CN109995504B - 一种字符串的加密和解密方法 - Google Patents

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CN109995504B CN201910215410.0A CN201910215410A CN109995504B CN 109995504 B CN109995504 B CN 109995504B CN 201910215410 A CN201910215410 A CN 201910215410A CN 109995504 B CN109995504 B CN 109995504B
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Abstract

本发明公开了一种字符串的加密和解密方法，包括如下步骤：将某段字符串转化成高位数值序列、低位数值序列；根据外部加密密钥以及与待加密字符串相关的混沌系统初值、参数、初始迭代步数和抽取间隔等数据，利用混沌系统产生混沌信号；根据混沌序列排序前、后的位置变化置乱规则，对高位数值序列、低位数值序列分别进行置乱，再进行数值与字符的转换，得到该段字符串的加密密文，通过类似的方法可将密文解密恢复出原始的某段字符串。本发明采用混沌序列的置乱规则，对字符转换而成的数值序列进行置乱或者反置乱，具有良好的抵抗已知/选择明文攻击、唯密文攻击的性能，保证了字符串加密与解密的安全性和可行性。

Description

一种字符串的加密和解密方法
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，特别涉及一种字符串的加密和解密方法。
背景技术
随着Internet技术与多媒体技术的飞速发展，数据通信逐渐成为人们进行信息交流的重要手段。由Internet网传输数据方便快捷，不受地域限制，但由于某些数据的特殊性，即发送双方都不希望网络上所传输的数据被未授权者所浏览或处理。这些信息不但涉及个人隐私，有的涉及到国家安全，而且与国家的政治、军事和外交等也有重大的关系，因而数据的安全与保密显得越来越重要。在这些要求数据保密的特殊领域或者当数据所有者需要保护自身的利益时，就需要可靠的数据加密技术。
传统的字符串加密通常采用DES、RAS加密方法进行，加密运算相对比较复杂，随着网络通讯技术的发展，对于字符串加密的安全性、便捷性需求逐渐增加，采用一种安全可靠的密码技术进行字符数据加密已经迫在眉睫。混沌密码技术是一种利用混沌信号对所需对象进行加密的新技术。混沌系统对初始条件和结构参数具有敏感依赖性，可以提供数量众多的非相关、类随机而又确定可再生的混沌序列。由于混沌加密具有连续宽带谱、冲激式的尖锐自相关特性，混沌在数字信息加密和保密通信等领域中所具有的巨大应用前景已引起了人们广泛的研究兴趣。混沌在密码学领域的研究起源于80年代末期，由英国数学家Matthews首先提出一种基于变形Logistic映射作为序列密码方案。自从Matthews的混沌密码提出以来，混沌加密开始受到了来自不同领域研究者的关注。
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，提供一种字符串的加密和解密方法，利用混沌系统所产生混沌序列排序前、后的位置变化规则，将某段字符串转化成数值序列并进行置乱以生成密文，从而保证了字符串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串的加密方法，包括如下几个步骤：
(1)转码：将某段字符串逐个字符转换为数值型数据，得到高位数值序列P1＝{P11,P21,...,Pi1,....,PL1}和低位数值序列P2＝{P12,P22,...,Pi2,....,PL2}，其中数值序列P1、P2的长度与该段字符串的长度一致，记为L；
(2)产生混沌序列：
首先利用外部加密密钥(α、β)，按照如下所示公式分别计算得到混沌系统的初值x1、参数μ、初始迭代步数m和抽取间隔n1、n2，
令
Figure BDA0002001878110000021
则
x1＝mod(kp1+α,0.99999)+0.00001，
μ＝β+mod(kp1,4-β)，
Figure BDA0002001878110000022
Figure BDA0002001878110000023
Figure BDA0002001878110000024
其中，α∈(0,1)，β∈[3.75,4)，从而保证x1∈(0,1)，μ∈[3.75,4)，m∈[419,479]的整数，n1∈[1,23]的整数，n2∈[1,29]的整数，可见混沌系统的初值x1、参数μ、初始迭代步数m和抽取间隔n1、n2不仅与外部密钥α、β有关，而且会随着待加密的该段字符串变化；
然后由初值x1和参数μ，对如下公式所示的Logistic混沌系统进行迭代，k表示迭代次数(k＝1,2,...)，xk+1表示第k次迭代得到的混沌信号，
xk+1＝μ×xk×(1-xk)
得到混沌序列X，从第m个元素开始每隔n1个元素取1个，从而形成长度为L的混沌序列Y，并从第m个元素开始每隔n2个元素取1个，从而形成长度为L的混沌序列Z；
(3)高位、低位数值序列置乱：
将混沌序列Y按升序排序，根据序列Y排序前、后的位置变化置乱规则，对高位数值序列P1＝{P11,P21,...,Pi1,....,PL1}进行置乱，得到置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000025
同时将混沌序列Z按升序排序，根据序列Z排序前、后的位置变化置乱规则，对低位数值序列P2＝{P12,P22,...,Pi2,....,PL2}进行置乱，得到置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000026
(4)转码：将置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000027
和置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000028
进行数值与字符的转换，得到字符串密文C，即为该段字符串的加密密文，其中字符串密文C的长度为
Figure BDA0002001878110000029
且
Figure BDA0002001878110000031
进一步的，步骤(1)中所述的将某段字符串逐个字符转换为数值型数据，其中某段字符串包括，除空格以外的可显示ASCII码字符，以及GB2312字符集中双字节编码的6763个汉字；逐个字符转换为数值型数据，是指采用unicode2native(·)函数，将单个汉字转换为区位码数值数据，表示为[区数值数据,位数值数据]，或将可显示ASCII码字符转换为ASCII码数值数据，表示为[0,ASCII码数值数据]，都可以用数据[Pi1,Pi2]表示，相应的数据组合得到高位数值序列P1＝{P11,P21,...,Pi1,....,PL1}和低位数值序列P2＝{P12,P22,...,Pi2,....,PL2}。
进一步的，步骤(4)中所述的将置乱后的高位数值序列
Figure BDA00020018781100000321
和置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000032
进行数值与字符的转换，其转换关系表述如下：
设定一个空字符序列C，将置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000033
和置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000034
中各对应元素依次进行如下运算，
如果
Figure BDA0002001878110000035
则
首先判断，如果
Figure BDA0002001878110000036
那么将对应低位数值数据加128，即
Figure BDA0002001878110000037
然后判断，如果
Figure BDA0002001878110000038
且
Figure BDA0002001878110000039
那么在字符序列C中添加1个空格，即C＝[C,”]，并设
Figure BDA00020018781100000310
接着利用native2unicode(·)函数将数值数据
Figure BDA00020018781100000311
转换为单个汉字，并添加到字符序列C中，即
Figure BDA00020018781100000312
如果
Figure BDA00020018781100000313
则
首先判断，如果
Figure BDA00020018781100000314
那么将对应低位数值数据减128，即
Figure BDA00020018781100000315
然后利用char(·)函数将数值数据
Figure BDA00020018781100000316
转换为单个ASCII码字符，并添加到字符序列C中，即
Figure BDA00020018781100000317
本发明还公开了一种字符串的解密方法，包括如下几个步骤：
(1)转码：将某段待解密字符串密文
Figure BDA00020018781100000318
逐个字符转换成数值型数据，得到高位数值序列
Figure BDA00020018781100000319
和低位数值序列
Figure BDA00020018781100000320
其中数值序列R1、R2的长度为
Figure BDA0002001878110000041
某段待解密字符串密文的长度为
Figure BDA0002001878110000042
(2)产生混沌序列：
首先利用外部解密密钥
Figure BDA0002001878110000043
按照如下所示公式分别计算得到混沌系统的初值
Figure BDA0002001878110000044
参数
Figure BDA0002001878110000045
初始迭代步数
Figure BDA0002001878110000046
和抽取间隔
Figure BDA0002001878110000047
令
Figure BDA0002001878110000048
则
Figure BDA0002001878110000049
Figure BDA00020018781100000410
Figure BDA00020018781100000411
Figure BDA00020018781100000412
Figure BDA00020018781100000413
其中，
Figure BDA00020018781100000414
从而保证
Figure BDA00020018781100000415
的整数，
Figure BDA00020018781100000416
的整数，
Figure BDA00020018781100000417
的整数，可见混沌系统的初值
Figure BDA00020018781100000418
参数
Figure BDA00020018781100000419
初始迭代步数
Figure BDA00020018781100000420
和抽取间隔
Figure BDA00020018781100000421
不仅与外部密钥
Figure BDA00020018781100000422
有关，而且会随着待解密字符串密文变化；
然后由初值
Figure BDA00020018781100000423
和参数
Figure BDA00020018781100000424
对如下公式所示的Logistic混沌系统进行迭代，k表示迭代次数(k＝1,2,...)，
Figure BDA00020018781100000425
表示第k次迭代得到的混沌信号，
Figure BDA00020018781100000426
得到混沌序列
Figure BDA00020018781100000427
从第
Figure BDA00020018781100000428
个元素开始每隔
Figure BDA00020018781100000429
个元素取1个，从而形成长度为
Figure BDA00020018781100000430
的混沌序列
Figure BDA00020018781100000431
并从第
Figure BDA00020018781100000432
个元素开始每隔
Figure BDA00020018781100000433
个元素取1个，从而形成长度为
Figure BDA00020018781100000434
的混沌序列
Figure BDA00020018781100000435
(3)高位、低位数值序列反置乱：
将混沌序列
Figure BDA00020018781100000436
按升序排序，根据序列
Figure BDA00020018781100000437
排序前、后的位置变化置乱规则，对高位数值序列
Figure BDA00020018781100000438
进行反置乱，得到反置乱后的高位数值序列
Figure BDA00020018781100000439
同时将混沌序列
Figure BDA00020018781100000440
按升序排序，根据序列
Figure BDA00020018781100000441
排序前、后的位置变化置乱规则，对低位数值序列
Figure BDA00020018781100000442
进行反置乱，得到反置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000051
(4)转码：将反置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000052
和反置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000053
进行数值与字符的转换，得到字符序列PP，即为该段密文解密后恢复的字符串，其中字符序列PP的长度为
Figure BDA0002001878110000054
进一步的，步骤(1)中所述的将某段待解密字符串密文
Figure BDA0002001878110000055
逐个字符转换成数值型数据，得到高位数值序列
Figure BDA0002001878110000056
和低位数值序列
Figure BDA0002001878110000057
其转换关系表述如下：
首先将某段待解密字符串密文
Figure BDA0002001878110000058
中逐个字符转换为数值数据，即采用unicode2native(·)函数，将单个汉字转换为区位码数值数据，表示为[区数值数据,位数值数据]，或将可显示ASCII码字符转换为ASCII码数值数据，表示为[0,ASCII码数值数据]，都可用数据[Ri1,Ri2]表示；
然后将各个数值型数据[Ri1,Ri2]对应组合
Figure BDA0002001878110000059
得到高位数值序列
Figure BDA00020018781100000510
和低位数值序列
Figure BDA00020018781100000511
接着逐个检查低位数值序列R2中是否有Ri2＝32的元素，如果是，则将对应高位数值序列R1中后一元素Ri+1 1数值加1，并删除该数值为32的元素Ri2和对应高位数值序列R1中的元素Ri1；
最后得到高位数值序列
Figure BDA00020018781100000512
和低位数值序列
Figure BDA00020018781100000513
进一步的，步骤(4)中所述的将反置乱后的高位数值序列
Figure BDA00020018781100000514
和反置乱后的低位数值序列
Figure BDA00020018781100000515
进行数值与字符的转换，其转换关系表述如下：
设定一个空字符序列PP，将反置乱后的高位数值序列
Figure BDA00020018781100000516
和反置乱后的低位数值序列
Figure BDA00020018781100000517
中对应元素依次进行如下运算，
如果
Figure BDA00020018781100000518
则
首先判断，如果
Figure BDA00020018781100000519
那么将对应低位数值数据加128，即
Figure BDA00020018781100000520
然后判断，如果
Figure BDA00020018781100000521
且
Figure BDA00020018781100000522
那么在字符序列PP中添加1个空格，即PP＝[PP,”]；否则利用native2unicode(·)函数将数值数据
Figure BDA00020018781100000523
转换为单个汉字，并添加到字符序列PP中，即
Figure BDA00020018781100000524
如果
Figure BDA0002001878110000061
则
首先判断，如果
Figure BDA0002001878110000062
那么将对应低位数值数据减128，即
Figure BDA0002001878110000063
然后利用char(·)函数将数值数据
Figure BDA0002001878110000064
转换为单个ASCII码字符，并添加到字符序列PP中，即
Figure BDA0002001878110000065
有益效果：本发明根据外部加密密钥以及与待加密字符串相关的混沌系统初值、参数、初始迭代步数和抽取间隔等数据，利用混沌系统所产生混沌序列排序前、后的位置变化规则，将某段字符串转化成数值序列并进行置乱以生成密文，从而保证了字符串加密与解密的安全性和可行性。
附图说明
图1为本发明的一种字符串的加密、解密流程示意图。
具体实施方式
如图1所示的一种字符串的加密方法，包括如下几个步骤：
(1)转码：将某段字符串逐个字符转换为数值型数据，其中字符串包括，除空格以外的可显示ASCII码字符，以及GB2312字符集中双字节编码的6763个汉字；逐个字符转换为数值型数据，是指采用unicode2native(·)函数，将单个汉字转换为区位码数值数据，表示为[区数值数据,位数值数据]，或将可显示ASCII码字符转换为ASCII码数值数据，表示为[0,ASCII码数值数据]，都可以用数据[Pi1,Pi2]表示，相应的数据组合得到高位数值序列P1＝{P11,P21,...,Pi1,....,PL1}和低位数值序列P2＝{P12,P22,...,Pi2,....,PL2}，数值序列P1、P2的长度与该段字符串的长度一致，记为L，
(2)产生混沌序列：
首先利用外部加密密钥(α、β)，按照如下所示公式分别计算得到混沌系统的初值(x1)、参数(μ)、初始迭代步数(m)和抽取间隔(n1、n2)，
令
Figure BDA0002001878110000066
则
x1＝mod(kp1+α,0.99999)+0.00001，
μ＝β+mod(kp1,4-β)，
Figure BDA0002001878110000071
Figure BDA0002001878110000072
Figure BDA0002001878110000073
其中，α∈(0,1)，β∈[3.75,4)，从而保证x1∈(0,1)，μ∈[3.75,4)，m∈[419,479]的整数，n1∈[1,23]的整数，n2∈[1,29]的整数，可见混沌系统的初值(x1)、参数(μ)、初始迭代步数(m)和抽取间隔(n1、n2)不仅与外部密钥α、β有关，而且会随着待加密的该段字符串变化；
然后由初值x1和参数μ，对如下公式所示的Logistic混沌系统进行迭代，k表示迭代次数(k＝1,2,...)，xk+1表示第k次迭代得到的混沌信号，
xk+1＝μ×xk×(1-xk)
得到混沌序列X，从第m个元素开始每隔n1个元素取1个，从而形成长度为L的混沌序列Y，并从第m个元素开始每隔n2个元素取1个，从而形成长度为L的混沌序列Z；
(3)高位、低位数值序列置乱：
将混沌序列Y按升序排序，根据序列Y排序前、后的位置变化置乱规则，对高位数值序列P1＝{P11,P21,...,Pi1,....,PL1}进行置乱，得到置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000074
同时将混沌序列Z按升序排序，根据序列Z排序前、后的位置变化置乱规则，对低位数值序列P2＝{P12,P22,...,Pi2,....,PL2}进行置乱，得到置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000075
(4)转码：设定一个空字符序列C，将置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000076
和置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000077
中各对应元素依次进行数值与字符的转换，具体转换关系表述如下，
如果
Figure BDA0002001878110000078
首先判断，如果
Figure BDA0002001878110000079
那么将对应低位数值数据加128，即
Figure BDA00020018781100000710
然后判断，如果
Figure BDA00020018781100000711
且
Figure BDA00020018781100000712
那么在字符序列C中添加1个空格，即C＝[C,”]，并设
Figure BDA0002001878110000081
接着利用native2unicode(·)函数将数值数据
Figure BDA0002001878110000082
转换为单个汉字，并添加到字符序列C中，即
Figure BDA0002001878110000083
如果
Figure BDA0002001878110000084
首先判断，如果
Figure BDA0002001878110000085
那么将对应低位数值数据减128，即
Figure BDA0002001878110000086
然后利用char(·)函数将数值数据
Figure BDA0002001878110000087
转换为单个ASCII码字符，并添加到字符序列C中，即
Figure BDA0002001878110000088
从而得到字符串密文C，即为该段字符串的加密密文，其中字符串密文C的长度为
Figure BDA0002001878110000089
且
Figure BDA00020018781100000810
如图1所示，一种字符串的解密方法，包括如下几个步骤：
(1)转码：将某段待解密字符串密文
Figure BDA00020018781100000811
逐个字符转换成数值型数据，得到高位数值序列
Figure BDA00020018781100000812
和低位数值序列
Figure BDA00020018781100000813
具体转换关系表述如下：
首先将某段待解密字符串密文
Figure BDA00020018781100000814
中逐个字符转换为数值数据，即采用unicode2native(·)函数，将单个汉字转换为区位码数值数据，表示为[区数值数据,位数值数据]，或将可显示ASCII码字符转换为ASCII码数值数据，表示为[0,ASCII码数值数据]，都可用数据[Ri1,Ri2]表示；
然后将各个数值型数据[Ri1,Ri2]对应组合
Figure BDA00020018781100000815
得到高位数值序列
Figure BDA00020018781100000816
和低位数值序列
Figure BDA00020018781100000817
接着逐个检查低位数值序列R2中是否有Ri2＝32的元素，如果是，则将对应高位数值序列R1中后一元素Ri+1 1数值加1，并删除该数值为32的元素Ri2和对应高位数值序列R1中的元素Ri1；
最后得到高位数值序列
Figure BDA00020018781100000818
和低位数值序列
Figure BDA00020018781100000819
其中数值序列R1、R2的长度为
Figure BDA00020018781100000820
某段待解密字符串密文的长度为
Figure BDA00020018781100000821
(2)产生混沌序列：
首先利用外部解密密钥
Figure BDA00020018781100000822
按照如下所示公式分别计算得到混沌系统的初值
Figure BDA00020018781100000823
参数
Figure BDA0002001878110000091
初始迭代步数
Figure BDA0002001878110000092
和抽取间隔
Figure BDA0002001878110000093
令
Figure BDA0002001878110000094
则
Figure BDA0002001878110000095
Figure BDA00020018781100000939
Figure BDA0002001878110000096
Figure BDA0002001878110000097
Figure BDA0002001878110000098
其中，
Figure BDA0002001878110000099
从而保证
Figure BDA00020018781100000910
的整数，
Figure BDA00020018781100000911
的整数，
Figure BDA00020018781100000912
的整数，可见混沌系统的初值
Figure BDA00020018781100000913
参数
Figure BDA00020018781100000914
初始迭代步数
Figure BDA00020018781100000915
和抽取间隔
Figure BDA00020018781100000916
不仅与外部密钥
Figure BDA00020018781100000917
有关，而且会随着待解密字符串密文变化；
然后由初值
Figure BDA00020018781100000918
和参数
Figure BDA00020018781100000919
对如下公式所示的Logistic混沌系统进行迭代，k表示迭代次数(k＝1,2,...)，
Figure BDA00020018781100000920
表示第k次迭代得到的混沌信号，
Figure BDA00020018781100000921
得到混沌序列
Figure BDA00020018781100000922
从第
Figure BDA00020018781100000923
个元素开始每隔
Figure BDA00020018781100000924
个元素取1个，从而形成长度为
Figure BDA00020018781100000925
的混沌序列
Figure BDA00020018781100000926
并从第
Figure BDA00020018781100000927
个元素开始每隔
Figure BDA00020018781100000928
个元素取1个，从而形成长度为
Figure BDA00020018781100000929
的混沌序列
Figure BDA00020018781100000930
(3)高位、低位数值序列反置乱：
将混沌序列
Figure BDA00020018781100000931
按升序排序，根据序列
Figure BDA00020018781100000932
排序前、后的位置变化置乱规则，对高位数值序列
Figure BDA00020018781100000933
进行反置乱，得到反置乱后的高位数值序列
Figure BDA00020018781100000934
同时将混沌序列
Figure BDA00020018781100000935
按升序排序，根据序列
Figure BDA00020018781100000936
排序前、后的位置变化置乱规则，对低位数值序列
Figure BDA00020018781100000937
进行反置乱，得到反置乱后的低位数值序列
Figure BDA00020018781100000938
(4)转码：设定一个空字符串PP，将反置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000101
和反置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000102
中对应元素依次进行数值与字符的转换，具体转换关系表述如下，
如果
Figure BDA0002001878110000103
则
首先判断，如果
Figure BDA0002001878110000104
那么将对应低位数值数据加128，即
Figure BDA0002001878110000105
然后判断，如果
Figure BDA0002001878110000106
且
Figure BDA0002001878110000107
那么在字符序列PP中添加1个空格，即PP＝[PP,”]；否则利用native2unicode(·)函数将数值数据
Figure BDA0002001878110000108
转换为单个汉字，并添加到字符序列PP中，即
Figure BDA0002001878110000109
如果
Figure BDA00020018781100001010
则
首先判断，如果
Figure BDA00020018781100001011
那么将对应低位数值数据减128，即
Figure BDA00020018781100001012
然后利用char(·)函数将数值数据
Figure BDA00020018781100001013
转换为单个ASCII码字符，并添加到字符序列PP中，即
Figure BDA00020018781100001014
从而得到字符序列PP，即为该段密文解密后恢复的字符串，其中字符序列PP的长度为
Figure BDA00020018781100001015
且
Figure BDA00020018781100001016
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
按照上述具体实施方式中一种字符串的加密方法，步骤如下：
(1)将某段字符串“字符串加解密111aaa”逐个转换成数值型数据，得到高位数值序列P1＝{215,183,180,188,189,195,0,0,0,0,0,0}和低位数值序列P2＝{214,251,174,211,226,220,49,49,49,97,97,97}，其中数值序列P1、P2的长度与该段字符串的长度一致，记为L＝12；
(2)首先利用外部加密密钥(α＝0.12345、β＝3.75)，根据上述具体实施方式中一种字符串的加密方法步骤(2)中公式进行计算，得到混沌系统的初值(x1)、参数(μ)、初始迭代步数(m)和抽取间隔(n1、n2)为，
令
Figure BDA00020018781100001017
则
x1＝mod(0.305555555555556+0.12345,0.99999)+0.00001＝0.429015555555556，
μ＝3.75+mod(0.305555555555556,0.25)＝3.805555555555555，
m＝419+21＝440，
n1＝22+1＝23，
n2＝13+1＝14，
然后由初值x1和参数μ对上述具体实施方式中一种字符串的加密方法步骤(2)中所示的Logistic混沌系统进行迭代，得到混沌序列X，从第440个元素开始每隔23个元素取1个，从而形成长度为L＝12的混沌序列Y＝{0.890583241596402,0.913694386774153,0.542383620002776,0.905749750780190,0.674379516544880,0.792993406641482,0.306351378857341,0.941235153403690,0.860601448837542,0.764777723972489,0.346631613465010,0.745359933400717}，并从第440个元素开始每隔14个元素取1个，从而形成长度为L＝12的混沌序列Z＝{0.890583241596402,0.505965297861060,0.327322707741922,0.934467507852149,0.612320360285809,0.324869392906346,0.556736338535452,0.933706949497245,0.272806232285981,0.205161375648756,0.588779639402925,0.178515911060263}；
(3)混沌序列Y按升序排序，根据序列Y排序前、后的位置变化置乱规则{7,11,3,5,12,10,6,9,1,4,2,8}，对高位数值序列P1＝{215,183,180,188,189,195,0,0,0,0,0,0}进行置乱，得到置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000111
同时将混沌序列Z按升序排序，根据序列Z排序前、后的位置变化置乱规则{12,10,9,6,3,2,7,11,5,1,8,4}，对低位数值序列P2＝{214,251,174,211,226,220,49,49,49,97,97,97}进行置乱，得到置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000112
(4)将置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000113
和置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000114
进行数值与字符的转换，得到字符串密文C，即为该段字符串的加密密文为“aa幢杰.{帽a租贾繁S”。
按照上述具体实施方式中一种字符串的解密方法，步骤如下：
(1)将某段待解密密文“aa幢杰.{帽a租贾繁S”逐个转换成数值型数据，得到高位数值序列R1＝{0,0,180,189,0,0,195,0,215,188,183,0}和低位数值序列R2＝{97,97,177,220,46,123,177,97,226,214,177,83}，其中数值序列R1、R2的长度为
Figure BDA0002001878110000115
(2)首先利用外部解密密钥
Figure BDA0002001878110000121
根据上述具体实施方式中一种字符串的解密方法步骤(2)中公式进行计算，得到混沌系统的初值
Figure BDA0002001878110000122
参数
Figure BDA0002001878110000123
初始迭代步数
Figure BDA0002001878110000124
和抽取间隔
Figure BDA0002001878110000125
为，
令
Figure BDA0002001878110000126
则
Figure BDA0002001878110000127
Figure BDA0002001878110000128
Figure BDA0002001878110000129
Figure BDA00020018781100001210
Figure BDA00020018781100001211
然后由初值
Figure BDA00020018781100001212
和参数
Figure BDA00020018781100001213
对上述具体实施方式中一种字符串的解密方法步骤(2)中所示的Logistic混沌系统进行迭代，得到混沌序列
Figure BDA00020018781100001214
从第440个元素开始每隔23个元素取1个，从而形成长度为
Figure BDA00020018781100001215
的混沌序列
Figure BDA00020018781100001216
0.913694386774153,0.542383620002776,0.905749750780190,0.674379516544880,0.792993406641482,0.306351378857341,0.941235153403690,0.860601448837542,0.764777723972489,0.346631613465010,0.745359933400717}，并从第440个元素开始每隔14个元素取1个，从而形成长度为
Figure BDA00020018781100001224
的混沌序列
Figure BDA00020018781100001217
0.505965297861060,0.327322707741922,0.934467507852149,0.612320360285809,0.324869392906346,0.556736338535452,0.933706949497245,0.272806232285981,0.205161375648756,0.588779639402925,0.178515911060263}；
(3)将混沌序列
Figure BDA00020018781100001218
按升序排序，根据序列
Figure BDA00020018781100001219
排序前、后的位置变化置乱规则{7,11,3,5,12,10,6,9,1,4,2,8}，对高位数值序列R1＝{0,0,180,189,0,0,195,0,215,188,183,0}进行反置乱，得到反置乱后的高位数值序列
Figure BDA00020018781100001220
同时将混沌序列
Figure BDA00020018781100001221
按升序排序，根据序列
Figure BDA00020018781100001222
排序前、后的位置变化置乱规则{12,10,9,6,3,2,7,11,5,1,8,4}，对低位数值序列R2＝{97,97,177,220,46,123,177,97,226,214,177,83}进行反置乱，得到反置乱后的低位数值序列
Figure BDA00020018781100001223
(4)将反置乱后的高位数值序列
Figure BDA0002001878110000131
和反置乱后的低位数值序列
Figure BDA0002001878110000132
进行数值与字符的转换，得到字符序列PP，即为该段密文解密后恢复的字符串为“字符串加解密111aaa”。
实施例2
按照上述一种字符串的加密方法，某段待加密字符串为“字符串加解密111aaa”，一种字符串的加密步骤与具体实施例1相似，仅外部加密密钥发生细微变化：α＝0.12345000000001；或β＝3.75000000000001，字符串加密结果如表1所示。由表1可知，外部加密密钥的细微变化会引起字符串加密密文发生很大的变化，由此可见本专利所提一种字符串的加密方法对外部加密密钥具有敏感性。
表1外部加密密钥发生微变时，字符串加密结果
Figure BDA0002001878110000133
实施例3
按上述一种字符串的加密方法，其加密步骤与具体实施例1相似，仅某段待加密字符串(“字符串加解密111aaa”)发生细微变化：“子符串加解密111aaa”；或“字符川加解密111aaa”；或“字符串加解蜜111aaa”；或“字符串加解密211aaa”；或“字符串加解密110aaa”；或“字符串加解密111aac”，字符串加密结果如表2所示。由表2可见：待加密字符串平文信息的细微变化会引起加密密文的“面目全非”,由此可见本专利所提一种字符串加密方法对待加密字符串的平文信息具有敏感性。
表2待加密字符串发生微变时，字符串加密结果
Figure BDA0002001878110000141
Figure BDA0002001878110000151
由上述具体实施例2、3分析可知，本专利所提一种字符串加密方法所生成的字符串密文不仅与外部加密密钥密切相关，而且依赖于待加密字符串平文信息，因此本专利所提一种字符串加密方法可抵抗已知/选择明文攻击，具有很强的安全性。
实施例4
按照上述一种字符串的解密方法，某段待解密密文为“aa幢杰.{帽a租贾繁S”，一种字符串的解密步骤与具体实施例1相似，仅外部解密密钥发生细微变化：
Figure BDA0002001878110000152
或
Figure BDA0002001878110000153
字符串密文解密结果如表3所示。由表3可知，外部解密密钥的细微变化会引起密文解密结果发生很大的变化，恢复出的字符串将是无用信息，由此可见本专利所提一种字符串的解密方法对外部解密密钥具有敏感性。
表3外部解密密钥发生微变时，密文解密结果
Figure BDA0002001878110000154
Figure BDA0002001878110000161
实施例5
按照上述一种字符串的解密方法，其解密步骤与具体实施例1相似，仅某段待解密字符串密文(“aa幢杰.{帽a租贾繁S”)发生细微变化：“ba幢杰.{帽a租贾繁S”；或“aa撞杰.{帽a租贾繁S”；或“aa幢杰,{帽a租贾繁S”；或“aa幢杰.{帽a阻贾繁S”；或“aa幢杰.{帽a租贾烦S”；或“aa幢杰.{帽a租贾繁s”，字符串解密结果如表4所示。由表4可知，待解密字符串密文的细微变化会引起密文解密结果发生很大的变化，难以恢复出原始的字符串，由此可见本专利所提一种字符串解密方法可抵抗唯密文攻击。
表4待解密字符串密文发生微变时，密文解密结果
Figure BDA0002001878110000162
Figure BDA0002001878110000171

Claims (6)

1.一种字符串的加密方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
(1)转码：将某段字符串逐个字符转换为数值型数据，得到高位数值序列P1＝{P11,P21,...,Pi1,....,PL1}和低位数值序列P2＝{P12,P22,...,Pi2,....,PL2}，其中数值序列P1、P2的长度与该段字符串的长度一致，记为L；
(2)产生混沌序列：
首先利用外部加密密钥(α、β)，按照如下所示公式分别计算得到混沌系统的初值x1、参数μ、初始迭代步数m和抽取间隔n1、n2，
令
Figure FDA0003392967930000011
则
x1＝mod(kp1+α,0.99999)+0.00001，
μ＝β+mod(kp1,4-β)，
Figure FDA0003392967930000012
Figure FDA0003392967930000013
Figure FDA0003392967930000014
其中，α∈(0,1)，β∈[3.75,4)，从而保证x1∈(0,1)，μ∈[3.75,4)，m∈[419,479]的整数，n1∈[1,23]的整数，n2∈[1,29]的整数，可见混沌系统的初值x1、参数μ、初始迭代步数m和抽取间n1、n2不仅与外部密钥α、β有关，而且会随着该段待加密的字符串变化；
然后由初值x1和参数μ，对如下公式所示的Logistic混沌系统进行迭代，k表示迭代次数，xk+1表示第k次迭代得到的混沌信号，k＝1,2,...，
xk+1＝μ×xk×(1-xk)
得到混沌序列X，从第m个元素开始每隔n1个元素取1个，从而形成长度为L的混沌序列Y，并从第m个元素开始每隔n2个元素取1个，从而形成长度为L的混沌序列Z；
(3)高位、低位数值序列置乱：
将混沌序列Y按升序排序，根据序列Y排序前、后的位置变化置乱规则，对高位数值序列P1＝{P11,P21,...,Pi1,....,PL1}进行置乱，得到置乱后的高位数值序列
Figure FDA0003392967930000015
同时将混沌序列Z按升序排序，根据序列Z排序前、后的位置变化置乱规则，对低位数值序列P2＝{P12,P22,...,Pi2,....,PL2}进行置乱，得到置乱后的低位数值序列
Figure FDA0003392967930000021
(4)转码：将置乱后的高位数值序列
Figure FDA0003392967930000022
和置乱后的低位数值序列
Figure FDA0003392967930000023
进行数值与字符的转换，得到字符串密文C，即为该段字符串的加密密文，其中字符串密文C的长度为
Figure FDA0003392967930000024
且
Figure FDA0003392967930000025
2.根据权利要求1所述的一种字符串的加密方法，其特征在于：步骤(1)中所述的将某段字符串逐个字符转换为数值型数据，其中某段字符串包括，除空格以外的可显示ASCII码字符，以及GB2312字符集中双字节编码的6763个汉字；逐个字符转换为数值型数据，是指采用unicode2native(·)函数，将单个汉字转换为区位码数值数据，表示为[区数值数据，位数值数据]，或将可显示ASCII码字符转换为ASCII码数值数据，表示为[0，ASCII码数值数据]，都可以用数据[Pi1，Pi2]表示，相应的数据组合得到高位数值序列P1＝{P11,P21,...,Pi1,....,PL1}和低位数值序列P2＝{P12,P22,...,Pi2,....,PL2}。
3.根据权利要求1所述的一种字符串的加密方法，其特征在于：步骤(4)中所述的将置乱后的高位数值序列
Figure FDA0003392967930000026
和置乱后的低位数值序列
Figure FDA0003392967930000027
进行数值与字符的转换，其转换关系表述如下：
设定一个空字符序列C，将置乱后的高位数值序列
Figure FDA0003392967930000028
和置乱后的低位数值序列
Figure FDA0003392967930000029
中各对应元素依次进行如下运算，
如果
Figure FDA00033929679300000210
则
首先判断，如果
Figure FDA00033929679300000211
那么将对应低位数值数据加128，即
Figure FDA00033929679300000212
然后判断，如果
Figure FDA00033929679300000213
且
Figure FDA00033929679300000214
那么在字符序列C中添加1个空格，即C＝[C,'']，并设
Figure FDA00033929679300000215
接着利用native2unicode(·)函数将数值数据
Figure FDA00033929679300000216
转换为单个汉字，并添加到字符序列C中，即
Figure FDA00033929679300000217
如果
Figure FDA00033929679300000218
则
首先判断，如果
Figure FDA0003392967930000031
那么将对应低位数值数据减128，即
Figure FDA0003392967930000032
然后利用char(·)函数将数值数据
Figure FDA0003392967930000033
转换为单个ASCII码字符，并添加到字符序列C中，即
Figure FDA0003392967930000034
4.一种字符串的解密方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
(1)转码：将某段待解密字符串密文
Figure FDA0003392967930000035
逐个字符转换成数值型数据，得到高位数值序列
Figure FDA0003392967930000036
和低位数值序列
Figure FDA0003392967930000037
其中数值序列R1、R2的长度为
Figure FDA0003392967930000038
某段待解密字符串密文的长度为
Figure FDA0003392967930000039
(2)产生混沌序列：
首先利用外部解密密钥
Figure FDA00033929679300000310
按照如下所示公式分别计算得到混沌系统的初值
Figure FDA00033929679300000311
参数
Figure FDA00033929679300000312
初始迭代步数
Figure FDA00033929679300000313
和抽取间隔
Figure FDA00033929679300000314
令
Figure FDA00033929679300000315
则
Figure FDA00033929679300000316
Figure FDA00033929679300000317
Figure FDA00033929679300000318
Figure FDA00033929679300000319
Figure FDA00033929679300000320
其中，
Figure FDA00033929679300000321
从而保证
Figure FDA00033929679300000322
的整数，
Figure FDA00033929679300000323
的整数，
Figure FDA00033929679300000324
的整数，可见混沌系统的初值
Figure FDA00033929679300000325
参数
Figure FDA00033929679300000326
初始迭代步数
Figure FDA00033929679300000327
和抽取间隔
Figure FDA00033929679300000328
不仅与外部密钥
Figure FDA00033929679300000329
有关，而且会随着待解密字符串密文变化；
然后由初值
Figure FDA00033929679300000330
和参数
Figure FDA00033929679300000331
对如下公式所示的Logistic混沌系统进行迭代，k表示迭代次数，
Figure FDA00033929679300000332
表示第k次迭代得到的混沌信号，k＝1,2,...，
Figure FDA00033929679300000333
得到混沌序列
Figure FDA00033929679300000334
从第
Figure FDA00033929679300000335
个元素开始每隔
Figure FDA00033929679300000336
个元素取1个，从而形成长度为
Figure FDA00033929679300000337
的混沌序列
Figure FDA00033929679300000338
并从第
Figure FDA0003392967930000041
个元素开始每隔
Figure FDA0003392967930000042
个元素取1个，从而形成长度为
Figure FDA0003392967930000043
的混沌序列
Figure FDA0003392967930000044
(3)高位、低位数值序列反置乱：
将混沌序列
Figure FDA0003392967930000045
按升序排序，根据序列
Figure FDA0003392967930000046
排序前、后的位置变化置乱规则，对高位数值序列
Figure FDA0003392967930000047
进行反置乱，得到反置乱后的高位数值序列
Figure FDA0003392967930000048
同时将混沌序列
Figure FDA0003392967930000049
按升序排序，根据序列
Figure FDA00033929679300000410
排序前、后的位置变化置乱规则，对低位数值序列
Figure FDA00033929679300000411
进行反置乱，得到反置乱后的低位数值序列
Figure FDA00033929679300000412
(4)转码：将反置乱后的高位数值序列
Figure FDA00033929679300000413
和反置乱后的低位数值序列
Figure FDA00033929679300000414
进行数值与字符的转换，得到字符序列PP，即为该段密文解密后恢复的字符串，其中字符序列PP的长度为
Figure FDA00033929679300000415
5.根据权利要求4所述的一种字符串的解密方法，其特征在于：步骤(1)中所述的将某段待解密字符串密文
Figure FDA00033929679300000416
逐个字符转换成数值型数据，得到高位数值序列
Figure FDA00033929679300000417
和低位数值序列
Figure FDA00033929679300000418
其转换关系表述如下：
首先将某段待解密字符串密文
Figure FDA00033929679300000419
中逐个字符转换为数值数据，即采用unicode2native(·)函数，将单个汉字转换为区位码数值数据，表示为[区数值数据，位数值数据]，或将可显示ASCII码字符转换为ASCII码数值数据，表示为[0，ASCII码数值数据]，都可用数据[Ri1，Ri2]表示；
然后将各个数值型数据[Ri1,Ri2]对应组合
Figure FDA00033929679300000420
得到高位数值序列
Figure FDA00033929679300000421
和低位数值序列
Figure FDA00033929679300000422
接着逐个检查低位数值序列R2中是否有Ri2＝32的元素，如果是，则将对应高位数值序列R1中后一元素Ri+11数值加1，并删除该数值为32的元素Ri2和对应高位数值序列R1中的元素Ri1；
最后得到高位数值序列
Figure FDA00033929679300000423
和低位数值序列
Figure FDA00033929679300000424
6.根据权利要求4所述的一种字符串的解密方法，其特征在于：步骤(4)中所述的将反置乱后的高位数值序列
Figure FDA00033929679300000425
和反置乱后的低位数值序列
Figure FDA00033929679300000426
进行数值与字符的转换，其转换关系表述如下：
设定一个空字符序列PP，将反置乱后的高位数值序列
Figure FDA0003392967930000051
和反置乱后的低位数值序列
Figure FDA0003392967930000052
中对应元素依次进行如下运算，
如果
Figure FDA0003392967930000053
则
首先判断，如果
Figure FDA0003392967930000054
那么将对应低位数值数据加128，即
Figure FDA0003392967930000055
然后判断，如果
Figure FDA0003392967930000056
且
Figure FDA0003392967930000057
那么在字符序列PP中添加1个空格，即PP＝[PP,'']；否则利用native2unicode(·)函数将数值数据
Figure FDA0003392967930000058
转换为单个汉字，并添加到字符序列PP中，即
Figure FDA0003392967930000059
如果
Figure FDA00033929679300000510
则
首先判断，如果
Figure FDA00033929679300000511
那么将对应低位数值数据减128，即
Figure FDA00033929679300000512
然后利用char(·)函数将数值数据
Figure FDA00033929679300000513
转换为单个ASCII码字符，并添加到字符序列PP中，即
Figure FDA00033929679300000514
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