映射成某一固定长度的输出串h，公式表示为：h＝H(M)。一个Hash函数h＝H(x)需要满足以下条件：
(1)输入的x的长度是任意的，但是输出的h的长度确是固定相同的；
(2)对于任意给定的输入x，计算输出h是容易的；而反过来，给定输出h，找到输入x使得h＝H(x)在计算上是不可行的；
(3)找出两个不同的输入x和x'，即x≠x'，使得h(x)＝h(x')在计算上是不可行的；给定一个输入x，找出另一个不同的输入x'，即x≠x'，使得h(x)＝h(x')在计算上是不可行的。
二、RSA加密算法
RSA是一个基于数论的非对称(公开钥)密码体制，是一种分组密码体制。它的安全性是基于数论和计算复杂性理论中：求两个大素数的乘积在计算上是容易的，但是要分解两个大素数的积求出它的素因子在计算上是困难的。该算法的主要实现方法为：首先选取两个大素数p和q，满足|p|≈|q|，计算并公开它们的乘积N＝pq；其次再确定公钥，选择一个整数e，满足gcd(e,φ(N))＝1，其中φ(N)＝(p-1)(q-1)；最后计算解密密钥d，满足ed≡1modφ(N)，则公钥为(N,e)，私钥为(N,d)。那么对于数据m进行加密为：c＝memod N，解密为：m＝cdmod N。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种高效的门限加密方案，并且在保证数据在传输过程中安全性的同时，也保证了算法的效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高效的门限加密方案，其特征是，包括如下步骤：
1)密钥生成：生成加密所需的公私钥对；
2)密钥分配：将生成的私钥分成不同的密钥片段分发给相应的实体，并公开相应的参数；
3)数据加密：对于需要传输的数据进行加密，并使用自己的密钥片段进行初步的解密，将半密文发送给数据接收方；
4)密文解密：接收到发送的半密文，使用拥有的密钥片段对半密文进行解密。
进一步的，所述密钥生成的步骤为：
首先选取两个大素数p和q，使得|p|≈|q|，计算并公开它们的乘积N＝pq，其次在确定公钥e，满足gcd(e,φ(N))＝1，其中φ(N)＝(p-1)(q-1)，最后计算相应的解密密钥d：使得d≡e-1modφ(N)。
进一步的，所述密钥分配的步骤为：
步骤2-1：随机选取一个大素数P和a0，其中a0∈ZP-1，令函数f(x)＝d+a0x，其中d为密钥生成过程中的解密密钥，ZP-1为整数P-1的加法循环群，该群为参数选择的空间；
步骤2-2：为每一个数据接收方选取一个xi，则对于n个不同的数据接收方，有整数集合{x1,x2,…,xn}，然后计算出各自的密钥片段di＝f(xi)mod P-1，i＝1,2,…,n，xi表示系统为数据接收方选取的一个随机的整数，di表示各数据接收方计算的密钥片段；
步骤2-3：公开选取的整数集合{x1,x2,…,xn}，并通过安全信道将生成的密钥片段di发送给对应的数据接收方i。
进一步的，所述数据加密的步骤为：
步骤3-1：假设数据m需要在实体i与实体j之间进行传输，则实体i对数进行RSA加密c1＝memod N；
步骤3-2：随后对加密的密文c1进行初步的解密
步骤3-3：将生成的半密文ch发送给实体j。
进一步的，所述密文解密的步骤为：实体j接收到实体i发送的半密文ch，恢复数据：
进一步的，所述密文解密的解密过程的正确性由下列方程式证明：
k表示任意一个整数。
本发明所达到的有益效果：
与现有技术相比，本发明的优点在于：在整个的加密过程中将密钥分成了(2,n)的门限加密方案，在数据传输过程中保证了数据的安全性，同时任意两个密钥片段就可以对密文进行解密操作，这也提高了算法的执行效率。
附图说明
图1是本发明高效门限加密方案流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种高效的门限加密方案，包括如下步骤：
1)密钥生成：生成加密所需的公私钥对；
2)密钥分配：将生成的私钥分成不同的密钥片段分发给相应的实体，并公开相应的参数；
3)数据加密：对于需要传输的数据进行加密，并使用自己的密钥片段进行初步的解密，将半密文发送给数据接收方；
4)密文解密：接收到发送的半密文，使用拥有的密钥片段对半密文进行解密。
本实施例中，所述密钥生成的步骤为：
首先选取两个大素数p和q，使得|p|≈|q|，计算并公开它们的乘积N＝pq，其次在确定公钥e，满足gcd(e,φ(N))＝1，其中φ(N)＝(p-1)(q-1)，最后计算相应的解密密钥d：使得d≡e-1modφ(N)。
本实施例中，所述密钥分配的步骤为：
步骤2-1：随机选取一个大素数P和a0，其中a0∈ZP-1，令函数f(x)＝d+a0x，其中d为密钥生成过程中的解密密钥，ZP-1为整数P-1的加法循环群，该群为参数选择的空间；
步骤2-2：为每一个数据接收方选取一个xi，则对于n个不同的数据接收方，有整数集合{x1,x2,…,xn}，然后计算出各自的密钥片段di＝f(xi)mod P-1，i＝1,2,…,n，xi表示系统为数据接收方选取的一个随机的整数，di表示各数据接收方计算的密钥片段；
步骤2-3：公开选取的整数集合{x1,x2,…,xn}，并通过安全信道将生成的密钥片段di发送给对应的数据接收方i。
本实施例中，所述数据加密的步骤为：
步骤3-1：假设数据m需要在实体i与实体j之间进行传输，则实体i对数进行RSA加密c1＝memod N；
步骤3-2：随后对加密的密文c1进行初步的解密
步骤3-3：将生成的半密文ch发送给实体j。
本实施例中，所述密文解密的步骤为：实体j接收到实体i发送的半密文ch，恢复数据：
本实施例中，所述密文解密的解密过程的正确性由下列方程式证明：
k表示任意一个整数。
本发明较现有的门限加密方案，由于彼此所持有的密钥片段是不同的，更适用于多用户之间数据的传输，而且数据是通过半密文进行传输的，在解密时通过自身的密钥片段就可以很快的恢复明文。与同类的门限加密方案相比，在保证数据安全性的情况下，本发明的构造简洁、高效。
下面将对本发明的高效门限加密方案应用于企业的情况进行说明。
依照本发明的步骤，当政府部门或大型企业应用本发明的门限加密系统时，如一个大型的企业有A、B、C、D这样四个分布在各地的部门，那么部门之间会需要进行文件以及技术方面的交流。在这样一个网络信息高速发展的时代，更多的企业会选择在网络之间进行数据之间的交流和传输，有些数据是在部门内部的网络上传输，而部门之间数据的传输更多的是通过公网进行传输，而有些机密的文件和技术是不能够让第三方知道的，这就需要部门之间在数据传输的过程中进行数据的加密，而该门限加密方案就可以很好的解决这一问题。由企业生成密钥，并将密钥片段发送给A、B、C、D四个部门，当企业与A、B、C、D部门中任意一个进行数据传输时，就可以很好的保证数据的安全。由于每个部门所持有的密钥片段是不同的，所以当一个部门的密钥被泄漏时，并不影响其他部门数据的安全性，同时该门限加密算法的效率很高，很适合企业使用。
所以，本发名带来的有益效果是：增强了门限加密方案的适用性，尤其适用于企业中部门之间通过公网进行数据传输的应用场景。
该方法主要是保证数据传输过程中的安全，以防信息的泄漏，并大大提高了加解密的效率。该门限加密方案有效的保护了数据在传输过程中的安全，数据在信道上传输过程中是以半密文的形式传输的，由于不同用户的密钥片段的不同，保证了数据的安全性；由于Hash函数具有不可逆性，以及任意一方想通过自身密钥片段推出完整密钥等价于求解(2,n)的门限问题，在模数N足够大的情况下，推出完整密钥的概率趋于0；在保证数据安全的情况下，该方案的效率也是非常高的，用户可以使用任意两个密钥片段就可以对半密文数据进行解密，而且方案中大部分的运算的时间复杂度为O(1)，除了密钥分发过程中，模加运算的复杂度为O(n)，可以看出该方案在效率和功能性上均有显著提高，构造简洁、高效。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种高效的门限加密方案，其特征是，包括如下步骤：
1)密钥生成：生成加密所需的公私钥对；
2)密钥分配：将生成的私钥分成不同的密钥片段分发给相应的实体，并公开相应的参数；
3)数据加密：对于需要传输的数据进行加密，并使用自己的密钥片段进行初步的解密，将半密文发送给数据接收方；
4)密文解密：接收到发送的半密文，使用拥有的密钥片段对半密文进行解密。
2.根据权利要求1所述的一种高效的门限加密方案，其特征是，所述密钥生成的步骤为：
首先选取两个大素数p和q，使得|p|≈|q|，计算并公开它们的乘积N＝pq，其次在确定公钥e，满足gcd(e,φ(N))＝1，其中φ(N)＝(p-1)(q-1)，最后计算相应的解密密钥d：使得d≡e-1modφ(N)。
3.根据权利要求2所述的一种高效的门限加密方案，其特征是，所述密钥分配的步骤为：
步骤2-1：随机选取一个大素数P和a0，其中a0∈ZP-1，令函数f(x)＝d+a0x，其中d为密钥生成过程中的解密密钥，ZP-1为整数P-1的加法循环群，该群为参数选择的空间；
步骤2-2：为每一个数据接收方选取一个xi，则对于n个不同的数据接收方，有整数集合{x1,x2,…,xn}，然后计算出各自的密钥片段di＝f(xi)mod P-1，i＝1,2,…,n，xi表示系统为数据接收方选取的一个随机的整数，di表示各数据接收方计算的密钥片段；
步骤2-3：公开选取的整数集合{x1,x2,…,xn}，并通过安全信道将生成的密钥片段di发送给对应的数据接收方i。
4.根据权利要求3所述的一种高效的门限加密方案，其特征是，所述数据加密的步骤为：
步骤3-1：假设数据m需要在实体i与实体j之间进行传输，则实体i对数进行RSA加密c1＝memodN；
步骤3-2：随后对加密的密文c1进行初步的解密
步骤3-3：将生成的半密文ch发送给实体j。
5.根据权利要求4所述的一种高效的门限加密方案，其特征是，所述密文解密的步骤为：实体j接收到实体i发送的半密文ch，恢复数据：
6.根据权利要求5所述的一种高效的门限加密方案，其特征是，所述密文解密的解密过程的正确性由下列方程式证明：
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k表示任意一个整数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171020 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |