CN111654362A - Wep加密算法的改进方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种WEP加密算法的改进方法，首先获取初始化时的系统参数，并通知接收端；然后获取由1‑20共20个数字随机排列组合组成的传送顺序组合，并按照所述传送顺序组合，利用BCD编码将获取的初值进行编码后进行传送；其次，将所述系统参数和所述初值进行混沌映射和信号变换，得到一个长度为64位的二进制随机序列；接着将所述二进制随机序列送入RC4算法对明文进行加密，并结合所述初值一起传送至所述接收端，当所述接收端接收到所述初值后，利用所述传送顺序组合将所述初值进行恢复，并结合所述系统参数生成种子秘钥，送入RC4算法进行解密，恢复明文，提高算法安全性。

Description

WEP加密算法的改进方法
技术领域
本发明涉及数据加密技术领域，尤其涉及一种WEP加密算法的改进方法。
背景技术
WEP(Wired Equivalent Privacy)，有线等效保密协议是802.11标准制定的最基本的无线安全加密措施，用于在无线局域网中保护链路层数据安全，WEP算法是基于RC4的加密算法，RC4是流密码，该算法的特点是算法简单，密钥长度是可变的，运行速度快，为了确保数据包在传输过程中未被修改，它在数据包中使用了一个完整性检查(IC)的字段。为了避免使用相同的密钥流对两份明文进行加密，一个初始化向量(IV)被用来与共享的短密钥一起，针对每个数据包产生不同的RC4密钥，在WEP算法中IV明文传送，传输中会被截获，IV只有24bit，导致秘钥冲突(秘钥重复使用)时间短只有5个小时甚至更少，而秘钥的重复使用，使得RC4算法加密的信息容易通过统计分析破译，降低算法的安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种WEP加密算法的改进方法，提高算法的安全性。
为实现上述目的，本发明提供了一种WEP加密算法的改进方法，包括：
获取系统参数，并通知接收端；
按照获取的传送顺序组合，利用BCD编码将初值进行传送；
对所述系统参数和所述初值进行混沌映射和信号变换，得到二进制随机序列；
利用秘钥序列对明文加密后，结合所述初值传送至所述接收端；
根据所述传送顺序组合和所述二进制随机序列进行解密，恢复明文。
其中，所述获取系统参数，并通知接收端，包括：
获取系统初始化时发送端设定的系统参数，且所述系统参数由所选择的混沌映射确定并确保所生成的序列是混沌序列，并通知接收端。
其中，所述按照获取的传送顺序组合，利用BCD编码将初值进行传送，包括：
获取系统初始化时的传送顺序组合，所述传送顺序组合由1-20共20个数字随机排列组合组成。
其中，所述按照获取的传送顺序组合，利用BCD编码将初值进行传送，还包括：
根据加密前的数据随机获取初值，并将所述初值小数点后的位数不足20位的用零填充后，利用BCD编码对所述初值中的数据进行编码，并按照所述传送顺序组合中的顺序传送。
其中，对所述系统参数和所述初值进行混沌映射和信号变换，得到二进制随机序列，包括：
将所述系统参数与所述初值代入设定的混沌映射方程，经过迭代运算后，得到一个长度为64位的混沌序列。
其中，对所述系统参数和所述初值进行混沌映射和信号变换，得到二进制随机序列，还包括：
将所述混沌序列中大于或等于0.5的元素转换为1，将小于0.5的元素转换为0，将所述混沌序列转换为二进制随机序列。
其中，所述利用秘钥序列对明文加密后，结合所述初值传送至所述接收端，包括：
将所述二进制随机序列送入RC4算法得到秘钥序列后，利用所述秘钥序列对明文进行加密，并结合所述初值一起传送至所述接收端。
其中，根据所述传送顺序组合和所述二进制随机序列进行解密，恢复明文，包括：
根据所述传送顺序组合将所述初值恢复后，结合所述系统参数在所述接收端中生成种子秘钥，并送入RC4算法对密文进行解密，恢复明文。
本发明的一种WEP加密算法的改进方法，首先获取初始化时的系统参数，并通知接收端；然后获取由1-20共20个数字随机排列组合组成的传送顺序组合，并按照所述传送顺序组合，利用BCD编码将获取的初值进行编码后进行传送；其次，将所述系统参数和所述初值代入设定混沌映射方程进行混沌映射和信号变换，得到一个长度为64位的二进制随机序列；接着将所述二进制随机序列送入RC4算法对明文进行加密，并结合所述初值一起传送至所述接收端，当所述接收端接收到所述初值后，利用所述传送顺序组合将所述初值进行恢复，并结合所述系统参数生成种子秘钥，送入RC4算法进行解密，恢复明文，提高算法安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明提供的WEP加密算法的改进方法的步骤示意图。
图2是本发明提供的WEP加密算法的改进方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1，本发明提供一种WEP加密算法的改进方法，包括：
S101、获取系统参数，并通知接收端。
具体的，获取系统初始化时发送端设定的系统参数μ，且所述系统参数的取值由所选择的混沌映射确定并确保所生成的序列是混沌序列，为了确保混沌映射(Logistic映射)生成的是混沌序列，所述系统参数μ的取值为3.57＜μ＜4，最好接近4，如μ＝3.9，μ的值可以出厂时设定，并通知接收端。其中，所述混沌映射可以为Logistic映射、Henon映射、Tent映射、Lozi映射等，因为混沌映射方程不同，相应的系统参数不同、初值选择不同，系统参数和初值的选择要确保所得到的序列是混沌序列，由所选择的混沌映射决定，上述参数设置以Logistic映射为例。
S102、按照获取的传送顺序组合，利用BCD编码将初值进行传送。
具体的，获取系统初始化时的传送顺序组合P，所述传送顺序组合P由1-20共20个数字随机排列组合组成，如P＝(3，5，6，8，9，1，13，16，17，20，2，4，12，15，7，10，11，14，19，18)，这里P中的每个元素的内容对应后续的初值X0小数点后的数字的位置，元素的位置代表初值传送的顺序。如P的第一个元素为3，表示初值X0小数点后第3个数在传送初值时是第一个发送数据，同理，P的第二个元素为5，表示初值X0小数点后第5个数在传送初值时是第二个发送数据，通过扰乱初值的各位数值发送顺序，实现初值的安全传送。传送顺序组合P的各个元素经过BCD编码在用户数据加密传送之前发送给接收端，为了保证该参数的安全性，可选择加密方式传输。
根据加密前的数据随机获取初值X0，并将所述初值小数点后的位数不足20位的用零填充，(记X0＝0.W1W2W3…W20，Wi表示初值小数点后的数字，取值在0-9之间且0＜X0＜1)，该初值与每个被加密的数据帧对应，即每次数据帧加密前，随机选择一个初值，初值X0和密文一起传送给接收端，用于在接收端生成和发送端一样的秘钥流对密文解密；利用BCD编码对所述初值X0的小数点后面的数字W1，W2，W3，…W20进行编码，并按照所述传送顺序组合中的顺序传送给接收端，以P＝(3，5，6，8，9，1，13，16，17，20，2，4，12，15，7，10，11，14，19，18)为例，此时初值X0的传送顺序为(W3,W5,W6,W8,W9,W1,W13,W16,W17,W20,W2,W4,W12,W15,W7,W10,W11,W14,W19,W18)。
S103、对所述系统参数和所述初值进行混沌映射和信号变换，得到二进制随机序列。
具体的，将所述系统参数μ与所述初值代入设定的混沌映射方程，如Logistic混沌映射方程，经过迭代运算后，得到一个长度为64位的混沌序列X＝(X1,X2,…,X64)，计算公式为：
Xn+1＝μXn(1-Xn)0＜Xn＜1and 3.57＜μ＜4n＝0,1,2,3,…，63
对上述64位的混沌序列中的每个元素通过以下判决规则，将所述混沌序列中大于或等于0.5的元素转换为1，将小于0.5的元素转换为0，将所述混沌序列转换为二进制随机序列Y，计算公式为：
Figure BDA0002523993620000041
二进制随机序列Y作为种子秘钥替代WEP算法的IV，用于生成安全性能改进的RC4秘钥流。可以通过不同的混沌映射得到算法需要的混沌序列最终得到算法所需要的长为64bit的二进制随机序列，这个随机序列作为新的种子秘钥，能得到安全性更高的RC4秘钥流，提高WEP算法的安全性。
S104、利用秘钥序列对明文加密后，结合所述初值传送至所述接收端。
具体的，将得到的64位二进制随机序列替代原WEP算法的IV，将所述二进制随机序列和共享秘钥一起作为种子秘钥，送入RC4算法得到秘钥序列后，利用所述秘钥序列对明文进行加密生成密文，并结合所述初值一起传送至所述接收端。其中，混沌系统是指在一个确定性系统中，存在着貌似随机的不规则运动，其行为表现为不确定性、不可重复、不可预测，这就是混沌现象。混沌的基本特性是对初值和系统参数极其敏感，利用这个性质很容易产生大量不相关、能再生的随机信号。种子秘钥长度为64bit，经过计算该秘钥长度可实现计算上的秘钥安全，种子秘钥不随密文传输到接收端，避免了传输中秘钥泄露风险，秘钥的恢复取决于混沌映射的初值和系统参数，进一步保证了算法的安全性。
S105、根据所述传送顺序组合和所述二进制随机序列进行解密，恢复明文。
具体的，接收端收到密文后，根据所述传送顺序组合将所述初值重新排序进行恢复后，结合所述系统参数在所述接收端中进行混沌映射和信号变换生成种子秘钥，并送入RC4算法生成秘钥流，对密文进行解密，恢复明文。种子秘钥不通过信道传输，在接收端通过初始化时的系统参数和随加密后的密文一起传送的初值决定，不存在传输中被截获的可能。
本算法的初值传送不是像WEP算法中的IV一样以明文方式传送，在本算法中初值不是直接传送，发送端指定一个20个元素组成的数组确定初值各个数字的发送顺序，这20个元素组成的数组扰乱了初值的各个数字的排序，如果不知道这个数组，即使截获了数据也不能恢复发送端的初值。因为
Figure BDA0002523993620000051
因此，窃听者想通过猜测得到初值的发送顺序数组从而恢复初值很难，并且本算法中每个数据帧加密的初值都不相同，即使破译出了某个初值，不会影响其他数据的安全性。混沌对初值和系统参数极其敏感，不同的混沌映射其系统参数不同，初值选择范围不同，在不知道系统所选择的混沌映射的条件下，即使通过暴力攻击，得到初值的发送顺序数组，也不能正确恢复初值，并且，仅有初值，而不知道所选择的混沌映射，不能生成和发送端一样的混沌序列，不能得到正确的种子秘钥，显然也不能得到加密数据的秘钥，不能对密文解密，数据的安全性得到保障。
本算法的种子秘钥长度为64位，对于一个繁忙的接入点，假设它以11Mbps的速度发送1500字节的数据包，那么种子秘钥的冲突时间为
Figure BDA0002523993620000061
和原WEP算法5个小时的秘钥冲突时间相比，算法的安全性大大提高了。6亿多年的秘钥冲突时间说明本算法的种子秘钥在计算上是安全的。本算法提高了RC4算法的安全性，从而保证了WEP算法的安全性，可用于无线局域网的数据安全加密，此外，本算法改进的是RC4算法的安全性，因此可以用于一切适用RC4算法的场合。
如图2所提供的WEP加密算法的改进方法的流程示意图所示，首先获取初始化时的系统参数，且所述系统参数的取值由所选择的混沌映射确定并确保所生成的序列是混沌序列，并通知接收端；然后获取传送顺序组合，并按照所述传送顺序组合将获取的初值进行传送；其次，将所述系统参数和所述初值进行混沌映射和信号变换，得到一个长度为64位的二进制随机序列；接着将所述二进制随机序列送入RC4算法对明文进行加密，并结合所述初值一起传送至所述接收端，当所述接收端接收到所述初值后，利用所述传送顺序组合将所述初值进行恢复，并结合所述系统参数和所述初值生成种子秘钥，送入RC4算法得到秘钥流进行解密，恢复明文，提高算法安全性。
本发明的一种WEP加密算法的改进方法，以Logistic混沌映射为例，首先获取初始化时的系统参数，所述系统参数的取值在3.57-4范围内，并通知接收端；然后获取由1-20共20个数字随机排列组合组成的传送顺序组合，并按照所述传送顺序组合，利用BCD编码将获取的初值进行编码后进行传送；其次，将所述系统参数和所述初值代入Logistic混沌映射方程，并进行信号变换，得到一个长度为64位的二进制随机序列；接着将所述二进制随机序列作为种子秘钥送入RC4算法对明文进行加密，并结合所述初值一起传送至所述接收端，当所述接收端接收到所述初值后，利用所述传送顺序组合将所述初值进行恢复，并结合所述系统参数生成种子秘钥，送入RC4算法进行解密，恢复明文，提高算法安全性。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种WEP加密算法的改进方法，其特征在于，包括：
获取系统参数，并通知接收端；
按照获取的传送顺序组合，利用BCD编码将初值进行传送；
对所述系统参数和所述初值进行混沌映射和信号变换，得到二进制随机序列；
利用秘钥序列对明文加密后，结合所述初值传送至所述接收端；
根据所述传送顺序组合和所述二进制随机序列进行解密，恢复明文。
2.如权利要求1所述的WEP加密算法的改进方法，其特征在于，所述获取系统参数，并通知接收端，包括：
获取系统初始化时发送端设定的系统参数，且所述系统参数的取值由所选择的混沌映射确定并确保所生成的序列是混沌序列，并通知接收端。
3.如权利要求2所述的WEP加密算法的改进方法，其特征在于，所述按照获取的传送顺序组合，利用BCD编码将初值进行传送，包括：
获取系统初始化时的传送顺序组合，所述传送顺序组合由1-20共20个数字随机排列组合组成。
4.如权利要求3所述的WEP加密算法的改进方法，其特征在于，所述按照获取的传送顺序组合，利用BCD编码将初值进行传送，还包括：
根据加密前的数据随机获取初值，并将所述初值小数点后的位数不足20位的用零填充后，利用BCD编码对所述初值中的数据进行编码，并按照所述传送顺序组合中的顺序传送。
5.如权利要求4所述的WEP加密算法的改进方法，其特征在于，对所述系统参数和所述初值进行混沌映射和信号变换，得到二进制随机序列，包括：
将所述系统参数与所述初值代入设定的混沌映射方程，经过迭代运算后，得到一个长度为64位的混沌序列。
6.如权利要求5所述的WEP加密算法的改进方法，其特征在于，对所述系统参数和所述初值进行混沌映射和信号变换，得到二进制随机序列，还包括：
将所述混沌序列中大于或等于0.5的元素转换为1，将小于0.5的元素转换为0，将所述混沌序列转换为二进制随机序列。
7.如权利要求6所述的WEP加密算法的改进方法，其特征在于，所述利用秘钥序列对明文加密后，结合所述初值传送至所述接收端，包括：
将所述二进制随机序列送入RC4算法得到秘钥序列后，利用所述秘钥序列对明文进行加密，并结合所述初值一起传送至所述接收端。
8.如权利要求7所述的WEP加密算法的改进方法，其特征在于，根据所述传送顺序组合和所述二进制随机序列进行解密，恢复明文，包括：
根据所述传送顺序组合将所述初值恢复后，结合所述系统参数在所述接收端中生成种子秘钥，并送入RC4算法对密文进行解密，恢复明文。
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