CN111556004A - 混合式双重网络加密系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双重网络加密系统，包括一发送端装置、以及一接收端装置。该发送端装置依序将数据封包经由第一数据加密器转换为第一加密序列，并经由金氏序列加密器转换为第二加密序列后输出。该接收端装置依序将该第二加密序列经由金氏序列解密器复原为该第一加密序列，并将该第一加密序列经由第一资料解密器复原为该数据封包后传送至该数据目标模块。

Description

混合式双重网络加密系统
技术领域
本发明是有关于一种网络加密系统，特别是指一种双重网络加密系统。
背景技术
进阶加密标准(Advanced Encryption Standard,AES)，在密码学中又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的一种区段加密标准。这个标准用来替代原先的DES，已经被多方分析且广为全世界所使用。截至2006年，针对AES唯一的成功攻击是旁道攻击或社会工程学攻击。美国国家安全局稽核了所有的参与竞选AES的最终入围者，认为他们均能够满足美国政府传递非机密档案的安全需要。
进阶加密标准届今已有过多次破解经历，AES中128位密钥版本有10个加密循环，192位密钥版本有12个加密循环，256位密钥版本则有14个加密循环。至2006年为止，最著名的攻击是针对AES的7次加密循环的128位密钥版本，8次加密循环的192位密钥版本、和9次加密循环的256位密钥版本所作的攻击。随着硬设备的效率增加，估计以暴力攻击法完全破解AES的日子已相去不远。
此外，随着硬设备的持续升级，人工智能现已足以达到商用化层级的阶段。通过硬设备的处理效能以及人工智能的强大计算能力，现今广泛使用的加密标准很有可能经由人工智能通过大量运算的方式破解，例如生成式对抗网络(GAN)。于二次大战时所使用的英格玛(Enigma)密码，现有的人工智能仅需12分50秒便可破解。基于上述的原因，有必要针对现有的加密技术进行改良，降低密码或密钥被破解的风险。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种双重网络加密系统，包括一发送端装置、以及一接收端装置。该发送端装置包括一数据源模块以及一数据加密模块，该数据加密模块由该数据源模块获取至少一数据封包，依序将该数据封包经由第一数据加密器转换为第一加密序列，并经由金氏序列加密器转换为第二加密序列后输出。该接收端装置包括一数据目标模块以及一数据解密模块，该接收端装置由该发送端装置获取至少一该第二加密序列，该数据解密模块依序将该第二加密序列经由金氏序列解密器复原为该第一加密序列，并将该第一加密序列经由第一资料解密器复原为该数据封包后传送至该数据目标模块。
本发明的另一目的，在于提供一种发送端装置，包括一数据源模块以及一数据加密模块，该数据加密模块由该数据源模块获取至少一数据封包，依序将该数据封包经由第一数据加密器转换为第一加密序列，并经由金氏序列加密器转换为第二加密序列后输出。
本发明的另一目的，在于提供一种接收端装置，包括一数据目标模块以及一数据解密模块，该数据解密模块由发送端装置获取至少一第二加密序列，依序将该第二加密序列经由金氏序列解密器复原为第一加密序列，并将该第一加密序列经由第一资料解密器复原为原始数据封包后传送至该数据目标模块。
本发明比起现有技术具有以下优势功效：
1.本发明通过双重加密的方式，可以有效的避免密码及数据被破解的疑虑。
2.本发明通过金氏序列加密器执行二重加密，有效进一步提升输出加密后数据的随机特性，可以有效的增加加密后的加密数据乱度，进一步增加数据的安全性。
附图说明
图1，本发明双重网络加密系统的方块示意图(一)。
图2，本发明双重网络加密系统的方块示意图(二)。
图3，本发明中金氏序列加密器的逻辑运算示意图。
图4，本发明中金氏序列解密器的逻辑运算示意图。
附图标记
100 双重网络加密系统
10 发送端装置
11 数据源模块
12 数据加密模块
121 第一数据加密器
122 金氏序列加密器
20 接收端装置
21 资料目标模块
22 数据解密模块
221 金氏序列解密器
222 第一资料解密器
DA 数据传输层
PK1 数据封包
PK2 原始数据封包
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下。再者，本发明中之图式，为说明方便，其比例未必照实际比例绘制，该等图式及其比例并非用以限制本发明之范围，在此先行叙明。
以下是针对本发明其中一较佳实施例进行说明，请参阅图1，为本发明双重网络加密系统的方块示意图(一)，如图所示：
本实施例主要揭示一种双重网络加密系统100，用于数个装置间相互传输数据时，对该等装置所传输的数据分别进行加密及解密。该等产生数据或接收数据的装置系可以为计算机、服务器、行动装置、物联网装置(例如监视器、电视、云端硬盘、灯具等)、大量制造设备或机台等，于本发明中不予以限制。于本发明中依据讯号的收发关系将该等装置定义为作为数据发送源的发送端装置10、以及对应于该发送端装置10用以接收该发送端装置10数据的接收端装置20。须特别注意的是，本发明并不以发送端装置10仅执行数据加密功能、接收端装置20仅执行数据解密功能为限，具体而言，在此所述的发送端装置10及接收端装置20一般均同时具有加密及解密的功能，以确保数据于双向传输的过程中以彼此的密钥进行加密或解密，在此必须先行叙明。
该发送端装置10及该接收端装置20之间系可以通过有线或无线网络传输数据。于其中一较佳实施例中，该发送端装置10及该接收端装置20之间系可以通过因特网(Internet)传输数据，于本发明中不予以限制。为了完成数据加密、解密及传输的功能，该发送端装置10及该接收端装置20至少应包括处理器、储存单元、通讯单元彼此协同完成相应功能的工作，例如实体线路网卡、无线网卡、蓝芽模块(Bluetooth)、紫蜂模块(Zigbee)等，该等讯号的传输方式及传输接口非属本发明所欲限制的范围。
所述的发送端装置10包括一数据源模块11以及一数据加密模块12。该数据源模块11例如可以为永久内存或暂存内存，用以储存及管理预备传送及加密的数据。该数据加密模块12系可以为执行加密计算处理用的处理器或微处理器，用以对该等数据经由密钥进行加密处理后传送至接收端装置20。
所述的接收端装置20包括一数据目标模块21以及一数据解密模块22。该数据目标模块21与该数据源模块11相同可以为永久内存或暂存内存，用以储存及管理所接收到的数据。该数据解密模块22系可以为执行解密计算处理用的处理器或微处理器，用以将所接收到的加密数据经由对应的密钥进行解密处理后储存至该资料目标模块21。
以下针对本发明的加密及解密方式进行详细的说明，以下请一并参阅图2、图3及图4，系本发明双重网络加密系统的方块示意图(二)、金氏序列加密器的逻辑运算示意图、以及金氏序列解密器的逻辑运算示意图，如图所示：
于发送端装置10加密的部分，该数据加密模块12由该数据源模块11获取至少一数据封包PK1，该数据加密模块12依序将该数据封包PK1经由第一数据加密器121转换为第一加密序列、并经由金氏序列加密器122转换为第二加密序列后输出。在此所述的第一加密序列、第二加密序列可以为一或数个位，不一定限定于两个位以上；意即可以逐一位进行加密处理。
所述的第一数据加密器121是可以通过以下规范对数据进行加密处理，例如进阶加密标准(Advanced Encryption Standard,AES)，于本发明中不予以限制。经由加密处理过后的第一加密序列系传送至该金氏序列加密器122进行加密处理。
如图3所示，所述的金氏序列加密器122主要用以将第一加密序列加密为金氏序列(Gold Code Sequence)后输出。该金氏序列加密器122包括有数个密钥、以及线性反馈移位寄存器(Linear feedback shift register,LFSR)，该密钥包括数个位。以下系举二组密钥的实施例进行说明，在此需特别说明的是，为了增加加密后的资料乱度以及破解难度，可以提供二组以上的密钥分别进行抽头及逻辑处理，于本发明中不予以限制。此外，于本实施例系举23位的密钥作为范例进行说明，然而该密钥的位数非属本发明所欲限制的范围，通过增加密钥的位数可以有效提升数据乱度。
于本实施例中，执行加密时，金氏序列加密器122先经由第一数据加密器121的输出获得第一加密序列。接续，该线性反馈移位寄存器系将第一组密钥的第18位及第23位抽头后进行逻辑运算，并依据运算的结果获得一第一操作数；与此同时，该线性反馈移位寄存器系将第二组密钥的第5位及第17位抽头后进行逻辑运算，并依据运算的结果获得一第二操作数。以上抽头所选择的位及数量可以依据实际需求调整，为了让线性反馈移位寄存器达到最长，该抽头数量应为偶数个。于一较佳实施例中，所述的抽头为两个以上时，系可以交错进行逻辑运算以最终获得第一操作数(第二操作数)。
获得该第一操作数及该第二操作数后，该线性反馈移位寄存器系将该第一操作数堆栈至原第一密钥的第一位、并删除原第一密钥的最后一个位，藉此更新第一密钥；该第二操作数则堆栈至原第二密钥的第一位、并删除原第二密钥的最后一个位，更新第二密钥，以令该第一密钥及该第二密钥保持一定的随机特性。
另一方面，该线性反馈移位寄存器将该数个操作数进行逻辑运算后获得一最终操作数，操作数逻辑运算的次数系依据密钥的数量决定，于本实施例中为两组密钥，计算为一次，若为三组密钥的情况则须计算二次、四组密钥计算三次，以此类推。获得最终操作数后，该线性反馈移位寄存器进一步将该最终操作数与该第一加密序列的第n位进行逻辑运算后以加入该第二加密序列的第n位。于本实施例中，所述的逻辑运算系为互斥或门(ExclusiveOr,XOR)，该最终操作数系为该第一操作数及第二操作数经XOR的结果后获得的输出；该第二加密序列的第n位系为第一加密序列的第n位与该最终操作数经XOR的结果后获得的输出。
以计算式表示，第二加密序列的计算式如下：
Figure BDA0002326680770000061
其中，b’[n]为第二加密序列的第n位，b[n]为第一加密序列的第n位，a1n[18]为第n位转换时第一密钥的第18位，a1n[23]为第n位转换时第一密钥的第23位，a2n[5]为第n位转换时第二密钥的第5位，a2n[17]为第n位转换时第二密钥的第17位。第一密钥更新的计算式如下：
Figure BDA0002326680770000062
a1n+1[x]＝a1n[x-1],x＝2-23；其中a1n+1[1]为更新后的第一密钥第一位的数值，a1n+1[x]为更新后的第一密钥其他位的数值。第二密钥更新的计算式如下：
Figure BDA0002326680770000063
a2n+1[x]＝a2n[x-1],x＝2-23；其中a2n+1[1]为更新后的第二密钥第一位的数值，a2n+1[x]为更新后的第二密钥其他位的数值。
完成加密后的数据，经由数据传输层DA传送至该接收端装置20后必须进行解密的工作。所述的数据传输层DA可以为因特网或局域网络，于本发明中不予以限制。于接收端装置20解密的部分，该接收端装置20由该发送端装置10获取至少一该第二加密序列，该数据解密模块22依序将该第二加密序列经由金氏序列解密器221复原为该第一加密序列、并将该第一加密序列经由第一资料解密器222复原为该数据封包PK1后传送至该数据目标模块21。
如图3所示，所述的金氏序列解密器221主要用以将第二加密序列解译并还原为原始的第一加密序列。该金氏序列解密器221包括有数个密钥(与该金氏序列加密器122对应)、以及一线性反馈移位寄存器(Linear feedback shift register,LFSR)。
执行解密时，金氏序列解密器221先经由发送端装置10获得第二加密序列。接续，与该金氏序列加密器122相同，该线性反馈移位寄存器系将第一组密钥的第18位及第23位抽头后进行逻辑运算，并依据运算的结果获得一第一操作数；与此同时，该线性反馈移位寄存器系将第二组密钥的第5位及第17位抽头后进行逻辑运算，并依据运算的结果获得一第二操作数。以上抽头所选择的位及数量可以依据实际需求调整，为了让线性反馈移位寄存器达到最长，该抽头数量应为偶数个。于一较佳实施例中，所述的抽头为两个以上时，系可以交错进行逻辑运算以最终获得第一操作数(第二操作数)。
获得该第一操作数及该第二操作数后，该线性反馈移位寄存器系将该第一操作数堆栈至原第一密钥的第一位、并删除原第一密钥的最后一个位，藉此更新第一密钥；该第二操作数则堆栈至原第二密钥的第一位、并删除原第二密钥的最后一个位，更新第二密钥，以令该第一密钥及该第二密钥保持一定的随机特性。
需注意，金氏序列解密器221个别密钥的抽头必须与金氏序列加密器122相同，于加密及解密时两组密钥才能同步。获得该操作数后，该线性反馈移位寄存器进一步将该操作数与该第二加密序列的第n位进行逻辑运算后还原为该第一加密序列的第n位。于本实施例中，对应于该数据加密模块12，所述的逻辑运算系为互斥或门(Exclusive Or,XOR)，该最终操作数系为该第一操作数及第二操作数经XOR的结果后获得的输出；原则上金氏序列解密器221最终必须与该金氏序列加密器122执行反向逻辑运算(例如加密器为AND，则解密器必须为NAND)；还原后该第一加密序列的第n位系为第二加密序列的第n位与该最终操作数经XOR的结果后获得的输出。
以计算式表示，第一加密序列还原的计算式如下：
Figure BDA0002326680770000071
其中，b’[n]为第二加密序列的第n位，b[n]为第一加密序列的第n位，a1n[18]为第n位转换时第一密钥的第18位，a1n[23]为第n位转换时第一密钥的第23位，a2n[5]为第n位转换时第二密钥的第5位，a2n[17]为第n位转换时第二密钥的第17位。第一密钥更新的计算式如下：
Figure BDA0002326680770000072
a1n+1[x]＝a1n[x-1],x＝2-23；其中a1n+1[1]为更新后的第一密钥第一位的数值，a1n+1[x]为更新后的第一密钥其他位的数值。第二密钥更新的计算式如下：
Figure BDA0002326680770000081
a2n+1[x]＝a2n[x-1],x＝2-23；其中a2n+1[1]为更新后的第二密钥第一位的数值，a2n+1[x]为更新后的第二密钥其他位的数值。
经由上述计算过程，该金氏序列解密器221最终会获得还原后的该第一加密序列。获得的该第一加密序列经由第一资料解密器222原为原始数据封包PK2后传送至该数据目标模块21，以储存于该数据目标模块。
综上所述，本发明通过双重加密的方式，可以有效的避免密码及数据被破解的疑虑。此外，本发明通过金氏序列加密器执行二重加密，有效的提升输出加密后数据的随机特性，可以有效的增加加密后的加密数据乱度，进一步增加数据的安全性。
以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅惟本发明之一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。

Claims (11)

1.一种双重网络加密系统，其特征在于，包括：一发送端装置，一数据源模块以及一数据加密模块，该数据加密模块由该数据源模块获取至少一数据封包，依序将该数据封包经由第一数据加密器转换为第一加密序列，并经由金氏序列加密器转换为第二加密序列后输出；以及一接收端装置，包括一数据目标模块以及一数据解密模块，该接收端装置由该发送端装置获取至少一该第二加密序列，该数据解密模块依序将该第二加密序列经由金氏序列解密器复原为该第一加密序列，并将该第一加密序列经由第一资料解密器复原为该数据封包后传送至该数据目标模块。
2.如权利要求1所述的双重网络加密系统，其特征在于，该金氏序列加密器包括数个密钥、以及线性反馈移位寄存器，该线性反馈移位寄存器将个别该密钥的复数个位抽头后进行逻辑运算以获得复数个操作数，将该数个操作数进行逻辑运算后获得一最终操作数，并将该最终操作数与该第一加密序列进行逻辑运算后以获得该第二加密序列。
3.如权利要求2所述的双重网络加密系统，其特征在于，该抽头的位数量为偶数个。
4.如权利要求1所述的双重网络加密系统，其特征在于，该金氏序列解密器包括复数个密钥、以及线性反馈移位寄存器，该线性反馈移位寄存器将个别该密钥的数个位抽头后进行逻辑运算以获得数个操作数，该数个操作数进行逻辑运算后获得一最终操作数，并将该最终操作数与该第二加密序列进行逻辑运算后还原获得该第一加密序列。
5.如权利要求4所述的双重网络加密系统，其特征在于，该抽头的位数量为偶数个。
6.一种发送端装置，其特征在于，包括一数据源模块以及一数据加密模块，该数据加密模块由该数据源模块获取至少一数据封包，依序将该数据封包经由第一数据加密器转换为第一加密序列，并经由金氏序列加密器转换为第二加密序列后输出。
7.如权利要求6所述的发送端装置，其特征在于，该金氏序列加密器包括复数个密钥、以及线性反馈移位寄存器，该线性反馈移位寄存器将个别该密钥的复数个位抽头后进行逻辑运算以获得复数个操作数，该复数个操作数进行逻辑运算后获得一最终操作数，并将该最终操作数与该第一加密序列进行逻辑运算后以获得该第二加密序列。
8.如权利要求7所述的发送端装置，其特征在于，该抽头的位数量为偶数个。
9.一种接收端装置，其特征在于，包括一数据目标模块以及一数据解密模块，该数据解密模块由发送端装置获取至少一第二加密序列，依序将该第二加密序列经由金氏序列解密器复原为第一加密序列，并将该第一加密序列经由第一资料解密器复原为原始数据封包后传送至该数据目标模块。
10.如权利要求9所述的接收端装置，其特征在于，该金氏序列解密器包括复数个密钥、以及线性反馈移位寄存器，该线性反馈移位寄存器将个别该密钥的复数个位抽头后进行逻辑运算以获得数个操作数，该数个操作数进行逻辑运算后获得一最终操作数，并将该最终操作数与该第二加密序列进行逻辑运算后还原获得该第一加密序列。
11.如权利要求10所述的接收端装置，其特征在于，该抽头的位数量为偶数个。
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