CN112118088A - 基于md5、aes和dh算法的文件加密方法、装置及存储介质 - Google Patents

基于md5、aes和dh算法的文件加密方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提出基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法、装置及存储介质，其包括以下步骤：在发送方A和接收方B传输文件之前构建发送方的密钥对(dA，QA)和接收方的密钥对(dB，QB)；使用DH算法生成A和B的本地私有共享密钥da＝db＝d；随机生成MD5密钥，并利用MD5算法将传输文件生成消息摘要，并将MD5密钥和消息摘要写入传输文件中得到明文认证文件Cy；A将明文认证文件Cy用AES算法基于密钥Akey进行加密得到密文文件Cm，并在密文文件Cm的起始位置写入文件头，得到密文Cr，并将密钥Akey、私有共享密钥d进行加密，将Cr和加密后的密钥Akey、d一起传送给B。本发明利用MD5算法进行消息摘要认证并结合非对称的DH算法与对称的AES算法给文件加密解密，既保证安全性又保证时效性。

Description

基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及文件加密技术领域，特别涉及一种基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法、文件加密装置及存储介质。
背景技术
随着社会的发展，信息化不断的推进，“互联网+”的应用也不断的深入。信息化渗透到人们学习、工作、生活等各方面，为人们提供便利服务的同时，也面临着信息安全的巨大挑战。对于敏感数据的保护已经成为人们关注的热点问题,入侵者可以直接窃取服务存储设备,也可以使用网络技术入侵窃取文件数据。很多情况下,由于某种需要,一些敏感数据文件需要在网上供多人共享,这也增加了信息泄露的可能性。个人信息安全是信息安全的重要组成部分，创建一个保护用户个人信息的工具具有重要意义。
信息泄露是敏感数据拥有者所不愿面对的，也是难以接受的。那么如何把信息泄露的可能性降到最低，就成为一个亟需解决的问题。现有技术中，为了保证数据文件的保密性和完整性，一般的做法是采用单一的加密算法对文件数据进行加密。常用的加密技术主要分为对称算法和非对称算法，目前采用的比较广泛的是对称式加密，主要特点是加密和解密使用同一个密钥，加密速度也比较快，但是对称式的加密方法如果用于通过网络传输加密文件，那么不管使用任何方法将密钥告诉对方，都有可能被窃听，导致文件传输的安全性降低，或采用其他非对称加密算法加密速度较慢。
发明内容
本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出了一种基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法，其包括以下步骤：步骤S1、在发送方A和接收方B传输文件之前构建发送方的密钥对(dA，QA)和接收方的密钥对(dB，QB)，其中，dA、dB为私钥，QA、QB为公钥；步骤S2、使用DH算法生成发送方A和接收方B的本地私有共享密钥da＝db＝d；步骤S3、随机生成MD5密钥，并利用MD5算法将传输文件生成消息摘要，并将所述MD5密钥和消息摘要写入所述传输文件中得到明文认证文件Cy；发送方A将明文认证文件Cy用AES算法基于密钥Akey进行加密得到密文文件Cm，并在所述密文文件Cm的起始位置写入文件头，得到密文Cr，其中，所述文件头包括随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度；发送方A基于获取接收方B的公钥QB利用DH算法将AES加密时的密钥Akey加密，并用kettle转换中的JavaScript对私有共享密钥d进行加密，将所得的密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d一起传送给接收方B，解决了现有技术中的文件传输过程密码容易泄露及加密速度较慢的技术问题。
本发明的具体方案如下：
一种基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法，其包括以下步骤：
步骤S1、在发送方A和接收方B传输文件之前构建发送方的密钥对(dA，QA)和接收方的密钥对(dB，QB)，其中，dA、dB为私钥，QA、QB为公钥；其中所述步骤S1具体包括：
步骤S11、构建发送方A的密钥对(dA，QA)后将公钥QA发送至接收方B；
步骤S12、接收方B接收到所述公钥QA后基于公钥QA生成密钥对(dB，QB)并将公钥QB发送至发送方A；
步骤S2、使用DH算法生成发送方A和接收方B的本地私有共享密钥da＝db＝d；其中所述步骤S2具体包括：
步骤S21、发送方A使用私钥dA和接收到的公钥QB用DH算法计算出一个本地私有共享密钥da，接收方B使用私钥dB和接收到的公钥QA用DH算法计算出一个本地私有共享密钥db；
步骤S3、随机生成MD5密钥，该随机密钥由时间、用户名和salt值组成；其中，时间规定按年月日时分秒顺序，用户名规定是由不超过32位的数字组成；并利用MD5算法将传输文件生成消息摘要，并将所述MD5密钥和消息摘要写入所述传输文件中得到明文认证文件Cy；
步骤S4、发送方A将明文认证文件Cy用AES算法基于密钥Akey进行加密得到密文文件Cm，并在所述密文文件Cm的起始位置写入文件头，得到密文Cr，其中，所述密文文件Cm的文件头包括随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度；发送方A基于获取接收方B的公钥QB利用DH算法将AES加密时的密钥Akey加密，并用kettle转换中的JavaScript对私有共享密钥d进行加密，将所得的密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d一起传送给接收方B。
可优选地，所述方法还包括：步骤S5，接收方B将密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d进行解密后得到发送方A传输的文件。
可优选地，所述步骤S5具体包括：
步骤S51、接收方B接收到发送方A发送的密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d，利用kettle转换中的JavaScript获取解密后共享密钥d‘；
步骤S52、接收方B验证本地私有共享密钥d和解密后得到的d‘是否相等，若d＝d‘则进行下一步，否则，解密失败；
步骤S53、接收方B用自己的私钥dB对接收到加密后的密钥Akey进行解密，得到AES的密钥Akey；
步骤S54、接收方B使用获得的AES密钥Akey对密文Cr中的密文文件Cm进行解密，得到明文认证文件Cy；
步骤S55、从密文Cr的文件头中获取随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度，然后根据随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度，从明文认证文件Cy中获取MD5密钥，再利用MD5算法对明文认证文件Cy中的消息摘要进行认证，如果消息摘要如果通过认证，则解密成功，并将明文认证文件Cy中的明文还原得到发送方A传输的文件；否则，解密失败。
可优选地，所述文件为.txt、.doc或.png类型的文件。
第二方面，本发明还提出了一种基于MD5、AES和DH算法的文件加密装置，所述装置包括处理器和存储器，所述处理器与存储器通过总线相连接，所述存储器存储计算机程序，当所述存储器中的程序被所述处理器执行时实现上述任一项所述的基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法。
此外，本发明还提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法、装置及介质，其包括以下步骤：在发送方A和接收方B传输文件之前构建发送方的密钥对(dA，QA)和接收方的密钥对(dB，QB)，其中，dA、dB为私钥，QA、QB为公钥；使用DH算法生成发送方A和接收方B的本地私有共享密钥da＝db＝d；随机生成MD5密钥，并利用MD5算法将传输文件生成消息摘要，并将所述MD5密钥和消息摘要写入所述传输文件中得到明文认证文件Cy；发送方A将明文认证文件Cy用AES算法基于密钥Akey进行加密得到密文文件Cm，并在所述密文文件Cm的起始位置写入文件头，得到密文Cr，其中，所述文件头包括随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度；发送方A基于获取接收方B的公钥QB利用DH算法将AES加密时的密钥Akey加密，并用kettle转换中的JavaScript对私有共享密钥d进行加密，将所得的密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d一起传送给接收方B。本发明基于MD5、AES和DH算法的文件加密解密方法，利用MD5算法进行消息摘要认证并结合非对称的DH算法与对称的AES算法给文件加密解密，既保证了安全性又保证了时效性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法的流程图；
图2为本发明实施例中的对原始文件的截图；以及
图3为本发明实施例中的加密后文件的截图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本发明旨在提供的基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法，其包括以下步骤：
步骤S1、在发送方A和接收方B传输文件之前构建发送方的密钥对(dA，QA)和接收方的密钥对(dB，QB)，其中，dA、dB为私钥，QA、QB为公钥。
在一个实施例中，其中步骤S1具体包括：
步骤S11、构建发送方A的密钥对(dA，QA)后将公钥QA发送至接收方B；
步骤S12、接收方B接收到公钥QA后基于公钥QA生成密钥对(dB，QB)并将公钥QB发送至发送方A；
步骤S2、使用DH算法生成发送方A和接收方B的本地私有共享密钥da＝db＝d。
在一个实施例中，步骤S2具体包括：
步骤S21、发送方A使用私钥dA和接收到的公钥QB用DH算法计算出一个本地私有共享密钥da，接收方B使用私钥dB和接收到的公钥QA用DH算法计算出一个本地私有共享密钥db。该步骤完成了发、收双方互相交换公钥，A有B的公钥QB，B有A的公钥QA，然后A用自己的私钥dA和接收到的公钥QB用DH算法计算出一个密钥da，同理B也可以得到一个密钥db，由DH算法的分析可知da＝db＝d，即生成的密钥是双方私有且共享的。
步骤S3、随机生成MD5密钥，并利用MD5算法将传输文件生成消息摘要，并将MD5密钥和消息摘要写入传输文件中得到明文认证文件Cy。该随机MD5密钥由时间、用户名和salt值组成。其中，时间规定按年月日时分秒顺序，用户名规定是由不超过32位的数字组成。即本发明中利用MD5算法对明文生成消息摘要，将MD5密钥和消息摘要写入到图2所示的明文文件中，以word为例，获得明文认证文件Cy。
本发明随机生成的MD5密钥，包括时间、用户名和salt值。其中，时间规定按年月日时分秒顺序，用户名规定是由不超过32位的数字组成，salt相当于加密的密钥，增加破解的难度，可以加强MD5单向散列计算的安全性，MD5生成信息摘要后和随机生成的MD5密钥一起写入明文中，进一步地提高了安全性。
步骤S4、发送方A将明文认证文件Cy用AES算法基于密钥Akey进行加密得到密文文件Cm，并在密文文件Cm的起始位置写入文件头，得到如图3所示的密文Cr，其中，文件头包括随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度；发送方A基于获取接收方B的公钥QB利用DH算法将AES加密时的密钥Akey加密，并用kettle转换中的JavaScript对私有共享密钥d进行加密，将所得的密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d一起传送给接收方B。本发明在利用AES和DH进行加密的过程中，增加用kettle转换中的JavaScript对私有共享密钥d进行加密，为文件的加密又增加了一层防护措施，进一步地提高了加密性。
如图1所示，该方法还包括：步骤S5，接收方B将密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d进行解密后得到发送方A传输的文件。
在一个实施例中，步骤S5具体包括：
步骤S51、接收方B接收到发送方A发送的密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d，利用kettle转换中的JavaScript获取解密后共享密钥d‘；
步骤S52、接收方B验证本地私有共享密钥d和解密后得到的d‘是否相等，若d＝d‘则进行下一步，否则，解密失败；
步骤S53、接收方B用自己的私钥dB对接收到加密后的密钥Akey进行解密，得到AES的密钥Akey；
步骤S54、接收方B使用获得的AES密钥Akey对密文Cr中的密文文件Cm进行解密，得到明文认证文件Cy；
步骤S55、从密文Cr的文件头中获取随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度，然后根据随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度，从明文认证文件Cy中获取MD5密钥，再利用MD5算法对明文认证文件Cy中的消息摘要进行认证，如果消息摘要如果通过认证，则解密成功，并将明文认证文件Cy中的明文还原得到发送方A传输的文件；否则，解密失败。
可优选地，文件为.txt、.doc或.png类型的文件。
第二方面，本发明还提出了一种基于DH算法和AES算法的传输文件加密装置，装置包括处理器和存储器，处理器与存储器通过总线相连接，存储器存储计算机程序，当存储器中的程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法。
在一个实施例，对.txt、.doc、.png格式进行加解密实验，实验环境为2.60GHzCPU，4GB内存，64位Windows10专业版操作系统，实验结果如表1所示。
表1加解密实验结果
加解密时间(ms) 28K(.doc) 164K(.txt) 636K(.png)
第一次 126.000 350.000 981.000
第二次 112.000 308.000 960.000
第三次 117.000 297.000 951.000
平均 118.333 318.333 964.000
由实验结果可以看出，本发明的基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法的加解密速度比较快，基本上与单使用对称加密算法对传输文件进行加解密的速度相同，即本发明在提高安全性的同时没有降低加解密的速度，这是本发明的重要发明点。
本发明方法的性能验证，本实验通过非线性度方面对该加密算法进行分析。
AES算法是采用有限域F(28)上的逆映射为基础来构造S盒，将S盒记为：
Figure BDA0002674163870000061
其中，1≤m≤n，令S(x)＝(f1(x),...,fm(x))，
又
Figure BDA0002674163870000062
是多输出布尔函数，
所以，称：
Figure BDA0002674163870000063
为S(x)的非线性度，
其中，In表示全体线性函数的集合，包括放射函数。
S(x)是非线性函数，当且仅当
Figure BDA0002674163870000064
又F(2n)上的逆映射F定义为：
Figure BDA0002674163870000065
AES算法在GF(28)逆映射基础上，复合一个GF(2)上的可逆仿射变换f,f满足b＝f(F(a))，其中，令a′＝F(a)，b＝f(a′)。
由式(1)可算出式(2)的非线性度
Figure BDA0002674163870000071
非常接近完全非线性函数的非线性度120，而且本发明在整个加密期间采用DH对称加密算法对加密数据的密钥进行二级加密，可以很方便的管理数据加密的密钥，同时又可以提高整个数据加密系统的安全性。
本发明方法针对目前文件容易泄密的问题，提出基于MD5、AES和DH算法的文件加密解密方法，利用MD5算法进行消息摘要认证并结合非对称的DH算法与对称的AES算法给文件加密解密，既保证了安全性又保证了时效性。
本发明还提出了一种基于MD5、AES和DH算法的文件加密装置，装置包括处理器和存储器，处理器与存储器通过总线相连接，存储器存储计算机程序，当存储器中的程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法。
本发明还提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法。
最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤S1、在发送方A和接收方B传输文件之前构建发送方的密钥对(dA，QA)和接收方的密钥对(dB，QB)，其中，dA、dB为私钥，QA、QB为公钥；其中所述步骤S1具体包括：
步骤S11、构建发送方A的密钥对(dA，QA)后将公钥QA发送至接收方B；
步骤S12、接收方B接收到所述公钥QA后基于公钥QA生成密钥对(dB，QB)并将公钥QB发送至发送方A；
步骤S2、使用DH算法生成发送方A和接收方B的本地私有共享密钥da＝db＝d；其中所述步骤S2具体包括：
步骤S21、发送方A使用私钥dA和接收到的公钥QB用DH算法计算出一个本地私有共享密钥da，接收方B使用私钥dB和接收到的公钥QA用DH算法计算出一个本地私有共享密钥db；
步骤S3、随机生成MD5密钥，该随机密钥由时间、用户名和salt值组成；其中，时间规定按年月日时分秒顺序，用户名规定是由不超过32位的数字组成；并利用MD5算法将传输文件生成消息摘要，并将所述MD5密钥和消息摘要写入所述传输文件中得到明文认证文件Cy；以及
步骤S4、发送方A将明文认证文件Cy用AES算法基于密钥Akey进行加密得到密文文件Cm，并在所述密文文件Cm的起始位置写入文件头，得到密文Cr，其中，所述密文文件Cm的文件头包括随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度；发送方A基于获取接收方B的公钥QB利用DH算法将AES加密时的密钥Akey加密，并用kettle转换中的JavaScript对私有共享密钥d进行加密，将所得的密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d一起传送给接收方B。
2.根据权利要求1所述的文件加密方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤S5，接收方B将密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d进行解密后得到发送方A传输的文件。
3.根据权利要求2所述的文件加密方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
步骤S51、接收方B接收到发送方A发送的密文Cr和加密后的密钥Akey以及加密后的私有共享密钥d，利用kettle转换中的JavaScript获取解密后共享密钥d‘；
步骤S52、接收方B验证本地私有共享密钥d和解密后得到的d‘是否相等，若d＝d‘则进行下一步，否则，解密失败；
步骤S53、接收方B用自己的私钥dB对接收到加密后的密钥Akey进行解密，得到AES的密钥Akey；
步骤S54、接收方B使用获得的AES密钥Akey对密文Cr中的密文文件Cm进行解密，得到明文认证文件Cy；
步骤S55、从密文Cr的文件头中获取随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度，然后根据随机生成的MD5密钥在明文认证文件Cy的位置偏移量和随机生成的MD5密钥的字节长度，从明文认证文件Cy中获取MD5密钥，再利用MD5算法对明文认证文件Cy中的消息摘要进行认证，如果消息摘要如果通过认证，则解密成功，并将明文认证文件Cy中的明文还原得到发送方A传输的文件；否则，解密失败。
4.根据权利要求3所述的文件加密方法，其特征在于，所述文件为.txt、.doc或.png类型的文件。
5.一种基于MD5、AES和DH算法的文件加密装置，其特征在于，所述装置包括处理器和存储器，所述处理器与存储器通过总线相连接，所述存储器存储计算机程序，当所述存储器中的程序被所述处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-4任一项所述的基于MD5、AES和DH算法的文件加密方法。
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