CN112118097B - 一种对称密钥加密方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对称密钥加密方法，属于电通信与改进算法优化技术领域。首先将原始明文进行奇偶变换处理，调整明文的字符位置，并将变换后的奇数位记作L0，偶数位记作R0。然后将任意有限长度的密匙进行分组，通过密匙来决定迭代次数。最后将Li64位和Ri64位为第i次迭代结果的左半部分与右半部分，子密钥Ki为第i轮的96位加密密钥，通过P函数，得到最终加密后的数据。本发明大幅度增加了破解的难度，提升了信息传递的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种对称密钥加密方法，属于电通信与改进算法优化技术领域。
背景技术
现有技术中采用对称加密算法对待加密数据进行加密，对称加密算法的有效密匙长度为56位，密匙长度较短，这样对数据的加密性较低。待加密数据在进行迭代的过程比较单一，即使将密匙的长度增加，但是其迭代过程不会发生改变。
因为此本发明提出用户可以使用任意有限长度的密匙，其迭代过程中的循环方向、循环次数等都与密匙相关，这样增加了信息传递的安全性与可靠性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种对称密钥加密方法，用以解决上述问题，从而弥补现有技术的缺陷。
本发明的技术方案是：一种对称密钥加密方法，具体步骤为：
Step1：奇偶变换
将原始明文进行奇偶变换处理，调整明文的字符位置，并将变换后的奇数位记作L0，偶数位记作R0。
Step2：生成子密匙
将任意有限长度的密匙进行分组，通过密匙来决定迭代次数。
Step3：迭代过程
Li（64位）和Ri（64位）为第i次迭代结果的左半部分与右半部分，子密钥Ki为第i轮的96位加密密钥，通过P函数，得到最终加密后的数据。
所述Step2具体步骤为：
Step2.1：将任意有限长度的密匙进行分组处理，分成N个128bit的数据，不足128bit的进行补位，可以将首位补1，其余位补0。
Step2.2：对于单个128bit的数据，每8bit为一个校验位，将这些去除掉，然后进行置换，得到112bit的数据。
Step2.3：将112bit位的数据进行分组，把前56bit作为C，后56bit的数据作为D。
Step2.4：将前56bit数据进行分组，分成7个8bit的数据，将其第一小组作为循环方向，将前4bit转换为10进制后作为行，后4bit转换为10进制后作为列，查询相对应表格。
Step2.5：将后56bit数据进行分组，分成7个8bit的数据，将其第一小组作为单次循环移位数，将前4bit转换为10进制后作为行，后4bit转换为10进制后作为列，查询相对应表格。
Step2.6：将Step2.1中的N作为迭代次数，当N大于或等于12时，则只循环12次。
Step2.7：得到的子密匙是112bit的数据，通过密匙压缩表进行有损压缩，得到96bit的数据。
Step2.8：将奇偶变换得到的报文通过扩展置换变成96bit后，令其为X，则子密匙为Y。
Step2.9：判断子密匙首位字符，如果子密匙的首位字符为0，则使用H函数，如果子密匙的首位字符为1，则使用I函数。
Step2.10：通过H函数或者I函数的96位报文12字符长度为1组，共计8组。
Step2.11：
如果通过H函数得到的数据，那么将每组的前4位去除。
如果通过I函数得到的数据，那么将每组的后4位去除。
进行有损压缩，得到64字节的数据，通过运算规则，得到第一次迭代的结果。
所述Step3中，将初始置换进行数次的迭代，即进行加密变换，得到Li和Ri，将此进行组合，得到最终的密文输出块。
本发明的有益效果是：增加了密匙的长度，使得密匙的有效位不是56bit，至少是112bit，并且在迭代过程中，有密匙来控制迭代次数、循环方向、单次循环位移数等。这样大大提升了信息传递的安全性。
附图说明
图1是本发明的流程示意图；
图2是本发明的生成子密匙的步骤流程图；
图3是本发明的迭代过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
对称密钥加密方法算法基础循环加工过程，准备需要用到的数据包括：
| 58 | 1 | 52 | 124 | 50 | 51 | 25 | 89 | 44 | 37 | 118 | 121 | 87 | 19 | 15 | 2 |
| 73 | 108 | 122 | 90 | 119 | 126 | 125 | 22 | 85 | 65 | 31 | 9 | 34 | 116 | 100 | 6 |
| 97 | 21 | 10 | 38 | 102 | 101 | 54 | 98 | 59 | 78 | 127 | 5 | 47 | 60 | 49 | 20 |
| 70 | 23 | 83 | 18 | 109 | 4 | 66 | 123 | 33 | 67 | 111 | 62 | 68 | 29 | 105 | 3 |
| 74 | 107 | 79 | 93 | 13 | 30 | 71 | 53 | 27 | 17 | 86 | 28 | 106 | 94 | 99 | 14 |
| 36 | 69 | 26 | 45 | 113 | 43 | 63 | 11 | 91 | 82 | 55 | 117 | 84 | 103 | 75 | 114 |
| 76 | 61 | 57 | 46 | 95 | 39 | 110 | 115 | 42 | 81 | 77 | 7 | 12 | 92 | 41 | 35 |
秘钥置换表
| 41 | 25 | 2 | 27 | 42 | 67 | 104 | 36 | 23 | 98 | 59 | 20 |
| 105 | 4 | 15 | 12 | 80 | 55 | 14 | 30 | 111 | 7 | 101 | 50 |
| 58 | 87 | 61 | 9 | 53 | 78 | 100 | 90 | 86 | 46 | 1 | 65 |
| 44 | 92 | 18 | 52 | 93 | 112 | 103 | 79 | 11 | 107 | 19 | 17 |
| 47 | 26 | 102 | 81 | 34 | 71 | 74 | 37 | 106 | 83 | 39 | 77 |
| 49 | 96 | 6 | 97 | 60 | 73 | 84 | 75 | 29 | 13 | 62 | 43 |
| 72 | 54 | 82 | 51 | 94 | 33 | 64 | 88 | 24 | 28 | 110 | 3 |
| 91 | 45 | 69 | 68 | 35 | 38 | 32 | 57 | 66 | 8 | 108 | 89 |
秘钥压缩表
| 1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | -1 | 1 | 1 | 1 | -1 | 1 | 1 | -1 | 1 | 1 |
| -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | -1 | 1 | 1 | -1 | 1 | -1 |
| -1 | 1 | 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 |
| 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | -1 | 1 | -1 | 1 |
| -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 |
| 1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | -1 |
| -1 | 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | -1 | 1 | 1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 |
| -1 | -1 | 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | 1 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 |
| -1 | -1 | 1 | -1 | 1 | -1 | 1 | -1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | -1 | 1 | -1 |
| 1 | 1 | 1 | -1 | 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | 1 |
| 1 | 1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | -1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | -1 | -1 |
| -1 | 1 | -1 | 1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 | 1 |
| -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 | -1 |
| 1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 |
| 1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | -1 | -1 | -1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | -1 | -1 |
循环方向表
| 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 |
| 2 | 3 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 2 |
| 2 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 3 | 1 | 1 | 2 | 3 | 2 | 2 | 1 | 2 |
| 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 3 | 3 | 2 | 3 |
| 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 2 | 1 | 3 | 2 | 2 | 1 | 1 |
| 1 | 3 | 3 | 3 | 1 | 3 | 1 | 3 | 3 | 1 | 3 | 1 | 1 | 1 | 1 | 3 |
| 3 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 |
| 2 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 3 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 |
| 2 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | 1 | 3 | 1 | 3 |
| 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 3 | 1 | 2 | 1 |
| 1 | 1 | 2 | 3 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 3 | 3 | 3 | 1 | 2 | 2 |
| 2 | 3 | 2 | 1 | 2 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 2 | 2 | 1 |
| 3 | 2 | 3 | 1 | 1 | 3 | 1 | 3 | 3 | 2 | 2 | 3 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 1 | 2 | 1 | 3 | 1 | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 1 | 3 | 3 | 2 | 1 |
| 1 | 1 | 2 | 3 | 2 | 1 | 2 | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | 3 | 1 | 2 | 2 |
单次循环移查表
运算规则：Ri = Li-1;Li = Ri ⊕ P(Li-1, Ki)；
非线性函数：H=X⊕Y;I=(~X)⊕Y。
| 64 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 |
| 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |
| 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 |
| 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 |
| 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 |
| 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 |
| 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 |
| 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 |
| 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 |
| 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 |
| 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 |
| 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 |
| 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 1 |
扩展置换表
实施例1，如图1所示，一种对称密钥加密方法，具体步骤为：
Step1：奇偶变换
将原始明文进行奇偶变换处理，调整明文的字符位置，并将变换后的奇数位记作L0，偶数位记作R0。例如明文为10101010，那么其奇数位为：1111，偶数位为：0000，调整后的明文为：11110000。
Step2：生成子密匙
将任意有限长度的密匙进行分组，通过密匙来决定迭代次数。
Step3：迭代过程
Li（64位）和Ri（64位）为第i次迭代结果的左半部分与右半部分，子密钥Ki为第i轮的96位加密密钥，通过P函数，得到最终加密后的数据。
如图2所示，所述Step2具体步骤为：
Step2.1：将任意有限长度的密匙进行分组处理，分成N个128bit的数据，不足128bit的进行补位，可以将首位补1，其余位补0。
Step2.2：对于单个128bit的数据，每8bit为一个校验位，将这些去除掉，然后进行置换，得到112bit的数据。
Step2.3：将112bit位的数据进行分组，把前56bit作为C，后56bit的数据作为D。
Step2.4：将前56bit数据进行分组，分成7个8bit的数据，将其第一小组作为循环方向，将前4bit转换为10进制后作为行，后4bit转换为10进制后作为列，查询相对应表格。
循环方向表中的1表示向右循环，-1表示向左循环。
例如第一小组为：11010111，将1101转换为10进制为13,0111转换为10进制为7，那么查询循环方向表时是表示第14行，第8列，对应的数为1，即表示向右循环。
Step2.5：将后56bit数据进行分组，分成7个8bit的数据，将其第一小组作为单次循环移位数，将前4bit转换为10进制后作为行，后4bit转换为10进制后作为列，查询相对应表格。
例如第一小组为：00101010，将0010转换为10进制为2,1010转换为10进制为10，那么查询循环方向表时是表示第3行，第11列，对应的数为2，即表示循环2位。
将C0中的第一小组与D0中的最后一组对应的信息进行结合，则得到的是向右循环2位。
Step2.6：将Step2.1中的N作为迭代次数，其中N为正整数。当N大于或等于12时，则只循环12次。所以至少有1次循环，最多循环12次。
Step2.7：得到的子密匙是112bit的数据，通过密匙压缩表进行有损压缩，得到96bit的数据。
默认的将第5、10、16、21、22、31、40、48、56、63、70、76、85、95、99、109位去除掉。
Step2.8：将奇偶变换得到的报文通过扩展置换变成96bit后，令其为X，则子密匙为Y。
Step2.9：判断子密匙首位字符，如果子密匙的首位字符为0，则使用H函数，如果子密匙的首位字符为1，则使用I函数。
Step2.10：通过H函数或者I函数的96位报文12字符长度为1组，共计8组。
Step2.11：
如果通过H函数得到的数据，那么将每组的前4位去除。
如果通过I函数得到的数据，那么将每组的后4位去除。
进行有损压缩，得到64字节的数据，通过运算规则，得到第一次迭代的结果。
如图3所示，所述Step3中，将初始置换进行数次的迭代，即进行加密变换，得到Li和Ri，将此进行组合，得到最终的密文输出块。
假设传输的明文为：11011101101001110100011000011101111
使用的密匙为：110001110010110011110100110000111000101100011
按照此方法，最终得到的密文为：10000001000010101010000101000
000000100000100001000010000001010011010110100010010110000000000000000000000000000000000000000000000
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1、通过输入任意长度的密匙长度，并且由密匙来决定迭代过程，增加了不确定性，从而增加算法的安全性。进一步保障了电通信过程中的数据安全。
2、减少了不必要的置换，增加了该算法在迭代过程中的效率，大大降低了算法的传输时间，使其具有高效性。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (1)
1.一种对称密钥加密方法，其特征在于：
Step1：将原始明文进行奇偶变换处理，调整明文的字符位置，并将变换后的奇数位记作L0，偶数位记作R0；
Step2：将任意有限长度的密匙进行分组，通过密匙来决定迭代次数；
Step3：Li64位和Ri64位为第i次迭代结果的左半部分与右半部分，子密钥Ki为第i轮的96位加密密钥，通过P函数，得到最终加密后的数据；
具体步骤为：
Step2.1：将任意有限长度的密匙进行分组处理，分成N个128bit的数据，不足128bit的进行补位，可以将首位补1，其余位补0；
Step2.2：对于单个128bit的数据，每8bit为一个校验位，将这些去除掉，然后进行置换，得到112bit的数据；
Step2.3：将112bit位的数据进行分组，把前56bit作为C，后56bit的数据作为D；
Step2.4：将前56bit数据进行分组，分成7个8bit的数据，将其第一小组作为循环方向，将前4bit转换为10进制后作为行，后4bit转换为10进制后作为列，查询相对应表格；
Step2.5：将后56bit数据进行分组，分成7个8bit的数据，将其第一小组作为单次循环移位数，将前4bit转换为10进制后作为行，后4bit转换为10进制后作为列，查询相对应表格；
Step2.6：将Step2.1中的N作为迭代次数，当N大于或等于12时，则只循环12次；
Step2.7：得到的子密匙是112bit的数据，通过密匙压缩表进行有损压缩，得到96bit的数据；
Step2.8：将奇偶变换得到的报文通过扩展置换变成96bit后，令其为X，则子密匙为Y；
Step2.9：判断子密匙首位字符，如果子密匙的首位字符为0，则使用H函数，如果子密匙的首位字符为1，则使用I函数；
Step2.10：通过H函数或者I函数的96位报文12字符长度为1组，共计8组；
Step2.11：
如果通过H函数得到的数据，那么将每组的前4位去除；
如果通过I函数得到的数据，那么将每组的后4位去除；
进行有损压缩，得到64字节的数据，通过运算规则，得到第一次迭代的结果。
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