CN110661622A - 数据包加密方法及解密方法、数据包发送端及接收端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种数据包加密方法及解密方法、数据包发送端及接收端，涉及数据加密的技术领域。数据包加密方法包括：发送端配置多个加扰多项式序列；在发送端的数据包中设置加密头；所述加密头为从所述多个加扰多项式序列中随机选择的第二加扰多项式序列；对所述数据包加密后输出所述数据包。数据解密方法包括：接收数据包；对接收的数据包中的加密头进行解析；所述加密头为从发送端配置的多个加扰多项式序列中随机选取的第二加扰多项式序列；根据解析后的加密头对所述数据包进行解密。本发明能够提高加密等级，不宜被破解，方法简单，易于实现，加密速度快，加密效果好。
Description
技术领域
本发明涉及数据加密技术领域，尤其是涉及一种数据包加密方法及解密方法、数据包发送端及接收端。
背景技术
随着电子信息技术的高速发展，利用网络传输的数据越来越多，为了保证数据在网络传输中的安全性，需要对数据进行加密。目前，对于视频、音频、网络之类的数据包进行加密时，大多通过产生伪随机序列方法，输入信号与伪随机序列进行异或操作，产生一个伪随机的加密数据包，但是这种方法存在安全度低、容易被攻破的问题。而对于一些较难破解的成熟加密方法，能够解决加密安全度高的问题，但却存在运算速度慢、实现复杂等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据包加密方法及解密方法、数据包发送端及接收端，能够提高加密等级，不宜被破解，方法简单，易于实现，加密速度快，加密效果好。
第一方面，本发明实施例提供一种数据包加密方法，应用于数据包发送端，包括：
在发送端配置多个加扰多项式序列；
在发送端的数据包中设置加密头；所述加密头为从所述多个加扰多项式序列中随机选择的第二加扰多项式序列；
对所述数据包加密后输出所述数据包。
本实施例通过设置加密头，且加密头从多个加扰多项式中随机选择的序列，从而使得加密效果更加的可靠，不易被破解，方法简单，易于实现，加密速度快，加密效果好。
在可选的实施方式中，所述加密头中还包括移位信息，对所述数据包加密后输出所述数据包包括：
根据所述移位信息对设置有加密头的数据包进行移位操作；
输出移位后的数据包。
在可选的实施方式中，所述加密头中还包括从所述多个加扰多项式序列中随机选择所述第一加扰多项式序列的选择信息；所述第一加扰多项式序列为M序列；对所述数据包加密后输出所述数据包包括：
采用第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作；
输出进行异或操作后的数据包。
在可选的实施方式中，还包括：
对数据包中的加密头进行解析；
从所述加密头中确定所述选择信息；
根据所述选择信息从所述多个加扰多项式序列中找出所述第一加扰多项式序列；
根据所述第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作。
第二方面，本发明实施例提供一种数据包解密方法，应用于数据包接收端，包括：
接收数据包；
对接收的数据包中的加密头进行解析；所述加密头为从发送端配置的多个加扰多项式序列中随机选取的第二加扰多项式序列；
根据解析后的加密头对所述数据包进行解密。
本实施例的方法易于解密，解密速度快。
在可选的实施方式中，所述加密头中还包括移位信息，根据解析后的加密头对所述数据包进行解密包括：
从所述加密头中获取所述移位信息；
对所述加密头进行反移位操作。
在可选的实施方式中，所述加密头中还包括从所述多个加扰多项式序列中随机选择所述第一加扰多项式序列的选择信息；所述第一加扰多项式序列为M序列；根据解析后的加密头对所述数据包进行解密包括：
从所述加密头中确定所述选择信息，根据所述选择信息从所述多个加扰多项式序列中找出所述第一加扰多项式序列；
根据所述第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作。
第三方面，本发明实施例提供一种数据包发送端，包括：
配置模块，用于在发送端配置多个加扰多项式序列；
加密头加密模块，用于在发送端的数据包中设置加密头；所述加密头为从所述多个加扰多项式序列中随机选择的第二加扰多项式序列；
输出模块，用于对所述数据包加密后输出所述数据包。
本实施例的数据包发送端，由于设置有加密头加密模块，通过在数据包中设置加密头，加密头尾从多个加扰多项式中随机选择的序列，从而使得加密效果更加的可靠，不易被破解，方法简单，易于实现，加密速度快，加密效果好。
第四方面，本发明实施例提供一种数据包接收端，包括：
接收模块，用于接收数据包；
加密头解析模块，用于对接收的数据包中的加密头进行解析；所述加密头为从发送端配置的多个加扰多项式序列中随机选取的第二加扰多项式序列；
解密模块，用于根据解析后的加密头对所述数据包进行解密。
本实施例的数据包接收端在对数据包进行解密时，方法解密速度快，易于解密。
第五方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述前述实施方式任一项所述的方法的步骤。
第六方面，本发明实施例提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行所述前述实施方式任一所述方法。
本发明提供的数据包加密方法及解密方法、数据包发送端及接收端，通过多个加扰多项式作为基本的加密方式，并引入一个随机序列产生的加密头，将加扰之后的数据再进行其他加密操作，由于采用了从多个加扰多项式序列中随机选择一个作为加密头，本原多项式不易被破解，提高了加密等级，加密效果较好，不易被破解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的数据包加密方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的数据包加密方法的原理图；
图3为本发明实施例提供的数据包解密方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的数据包解密方法的原理图；
图5为本发明实施例提供的数据包发送端的原理图；
图6为本发明实施例提供的数据包接收端的原理图；
图7为本发明实施电子设备的原理图。
图标：51-配置模块；52-加密头加密模块；53-输出模块；61-接收模块；62-加密头解析模块；63-解密模块；700-电子设备；701-通信接口；702-处理器；703-存储器；704-总线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
数据包是一组顺序、大量、快速、连续到达的数据序列，一个数据包可以看作由若干个数组构成。
随着电子信息技术的高速发展，利用网络传输的数据越来越多，为了保证数据在网络传输中的安全性，需要对数据进行加密。而对于视频、音频、网络之类的数据包进行加密时，目前大多采用单一的加扰多项式M序列实现，即用线性反馈移位寄存器的方式，输入信号与加扰多项式M序列进行异或操作，产生一个伪随机的加密数据包，这种方法在安全度低、容易被攻破的问题。而对于一些较难破解的成熟加密方法，虽然能够解决加密安全度高的问题，但却存在运算速度慢、实现复杂等问题。基于此，本发明提出了一种数据包加密方法及解密方法、数据包发送端及接收端，能够提高加密等级，不宜被破解，方法简单，易于实现，加密速度快，加密效果好。下面通过实施例进行详细介绍。
参照图1，一种数据包加密方法，应用于数据包发送端，包括：
步骤S110：在发送端配置多个加扰多项式序列；
步骤S120：在发送端的数据包中设置加密头；所述加密头为从所述多个加扰多项式序列中随机选择的第二加扰多项式序列；
步骤S130：对所述数据包加密后输出所述数据包。
具体地，本实施例中，发送端和接收端均为FPGA芯片。第二加扰多项式系列可以是M序列多项式，也可为其他方式，例如一个递增数据序列，数据翻转序列等等。优选地，本实施例中的第二加扰多项式系列采用M序列多项式，可选用较高阶数的(如32阶)本原多项式。
在设置加密头时，需要为加密头设置初值，该初值可以由外部模块如CPU进行配置，配置的初值为一个随机数据，此初值可以多次配置，多次配置的时间间隔为随意，配置方法为更改其初值，目的是使M序列的加密头更加随机，不易破解，加密效果更好。每个时钟周期产生1个7bit的加密头供后续使用，且每完成一个数据包的加密操作后，更新一次加密头，这样可以保证在长时间内，数据包与包之间的加密头更加随机化。
本实施例通过为数据包设置加密头，即向未加密的数据包中插入一个随机的加密头，然后再将带有加密头的数据包进行其他加密操作后输出，这样转换为一个伪随机加密数据包，加密效果更加可靠，不易破解。
可选地，所述加密头中还包括移位信息，步骤S130包括：
根据所述移位信息对设置有加密头的数据包进行移位操作；
输出移位后的数据包。
具体地，移位信息指移位操作规则，移位操作规则为自定义。移位信息中可以记录所移动的位数。
可选地，所述加密头中还包括从所述多个加扰多项式序列中随机选择所述第一加扰多项式序列的选择信息；所述第一加扰多项式序列为M序列；步骤S130包括：
采用第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作；
输出进行异或操作后的数据包。
具体地，选择信息即为选择规则。例如，从多个加扰多项式序列中选择第二个做为第一加扰多项式序列，那么选择规则中可以记信息“2”。
第一加扰多项式序列为M序列，M序列只有异或与移位逻辑操作，因此在FPGA中较易实现，通过矩阵变换的方式可以将M序列并行化，每次输出16bit，与数据包做异或操作，数据包与M序列异或操作过程中无反馈结构，完全流水化。
优选地，可以在进行移位操作之前进行异或操作，也可以在移位操作之后进行异或操作。下面以首先进行异或操作为例进行进一步的说明。
本实施例在数据处理过程中无反馈和存储结构，因此在FPGA芯片内易实现流水操作，从开始加密到加密结果输出只消耗4个时钟周期，解密过程同样如此。
第一个时钟周期：产生加密头数据，输出一个加密头相位；
第二个时钟周期：加密头存入数据包；
第三个时钟周期：加密头控制选择M序列(M0～Mn)，即第一加扰多项式序列，将第一加扰多项式序列与数据包进行抑或操作；
第四个时钟周期：根据加密头中的移位信息进行移位操作，并输出数据包。
如图2所示，本实施例在具体实施时，具体步骤为：
步骤S210：在发送端配置多个加扰多项式M序列；
例如，在发送端配置4个M多项式初始值，分别为scramble-m1、scramble-m2、scramble-m3、scramble-m4。
步骤S220：在发送端的数据包中设置一个随机序列产生的加密头，加密头为加扰多项式M序列二，加密头中配置加扰多项式M序列选择信息和数据移位信息；
例如，定义加密头encrypt_head，目前协议定义的数据头中有8bit保留字段，现定义为加密头，加密头选项码可通过上位机动态配置，也可以通过FPGA生成实时变化的数值与数据包类型相加获得，定义如表1所示。
表1
步骤S230：加密头的控制字段在发送端所设置的多个加扰多项式M序列中，随机选用一个加扰多项式第一加扰多项式序列(M序列)对数据包进行异或操作。
例如，当加密头(第二加扰多项式序列)encrypt_head[6:5]＝0时，选择scramble-m1(第一加扰多项式序列)当加密头(第二加扰多项式序列)encrypt_head[6:5]＝1时，选择scramble-m2(第一加扰多项式序列)，以此类推，作为此加密数据的加扰多项式M序列，用线性反馈移位寄存器的方式，产生伪随机序列，输入发送端的数据包与伪随机序列进行异或操作，产生一个伪随机的加密数据包。
步骤S240：对加扰后的数据包中的数据进行移位操作，根据不同的移位信息产生不同的移位策略，即将数据包按照32bit(或16bit，8bit)做逻辑移位操作，最终输出加密数据包。
例如，对加扰后的数据包用随机的方式做逻辑移位操作，给定一个32bit的16进制数据数据0x12345678，移位操作规则可以如表2所示。
表2
| encrypt_head[4:0] | 移位前数据 | 移位后数据 |
| 0x0 | 0x12345678 | 0x81234567 |
| 0x1 | 0x12345678 | 0x78123456 |
| 0x2 | 0x12345678 | 0x67812345 |
| 0x3 | 0x12345678 | 0x56781234 |
| 0x4 | 0x12345678 | 0x45678123 |
| 0x5 | 0x12345678 | 0x34567812 |
| 0x6 | 0x12345678 | 0x23456781 |
| ... | 0x12345678 | ... |
| ... | 0x12345678 | ... |
优选地，上述此移位规则是每次移位4bit，在具体实施时，为了加密效果好，可以将移位规则更复杂一些。
可选地，当数据包在发送端进行加密后，还需要在发送端进行解密时，所述方法还包括：
对数据包中的加密头进行解析；
从所述加密头中确定所述选择信息；
根据所述选择信息从所述多个加扰多项式序列中找出所述第一加扰多项式序列；
根据所述第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作。
具体地，本实施例涵盖了这种情况：将发送端看作是一个既可以加密数据包，也可以解密数据包的终端，那便在这种终端上，还可以进行解密操作。
当加密包在异或操作之后(或之前)还进行了移位操作时，且在加密头中还包括移位信息时，所述方法还包括：
从所述加密头中获取所述移位信息；
对所述加密头进行反移位操作。
参照图3，一种数据包解密方法，应用于数据包接收端，包括：
步骤S310：接收数据包；
步骤S320：对接收的数据包中的加密头进行解析；所述加密头为从发送端配置的多个加扰多项式序列中随机选取的第二加扰多项式序列；
步骤S330：根据解析后的加密头对所述数据包进行解密。
具体地，对加密头进行解析即加扰第二加扰多项式序列。
可选地，所述加密头中还包括移位信息，步骤S330包括：
从所述加密头中获取所述移位信息；
对所述加密头进行反移位操作。
可选地，所述加密头中还包括从所述多个加扰多项式序列中随机选择所述第一加扰多项式序列的选择信息；所述第一加扰多项式序列为M序列；步骤S330包括：
从所述加密头中确定所述选择信息，根据所述选择信息从所述多个加扰多项式序列中找出所述第一加扰多项式序列；
根据所述第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作。
具体地，当对进行移位及异或加密的数据包进行解密时，具体步骤如图4所示。
步骤S410：接收端对接收到的已加密数据包的加密头进行解析，即对数据包加扰第二加扰多项式序列；
步骤S420：在第二加扰多项式序列中获取移位操作信息和第一加扰多项式序列的选择信息；
步骤S430：对加密头进行反移位操作，找出所选用的第一加扰多项式序列；
步骤S440：采用第一加扰多项式序列对数据包进行异或操作，完成数据包的解密。
例如，接收端接收已加密的数据包，解析加密头，得到加密头为encrypt_head[6:5]＝0，对encrypt_head[6:5]＝0进行反移位操作，得到所选用的M多项式scramble-m1，对scramble-m1与数据包进行异或操作，完成解密过程。
本实施例的方法首先在加密过程中采用多个加扰多项式M序列，然后在数据包中引入了一个随机序列产生的加密头，在加密头中标定M序列信息以及移位操作信息，然后通过M序列加扰后进行移位操作；相比于现有的通过单一M序列的加密方法容易被破解、而高级加密算法加密速度慢的问题，本实施例的方法基于多个加扰多项式作为基本的加密方式，在多个加扰多项式基础上，引入一个随机序列产生的加密头，将加扰之后的数据再进行移位操作，且根据不同的移位信息产生不同的移位策略，若无法获取移位规则，则无法获取本原多项式，也就无法破解加密数据，即使获取了移位操作规则，还原到移位之前的数据，由于采用了多个M序列，且随机选择，本原多项式不易被破解；加扰算法和移位算法硬件上较容易实现，在高速数据传输中优势明显。本实施例的加密方法不易被破解，提高了加密等级，方法简单，易于实现，加密速度快，加密效果好。
参照图5，一种数据包发送端，包括：
配置模块51，用于在发送端配置多个加扰多项式序列；
加密头加密模块52，用于在发送端的数据包中设置加密头；所述加密头为从所述多个加扰多项式序列中随机选择的第二加扰多项式序列；
输出模块53，用于对所述数据包加密后输出所述数据包。
可选地，所述加密头中还包括移位信息，输出模块53包括：
根据所述移位信息对设置有加密头的数据包进行移位操作；
输出移位后的数据包。
可选地，所述加密头中还包括从所述多个加扰多项式序列中随机选择所述第一加扰多项式序列的选择信息；所述第一加扰多项式序列为M序列；输出模块53包括：
采用第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作；
输出进行异或操作后的数据包。
参照图6，一种数据包接收端，包括：
接收模块61，用于接收数据包；
加密头解析模块62，用于对接收的数据包中的加密头进行解析；所述加密头为从发送端配置的多个加扰多项式序列中随机选取的第二加扰多项式序列；
解密模块63，用于根据解析后的加密头对所述数据包进行解密。
可选地，所述加密头中还包括移位信息，解密模块63包括：
从所述加密头中获取所述移位信息；
对所述加密头进行反移位操作。
可选地，所述加密头中还包括从所述多个加扰多项式序列中随机选择所述第一加扰多项式序列的选择信息；所述第一加扰多项式序列为M序列；解密模块63包括：
从所述加密头中确定所述选择信息，根据所述选择信息从所述多个加扰多项式序列中找出所述第一加扰多项式序列；
根据所述第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作。
参见图7，本发明实施例还提供一种设备，本发明实施例还提供了一种电子设备700，包括通信接口701、处理器702、存储器703以及总线704，处理器702、通信接口701和存储器703通过总线704连接；上述存储器703用于存储支持处理器702执行上述车载网络流式数据优化方法的计算机程序，上述处理器702被配置为用于执行该存储器703中存储的程序。
可选地，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行如上述实施例中的车载网络流式数据优化方法。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种数据包加密方法，应用于数据包发送端，其特征在于，包括：
在发送端配置多个加扰多项式序列；
在发送端的数据包中设置加密头；所述加密头为从所述多个加扰多项式序列中随机选择的第二加扰多项式序列；
对所述数据包加密后输出所述数据包。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加密头中还包括移位信息，对所述数据包加密后输出所述数据包包括：
根据所述移位信息对设置有加密头的数据包进行移位操作；
输出移位后的数据包。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加密头中还包括从所述多个加扰多项式序列中随机选择第一加扰多项式序列的选择信息；所述第一加扰多项式序列为M序列；对所述数据包加密后输出所述数据包包括：
采用第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作；
输出进行异或操作后的数据包。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
对数据包中的加密头进行解析；
从所述加密头中确定所述选择信息；
根据所述选择信息从所述多个加扰多项式序列中找出所述第一加扰多项式序列；
根据所述第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作。
5.一种数据包解密方法，应用于数据包接收端，其特征在于，包括：
接收数据包；
对接收的数据包中的加密头进行解析；所述加密头为从发送端配置的多个加扰多项式序列中随机选取的第二加扰多项式序列；
根据解析后的加密头对所述数据包进行解密。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加密头中还包括移位信息，根据解析后的加密头对所述数据包进行解密包括：
从所述加密头中获取所述移位信息；
对所述加密头进行反移位操作。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加密头中还包括从所述多个加扰多项式序列中随机选择第一加扰多项式序列的选择信息；所述第一加扰多项式序列为M序列；根据解析后的加密头对所述数据包进行解密包括：
从所述加密头中确定所述选择信息；
根据所述选择信息从所述多个加扰多项式序列中找出所述第一加扰多项式序列；
根据所述第一加扰多项式序列对所述数据包进行异或操作。
8.一种数据包发送端，其特征在于，包括：
配置模块，用于在发送端配置多个加扰多项式序列；
加密头加密模块，用于在发送端的数据包中设置加密头；所述加密头为从所述多个加扰多项式序列中随机选择的第二加扰多项式序列；
输出模块，用于对所述数据包加密后输出所述数据包。
9.一种数据包接收端，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收数据包；
加密头解析模块，用于对接收的数据包中的加密头进行解析；所述加密头为从发送端配置的多个加扰多项式序列中随机选取的第二加扰多项式序列；
解密模块，用于根据解析后的加密头对所述数据包进行解密。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
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| CN201910960832.0A CN110661622A (zh) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 数据包加密方法及解密方法、数据包发送端及接收端 |
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| CN201910960832.0A CN110661622A (zh) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 数据包加密方法及解密方法、数据包发送端及接收端 |
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| CN201910960832.0A Pending CN110661622A (zh) | 2019-10-10 | 2019-10-10 | 数据包加密方法及解密方法、数据包发送端及接收端 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114598416A (zh) * | 2020-12-04 | 2022-06-07 | 华为技术有限公司 | 加扰方法、解扰方法、加扰电路及解扰电路 |
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| US5500898A (en) * | 1995-03-31 | 1996-03-19 | Nec Corporation | Scramble communication system multiplexing/demultiplexing scramble generation polynomial |
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-
2019
- 2019-10-10 CN CN201910960832.0A patent/CN110661622A/zh active Pending
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