CN108616351B - 一种全动态加密解密方法及加密解密装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全动态加密解密方法及加密解密装置,通过在加密时随机生成多种变化的参数，对不定长度的明文块使用加密器进行加密，每个明文块加密产生的密文将为下一个明文块提供加密参数，利用提供的加密参数生成新的密钥，从而使每一个密文块都不能被单独破解，极大的增加了数据传输的安全性。

Description

一种全动态加密解密方法及加密解密装置

技术领域

本发明涉及信息存储或传输过程中的加密及解密，尤其涉及一种全动态加密解密方法及加密解密装置。

背景技术

密码算法是用于加密和解密的数学函数，密码算法是密码协议的基础。现行的密码算法主要包括序列密码、分组密码、公钥密码、散列函数等，用于保证信息的安全，提供鉴别、完整性、抗抵赖等服务。假设我们想通过网络发送消息P(P通常是明文数据包)，使用密码算法隐藏P的内容可将P转化成密文，这个转化过程就叫做加密。与明文P相对应的密文C的得到依靠一个附加的参数key，称为密钥。密文C的接收方为恢复明文，需要另一个密钥K-1完成反方向的运算。这个反向的过程称为解密。

一个密码系统的安全性只在于密钥的保密性，而不在算法的保密性。一般来说对于一个加密器加密的密文，密钥是固定的，因此加密的每个密文块都可以单独被解密，从而组成完整的或部分明文,使破译的难度降低。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了本发明通过在加密时随机生成多种变化的参数，对不定长度的明文块使用加密器进行加密，每个明文块加密产生的密文将为下一个明文块提供加密参数。从而使每一个密文块都不能被单独破解，极大的增加了数据传输的安全性。

本发明技术方案如下：

一种全动态加密方法，包括如下步骤：

步骤一：将明文P分组生成明文块P_n，标记为P₁、P₂、P₃……P_n。

每一明文块的长度L_n,标记为L₁、L₂、L₃、……L_n。

与每个明文块对应的加密密钥为key_n，标记为key₁、key₂、key₃……key_n。。

明文块P_n通过密钥key_n加密后的得到的密文块C_n,标记为C₁、C₂、C₃……C_n。

其中，n为自然数。

步骤二：确定明文块P_n的长度，计算要加密的明文块P_n的加密密钥key_n，加密每个明文块的加密密钥都不同，计算要加密的明文块P_n的加密密钥C_n的方法为：

(1)、如果n＝1,要加密的明文块为第1明文块P_1，原始加密密钥key，第一加密密钥key₁＝key。

(2)、如果n＝2,要加密的明文块为第2明文块P₂，设置初始化向量A₀，将初始化向量A₀与第一密文块C₁提供的加密参数为D₁通过计算得到第一加密向量A₁＝F(A₀,D₁),第二加密密钥为key₂＝G(A₁,key)，根据加密向量A₁确定第2明文块的长度L₂＝H(A₁)。

(3)、如果n>2,要加密的明文块为第n明文块P_n,通过第n-1密文块C_n-1提供的加密参数D_n-1得到第n-1向量A_n-1＝F(A_n-2,D_n-1),第n加密密钥为key_n＝G(A_n-1,key)，根据加密向量A_n-1确定第n明文块P_n的长度L_n＝H(A_n-1)。

其中F函数、G函数和H函数分别为是由已知变量计算一个新变量的函数。

步骤三：将明文块P_n通过加密密钥key_n加密后得到密文块C_n,直到将所有明文块加密。

进一步的，所述加密密钥为base64的密钥,所述F函数为对变量做异或运算的函数。

进一步的，所述初始化向量A₀为6bit数，所述加密参数D_n-1为截取第n-1密文块中的6bit数。

进一步的，所述计算加密密钥的G函数如下：

(1)判断加密向量6bit数A_n-1的值，如果加密向量6bit数A_n-1的值中1的个数为奇数，则紧缩加密密钥key_n的长度，如果加密向量6bit数A_n-1的值中1的个数不为奇数，不紧缩加密密钥key_n的长度。

(2)对加密密钥进行偏移，key_n的偏移量为变量A_n-1对应的十进制数值。

进一步的，所述明文P分组时最后的明文块长度不够时，用0补齐，并将转换后的密文块作标记。

进一步的，使用上述的一种全动态加密方法加密后的密文的一种全动态解密方法为所述一种全动态加密方法的逆过程。

一种全动态加密解密装置，所述加密装置包括：

所述加密装置包括：

明文输入寄存装置：用于将明文P输入，并将生成的明文块寄存在相应的寄存模块内。

明文分组装置：将明文P分组，并将生成的明文块发送至明文输入寄存装置。

密钥生成装置：包括原始密钥输入模块和与每个明文块寄存模块对应连接的加密密钥key_n生成模块，确定明文块P_n的长度，加密密钥key_n生成模块的加密密钥的生成采用如下步骤：

(1)、如果n＝1,要加密的明文块为第1明文块P_1，原始加密密钥key，第一加密密钥key₁＝key。

(2)、如果n＝2,要加密的明文块为第2明文块P₂，设置初始化向量A₀，将初始化向量A₀与第一密文块C₁提供的加密参数为D₁通过计算得到第一加密向量A₁＝F(A₀,D₁),第二加密密钥为key₂＝G(A₁,key)，根据加密向量A₁确定第2明文块的长度L₂＝H(A₁)。

(3)、如果n>2,要加密的明文块为第n明文块P_n,通过第n-1密文块C_n-1提供的加密参数D_n-1得到第n-1向量A_n-1＝F(A_n-2,D_n-1),第n加密密钥为key_n＝G(A_n-1,key)，根据加密向量A_n-1确定第n明文块P_n的长度L_n＝H(A_n-1)。

其中F函数、G函数和H函数分别为是由已知变量计算一个新变量的函数。

密文生成寄存装置：用于将所述明文块P_n采用对应的加密密钥key_n生成密文块C_n并将生成的密文存储在相应的寄存模块内。

所述明文输入寄存装置与明文分组装置连接，所述密文生成寄存装置分别与密钥生成装置、明文输入寄存装置连接。

所述解密装置包括：

密文输入寄存装置：用于将密文C输入，并将生成的密文块寄存在相应的寄存模块内。

密文分组装置：将密文C分组，并将生成的密文块C_n发送至密文输入寄存装置。

解密密钥生成装置：包括原始密钥输入模块和与每个密文块寄存模块对应连接的解密密钥生成模块，解密密钥生成模块采用的解密密钥生成步骤是加密密钥key_n生成模块的加密密钥的生成过程的逆过程。

明文生成寄存装置：用于将所述密文块C_n使用对应的解密密钥生成明文块P_n，并将明文存储在相应的寄存模块内。

所述密文输入寄存装置与密文分组装置连接，明文生成寄存装置与解密密钥生成装置、密文输入寄存装置分别连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)每个明文块加密产生的密文将为下一个明文块提供加密参数。从而使每一个密文块都不能被单独破解，极大的增加了数据传输的安全性。

(2)本发明的加密方法是对每组密钥进行加密，对每个明文块进行加密的密钥是不同的，而且密钥的变化跟前一组的密文块相关，本申请的密钥的长度也是变化的，提出了密钥的紧缩算法，增加了密钥变化的可能性，使加密的复杂度增加，大大增加了密文破译的难度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明中未紧缩的key示例；

图2为本发明中紧缩的key示例；

图3为本发明中加密示意图；

图4为本发明中实施例的第一组明文转换示意；

图5为本发明中实施例的第二组明文转换示意；

图6为本发明中实施例的第三组明文转换示意；

图7为本发明中实施例的第四组明文转换示意。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

一种全动态加密解密算法，本实施例待加密的明文会以分段的方式被加密，每段的密文会直接影响队列后的每一个加密器和key，从而使key不断变化。无法从单一的密文块解密，也无法从独立的两个相邻个密文块解密。

本实施例使用base64的key进行说明，但本发明的技术方案不仅限于使用base64的key，也可以使用其他key或自定义的key。

一种全动态加密方法，包括如下步骤：

步骤一：将明文P分组生成明文块P_n，标记为P₁、P₂、P₃……P_n。

每一明文块的长度L_n,标记为L₁、L₂、L₃、……L_n。

与每个明文块对应的加密密钥为key_n，标记为key₁、key₂、key₃……key_n。。

明文块P_n通过密钥key_n加密后的得到的密文块C_n,标记为C₁、C₂、C₃……C_n。

其中，n为自然数。

步骤二：确定明文块P_n的长度，计算要加密的明文块P_n的加密密钥key_n，加密每个明文块的加密密钥都不同，计算要加密的明文块P_n的加密密钥C_n的方法为：

(1)、如果n＝1,要加密的明文块为第1明文块P_1，原始加密密钥key，第一加密密钥key₁＝key；

(2)、如果n＝2,要加密的明文块为第2明文块P₂，设置初始化向量A₀，将初始化向量A₀与第一密文块C₁提供的加密参数为D₁通过计算得到第一加密向量A₁＝F(A₀,D₁),第二加密密钥为key₂＝G(A₁,key)，根据加密向量A₁确定第2明文块的长度L₂＝H(A₁)。

(3)、如果n>2,要加密的明文块为第n明文块P_n,通过第n-1密文块C_n-1提供的加密参数D_n-1得到第n-1向量A_n-1＝F(A_n-2,D_n-1),第n加密密钥为key_n＝G(A_n-1,key)，根据加密向量A_n-1确定第n明文块P_n的长度L_n＝H(A_n-1)。

其中F函数、G函数和H函数分别为是由已知变量计算一个新变量的函数。

计算要加密的明文块的加密密钥通过F函数和G函数，H函数用来确定要截取的下一明块的长度，其中F函数、G函数和H函数为现有技术中可使用的任意函数。第一明文块P₁是长度人为设定的，加密前直接截取第一明文块。

一种全动态加密解密装置，所述加密装置包括：

明文输入寄存装置：用于将明文P输入，并将生成的明文块寄存在相应的寄存模块内。

明文分组装置：将明文P分组，并将生成的明文块发送至明文输入寄存装置。

密钥生成装置：包括原始密钥输入模块和与每个明文块寄存模块对应连接的加密密钥key_n生成模块，确定明文块P_n的长度，加密密钥key_n生成模块的加密密钥的生成采用如下步骤：

(1)、如果n＝1,要加密的明文块为第1明文块P₁，原始加密密钥key，第一加密密钥key₁＝key。

(2)、如果n＝2,要加密的明文块为第2明文块P₂，设置初始化向量A₀，将初始化向量A₀与第一密文块C₁提供的加密参数为D₁通过计算得到第一加密向量A₁＝F(A₀,D₁),第二加密密钥为key₂＝G(A₁,key)，根据加密向量A₁确定第2明文块的长度L₂＝H(A₁)。

(3)、如果n>2,要加密的明文块为第n明文块P_n,通过第n-1密文块C_n-1提供的加密参数D_n-1得到第n-1向量A_n-1＝F(A_n-2,D_n-1),第n加密密钥为key_n＝G(A_n-1,key)，根据加密向量A_n-1确定第n明文块P_n的长度L_n＝H(A_n-1)。

其中F函数、G函数和H函数分别为是由已知变量计算一个新变量的函数。

密文生成寄存装置：用于将所述明文块P_n采用对应的加密密钥key_n生成密文块C_n并将生成的密文存储在相应的寄存模块内。

所述明文输入寄存装置与明文分组装置连接，所述密文生成寄存装置分别与密钥生成装置、明文输入寄存装置连接。

所述解密装置包括：

密文输入寄存装置：用于将密文C输入，并将生成的密文块寄存在相应的寄存模块内。

密文分组装置：将密文C分组，并将生成的密文块C_n发送至密文输入寄存装置。

解密密钥生成装置：包括原始密钥输入模块和与每个密文块寄存模块对应连接的解密密钥生成模块，解密密钥生成模块采用的解密密钥生成步骤是加密密钥key_n生成模块的加密密钥的生成过程的逆过程。

明文生成寄存装置：用于将所述密文块C_n使用对应的解密密钥生成明文块P_n，并将明文存储在相应的寄存模块内。

所述密文输入寄存装置与密文分组装置连接，明文生成寄存装置与解密密钥生成装置、密文输入寄存装置分别连接。

本实施例的设置初始化向量A₀为6bit数，取上一密文块中6bit数作为加密参数,加密参数与上一级加密向量计算后得到当前加密向量6bit数，将当前加密向量6bit数的数值作为key的偏移量，再判断是否紧缩，当前加密向量的6bit数作为下一个明文块加密的加密向量6bit数，生成的方法为将当前6bit数与生成密文的前6个bit进行异或运算，得出的新值作为下一个明文块加密的向量6bit数，直到明文块全部加密。

是否紧缩要判断当前6bit的6个位进行异或后的值，如果异或后的6bit二进制数中1的个数为奇数则紧缩加密密钥的长度。如果异或后的6bit二进制数中1的个数不为奇数则不紧缩加密密钥的长度。

紧缩时，使用加密密钥长度的一半，例如如果使用base64的key，那么key的长度由64变为32。

如果紧缩，下一个明文块取5个字节，key的长度为原来密钥的一半。

如果不紧缩，下一个明文块取3个字节，key的长度不变。

Key的偏移量由6bit数对应的十进制数值决定，偏移的范围为0～63。

最后取出的明文如果字节数不够，那么用0补齐。补了几个字节在密文的最后要加上几个特殊字符‘＝’。

下面将以字符串“this is a demo！”为例对整个加密流程进行完整描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

1、进行第一组明文的加密(如图4)。

a)取出三个字节“thi”，经base64加密后，密文为“dGhp”。

b)加密后的密文前6bit为‘011001’，与‘000000’异或后为‘011001’，需要紧缩，偏移量为25，偏移后key为'Zabcdefghijklmnopqrstuvwxyz01234'。

2、进行第二组明文加密(如图5)。

a)取出5个字节“s is”，经新生成的key加密后，密文为“nlpfb1yZ”。

b)加密后密文前6bit为‘011011’，与‘011001’异或后为‘000010’，需要紧缩，偏移量为2，偏移后的key为'CDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefgh'。

3、进行第三组明文加密(如图6)。

a)取出5个字节“a dom”，经新生成的key加密后，密文为：“OGSIKbNP”

b)加密后密文前6个字节为‘010011’，与‘000010’异或后为‘010001’，不需要紧缩，偏移量为17，偏移后的key为‘RSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/ABCDEFGHIJKLMNOPQ'。

4、进行第四组明文加密(如图7)。

a)取出3个字节，不足的用0补齐。取出后为“o！”，经新生成的key加密后，密文为“sDVR”。

b)因为补了一个字节，为了标识，在密文后加一个‘＝’。

5、经过加密后，‘this is a demo！’被加密为‘dGhpnlpfb1yZ OGSIKbNPsDVR＝’。

上述生成的密文的解密过程为加密过程的逆过程。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种全动态加密方法，其特征在于，

将明文P分组生成明文块P_n，标记为P₁、P₂、P₃……P_n；

每一明文块的长度L_n,标记为L₁、L₂、L₃、……L_n；

与每个明文块对应的加密密钥为key_n，标记为key₁、key₂、key₃……key_n；

明文块P_n通过密钥key_n加密后的得到的密文块C_n,标记为C₁、C₂、C₃……C_n；

其中，n为正整数；

包括如下步骤：

步骤一：确定明文块P_n的长度，计算要加密的明文块P_n的加密密钥key_n，加密每个明文块的加密密钥都不同，计算要加密的明文块P_n的加密密钥key_n的方法为：

(1)、如果n＝1,要加密的明文块为第1明文块P₁，原始加密密钥key，第一加密密钥key₁＝key；

(2)、如果n＝2,要加密的明文块为第2明文块P₂，设置初始化向量A₀，所述初始化向量A₀为6bit数，将初始化向量A₀与第一密文块C₁提供的加密参数为D₁通过计算得到第一加密向量A₁＝F(A₀,D₁),根据加密向量A₁确定第2加密密钥key₂＝G(A₁,key)，根据加密向量A₁确定第2明文块的长度L₂＝H(A₁)；

(3)、如果n>2,要加密的明文块为第n明文块P_n,通过第n-1密文块C_n-1提供的加密参数D_n-1得到第n-1加密向量A_n-1＝F(A_n-2,D_n-1)，所述加密参数D_n-1为截取第n-1密文块C_n-1的前6bit数，根据加密向量A_n-1确定第n加密密钥为key_n＝G(A_n-1,key)，根据加密向量A_n-1确定第n明文块P_n的长度L_n＝H(A_n-1)；

其中F函数、G函数和H函数分别为是由已知变量计算一个新变量的函数；

步骤二：将明文块P_n通过加密密钥key_n加密后得到密文块C_n,直到将所有明文块加密；

其中，根据加密向量A_n-1确定第n加密密钥key_n＝G(A_n-1,key)，根据加密向量A_n-1确定第n明文块P_n的长度L_n＝H(A_n-1)具体为：

先将原始加密密钥key向右偏移加密向量A_n-1对应的十进制值，再判断加密向量A_n-1中1的个数，若为奇数，则紧缩密钥长度，即加密密钥key_n的长度为原始加密密钥key长度的一半，下一个明文块取5个字节；若为偶数，则不紧缩密钥长度，即加密密钥key_n的长度与原始加密密钥key长度相同，下一个明文块取3个字节。

2.如权利要求1所述的一种全动态加密方法，其特征在于：所述原始加密密钥key为base64的密钥,所述F函数为对变量做异或运算的函数。

3.如权利要求1所述的一种全动态加密方法，其特征在于：所述明文P分组时最后的明文块长度不够时，用0补齐，并将转换后的密文块作标记。

4.使用如权利要求1-3任一项所述的一种全动态加密方法加密后的记忆中全动态解密方法，其特征在于，解密方法为加密方法的逆过程。

5.一种全动态加密装置，其特征在于，所述加密装置包括：

明文输入寄存装置：用于将明文P输入，并将生成的明文块寄存在相应的寄存模块内；

明文分组装置：将明文P分组，并将生成的明文块P_n发送至明文输入寄存装置；

密钥生成装置：包括原始密钥输入模块和与每个明文块寄存模块对应连接的加密密钥key_n生成模块；

密文生成寄存装置：用于将所述明文块P_n采用对应的加密密钥key_n生成密文块C_n并将生成的密文存储在相应的寄存模块内；

所述明文输入寄存装置与明文分组装置连接，所述密文生成寄存装置分别与密钥生成装置、明文输入寄存装置连接；

加密密钥key_n生成模块被配置为：

先将原始加密密钥key向右偏移加密向量A_n-1对应的十进制值，再判断加密向量A_n-1中1的个数，若为奇数，则紧缩密钥长度，即加密密钥key_n的长度为原始加密密钥key长度的一半，下一个明文块取5个字节；若为偶数，则不紧缩密钥长度，即加密密钥key_n的长度与原始加密密钥key长度相同，下一个明文块取3个字节，其中，加密向量A_n为6bit数，n为正整数。

6.一种全动态解密装置，其特征在于，所述解密装置包括：

密文输入寄存装置：用于将密文C输入，并将生成的密文块寄存在相应的寄存模块内；

密文分组装置：将密文C分组，并将生成的密文块C_n发送至密文输入寄存装置；

解密密钥生成装置：包括原始密钥输入模块和与每个密文块寄存模块对应连接的解密密钥生成模块；解密密钥生成模块采用的解密密钥生成步骤是加密密钥生成步骤的逆过程；

明文生成寄存装置：用于将所述密文块C_n使用对应的解密密钥生成明文块P_n，并将明文存储在相应的寄存模块内；

所述密文输入寄存装置与密文分组装置连接，明文生成寄存装置与解密密钥生成装置、密文输入寄存装置分别连接；

加密密钥生成步骤为：

先将原始加密密钥key向右偏移加密向量A_n-1对应的十进制值，再判断加密向量A_n-1中1的个数，若为奇数，则紧缩密钥长度，即加密密钥key_n的长度为原始加密密钥key长度的一半，下一个明文块取5个字节；若为偶数，则不紧缩密钥长度，即加密密钥key_n的长度与原始加密密钥key长度相同，下一个明文块取3个字节，其中，加密向量A_n为6bit数，n为正整数。

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