CN108494554B - 一种基于双明文的数据对称加密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于双明文的数据对称加密方法，消息发送者在终端A使用两个不同的密钥k1,k2分别对两段任意长度的不同明文m1,m2同时进行加密，得到一段密文c。加密后，把密文c发送给消息接收者。消息接收者在终端B解密时，对密文c，输入不同的密钥，解密得不同的明文，即如果接收者拥有密钥k1，则输入密钥k1只会解密得明文m1，不能得到明文m2；如果接收者拥有密钥k2，则输入密钥k2只会解密得明文m2，不能得到明文m1。本发明在阻止攻击者试图穷举密钥方面具有创新性，并且快速高效，能够增加一次加密后信息传递的信息量。同时引入了Hash算法，既能够保证数据的完整性，又能提供防篡改与检验机制，在安全性上得到保证，具有良好的技术优势。

Description

一种基于双明文的数据对称加密方法
技术领域
本发明属于信息安全技术领域，涉及一种数据加密方法，主要涉及一种基于双明文的数据对称加密方法。
背景技术
对称密钥密码体制是一种传统密码体制，又称为单密钥密码体制或秘密密钥密码体制。如果一个密码体制的加密密钥和解密密钥相同，或者虽然不相同，但是由其中的任意一个可以很容易地推导出另一个，则该密码体制便称为对称密钥密码体制。其特点为：一是加密密钥和解密密钥相同，或本质上相同；二是密钥必须严格保密。这就意味着密码通信系统的安全完全依赖于密钥的保密。通信双方的信息加密以后可以在一个不安全的信道上传输，但通信双方传递密钥时必须提供一个安全可靠的信道。常用的对称密码算法有DES、3-DES、IDEA、AES等。这些都是实现的一组明文加密得到一组密文，在信息的利用上一次加密只能包含一种信息，解密时能够获取者一种信息的全部内容，一次信息传递的信息量有待增加，并且对于特定的使用环境，不能够在不使用分支判断的条件下提供不同的信息。在这些方面，传统的对称密码在技术上有待提高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于双明文的数据对称加密方法。
本发明所采用的技术方案是：一种基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：消息发送者在终端A使用两个不同的密钥k1,k2分别对两段任意长度的不同明文m1,m2进行加密，得到一段密文c；
步骤2：将密文c发送给消息接收者；
步骤3：消息接收者在终端B解密时，对密文c，输入不同的密钥，解密得不同的明文；
密文c接收者有三类：一类是消息接收者B1，其拥有密钥k1；一类是消息接收者B2，其拥有密钥k2；一类是消息接收者B3，其拥有密钥k1,k2。
本发明的有益效果：本发明在阻止攻击者试图穷举密钥方面具有创新性，并且快速高效。同时引入了Hash算法，既能够保证数据的完整性，又能提供防篡改与检验机制，在安全性上得到保证，具有良好的技术优势。可应用的领域包括带有自我保护性的数据传输、数字版权保护、特殊环境下的软件的保护等。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1，本发明提供的一种基于双明文的数据对称加密方法，包括以下步骤：
步骤1：消息发送者在终端A使用两个不同的密钥k1,k2分别对两段任意长度的不同明文m1,m2进行加密，得到一段密文c；
步骤1.1：消息发送者在终端A输入用于产生密钥的两个口令MasterKey1,MasterKey2，两个口令均由消息发送者指定，可以是包含任意字符的字符串。同时将两个口令MasterKey1,MasterKey2采用Hash算法产生分别产生对应的密钥k1,k2，密钥k1,k2的长度均为Kbit；由密钥分配函数KDF()决定子密钥循环使用的次序；
本实施例中采用Hash算法产生密钥k1,k2，若采用MD5算法，则k1,k2的长度为128bit；若采用SHA-1算法，则k1,k2的长度为160bit；若采用SHA-256算法，则k1,k2的长度为256bit；
k1,k2最终以Lbit为单位分割成如下形式：
k1＝k1,1||k1,2||…||k1,(K/L)，k2＝k2,1||k2,2||…||k2,(K/L)。
本实施例中由密钥分配函数KDF()决定子密钥循环使用的次序，对编号为i的分组分配对应的加密密钥k1,i，k2,i；密钥分配函数KDF()为：
Figure BDA0001605500130000031
Figure BDA0001605500130000032
其中，i＝1,2,3,…,K/L。
步骤1.2：消息发送者在终端A输入两段不同的明文m1，m2，对输入的m1，m2使用padding方法进行处理使之等长(遵照已有的PKCS7Padding标准)，生成新的消息m_p1,m_p2；
步骤1.3：消息发送者在终端A分别计算m_p1和m_p2的Hash值m_h1，m_h2；
步骤1.4：消息发送者所在的终端A将m_h1，m_h2分别前置于m_p1，m_p2,生成新的消息m_hp1,m_hp2；
步骤1.5：消息发送者所在的终端A将m_h1,m_h2分别与m_p1,m_p2利用扩散明文函数Diffusion()进行扩散操作，并将结果分别替换m_hp1,m_hp2中的m_p1,m_p2，生成新的待加密消息m_hpd1,m_hpd2；
本实施例的扩散明文函数Diffusion()为：
m_hpd1＝m_h1||(m_p1 xor m_h1)；
m_hpd2＝m_h2||(m_p2 xor m_h2)。
步骤1.6：消息发送者所在的终端A对新的待加密消息m_hpd1,m_hpd2进行分组，每Lbit为一组，针对每个分组，用加密函数进行分组加密。
本实施例中L＝16、32、64或128；m1,m2最终以Lbit为单位分割成：
m1＝m1,1||m1,2||…||m1,i；
m2＝m2，i||m2，2||…||m2，i；
其中，i＝1，2，3，...，(K+M)/L。
本实施例的加密函数为：
c＝Enc(k1，k2，m_hpd1，m_hpd2，offset)＝A||B||offset；
其中，A，B分别为加密得到的数据块；
分组中：
Figure BDA0001605500130000041
其中，Ai，Bi分别为加密得到的数据块。通过随机数生成函数GR()产生一个Lbit随机偏移量offseti；i＝1，2，3，...，(K+M)/L。
步骤2：将密文c发送给消息接收者；
步骤3：消息接收者在终端B解密时，对密文c，输入不同的密钥，解密得不同的明文；
密文c接收者有三类：一类是消息接收者B1，其拥有密钥k1；一类是消息接收者B2，其拥有密钥k2；一类是消息接收者B3，其拥有密钥k1，k2。则在不同的消息接收者处，由于拥有的密钥不同，无需使用分支判断便能使不同的接受者解密得到不同的明文，同时增加了一次加密后信息传递的信息量。
具体包括以下子步骤：
步骤3.1：消息接收者在终端B输入用于解密的口令MasterKey，口令由消息发送者指定，可以是包含任意字符的字符串。同时将口令MasterKey用Hash算法产生用于解密的密钥k，密钥k的长度为Kbit；
步骤3.2：消息接收者所在的终端B对密文c进行分组，每Lbit为一组；密文c最终以Lbit为单位分割成：
c＝c1||c2||…||ci；
其中，i＝1，2，3，...，(K+M)/L。
步骤3.3：消息接收者所在的终端B用解密函数对密文c进行解密得到m′0，并提取出前面代表Hash值的数据m0_h；
本实施例的解密函数为：
m0＝Dec(k，c)＝Dec(k，A||B||offset)；
其中，A，B分别为加密得到的数据块；
分组中：
m0，i＝Dec(ki，ci)＝Dec(ki，Ai||Bi||offseti)
＝(Ai*ki+Bi)-offseti；
其中，Ai，Bi分别为加密得到的数据块；i＝1，2，3，...，(K+M)/L。
步骤3.4：消息接收者所在的终端B使用逆扩散明文函数Diffusion-1()，对m′0进行扩散明文的逆操作，得到m0_d-1；
本实施例的逆扩散明文函数Diffusiom-1()为：
Figure BDA0001605500130000051
其中，i＝1，2，3，...，(K+M)/L.。
步骤3.5：消息接收者所在的终端B对步骤3.4中得到的结果m0_d-1进行Hash，将得到的结果m0_hd-1与步骤3.3中提取出的m0_h进行比较，判断是否相同；如果相同，则说明解密成功，并对m0_d-1进行un-padding操作(遵照已有的PKCS7Padding标准)，得到的结果即为解密出的明文m0；如果不相同，则说明解密失败。
本发明的消息接收者在终端B解密时，对密文c，输入不同的密钥，解密得不同的明文，即如果接收者拥有密钥k1，则输入密钥k1只会解密得明文m1，不能得到明文m2；如果接收者拥有密钥k2，则输入密钥k2只会解密得明文m2，不能得到明文m1。本发明在阻止攻击者试图穷举密钥方面具有创新性，并且快速高效，能够增加一次加密后信息传递的信息量。同时引入了Hash算法，既能够保证数据的完整性，又能提供防篡改与检验机制，在安全性上得到保证，具有良好的技术优势。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：消息发送者在终端A使用两个不同的密钥k1，k2分别对两段任意长度的不同明文m1，m2进行加密，得到一段密文c；
步骤1的实现包括以下子步骤：
步骤1.1：消息发送者在终端A输入用于产生密钥的两个口令MasterKey1，MasterKey2，同时将两个口令MasterKey1，MasterKey2采用Hash算法产生分别产生对应的密钥k1，k2，密钥k1，k2的长度均为Kbit；由密钥分配函数KDF()决定子密钥循环使用的次序；
步骤1.2：消息发送者在终端A输入两段不同的明文m1，m2，对输入的m1，m2使用padding方法进行处理使之等长，生成新的消息m_p1，m_p2，长度均为Mbit；
步骤1.3：消息发送者在终端A分别计算m_p1和m_p2的Hash值m_h1，m_h2，长度均为Kbit；
步骤1.4：终端A将m_h1，m_h2分别前置于m_p1，m_p2，生成新的消息m_hp1，m_hp2，即
Figure FDA0002635343410000011
长度均为(K+M)bit；
步骤1.5：终端A将m_h1，m_h2分别与m_p1，m_p2利用扩散明文函数Diffusion()进行扩散操作，并将结果分别替换m_hp1，m_hp2中的m_p1，m_p2，生成新的待加密消息m_hpd1，m_hpd2；
步骤1.6：终端A对新的待加密消息m_hpd1，m_hpd2进行分组，每Lbit为一组，针对每个分组，用加密函数进行分组加密；
步骤2：将密文c发送给消息接收者；
步骤3：消息接收者在终端B解密时，对密文c，输入不同的密钥，解密得不同的明文；
密文c接收者有三类：一类是消息接收者B1，其拥有密钥k1；一类是消息接收者B2，其拥有密钥k2；一类是消息接收者B3，其拥有密钥k1，k2。
2.根据权利要求1所述的基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于：步骤1.1中所述采用Hash算法产生密钥k1，k2，长度为Kbit；若采用MD5算法，则k1，k2的长度为128bit；若采用SHA-1算法，则k1，k2的长度为160bit；若采用SHA-256算法，则k1，k2的长度为256bit；
k1，k2最终以Lbit为单位分割成如下形式：
k1＝k1，1||k1，2||…||k1，(K/L)，k2＝k2，1||k2，2||…||k2，(K/L)。
3.根据权利要求1所述的基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于：步骤1.1中所述由密钥分配函数KDF()决定子密钥循环使用的次序，对编号为i的分组分配对应的加密密钥k1，i，k2，i；密钥分配函数KDF()为：
Figure FDA0002635343410000021
Figure FDA0002635343410000022
其中，i＝1，2，3，...，K/L。
4.根据权利要求1所述的基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于，步骤1.5中所述扩散明文函数Diffusion()为：
m_hpd1＝m_h1||(m_p1xor m_h1)；
m_hpd2＝m_h2||(m_p2xor m_h2)。
5.根据权利要求1所述的基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于，步骤1.6中，L＝16、32、64或128；m1，m2最终以Lbit为单位分割成：
m_hpd1＝m_hpd1，1||m_hpd1，2||…||m_hpd1，i；
m_hpd2＝m_hpd2，1||m_hpd2，2||…||m_hpd2，i；
其中，i＝1，2，3，...，(K+M)/L。
6.根据权利要求1所述的基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于，步骤1.6中，所述加密函数为：
c＝Enc(k1，k2，m_hpd1，m_hpd2，offset)＝A||B||offset；
其中，A，B分别为加密得到的数据块；
分组中：
Figure FDA0002635343410000031
其中，i＝1，2，3，...，(K+M)/L；Ai，Bi分别为加密得到的数据块；通过随机数生成函数GR()产生一个Lbit随机偏移量offseti。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于，步骤3的实现包括以下子步骤：
步骤3.1：消息接收者在终端B输入用于解密的口令MasterKey，同时将口令MasterKey用Hash算法产生用于解密的密钥k，密钥k的长度为Kbit；
步骤3.2：终端B对密文c进行分组，每Lbit为一组；密文c最终以Lbit为单位分割成：
c＝c1||c2||…||ci；
其中，i＝1，2，3，...，(K+M)/L；
步骤3.3：终端B用解密函数对密文c进行解密得到m′0，并提取出前面代表Hash值的数据m0_h；
步骤3.4：终端B使用逆扩散明文函数Diffusion-1()，对m′0进行扩散明文的逆操作，得到m0_d-1；
步骤3.5：终端B对步骤3.4中得到的结果m0_d-1进行Hash，将得到的结果m0_hd-1与步骤3.3中提取出的m0_h进行比较，判断是否相同；如果相同，则说明解密成功，并对m0_d-1进行un-padding操作，得到的结果即为解密出的明文m0；如果不相同，则说明解密失败。
8.根据权利要求7所述的基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于，步骤3.3中所述解密函数为：
m0＝Dec(k，c)＝Dec(k，A||B||offset)；
其中，A，B分别为加密得到的数据块；
分组中：
m0，i＝Dec(ki，ci)＝Dec(ki，Ai||Bi||offseti)
＝(Ai*ki+Bi)-offseti
其中，Ai，Bi分别为加密得到的数据块，i＝1，2，3，...，(K+M)/L。
9.根据权利要求7所述的基于双明文的数据对称加密方法，其特征在于，步骤3.4中所述逆扩散明文函数Diffusion-1()为：
Figure FDA0002635343410000041
其中，i＝1，2，3，...，(K+M)/L。
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