CN112134700B - 文档可否认加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种文档可否认加密方法，主要解决传统的加密方案在密钥持有方解密文件后无法继续保护用户秘密文件安全的问题。其方案包括：初始化加密参数，生成乘法群；在文档预处理阶段，将真、伪文档分别做分段处理，并分别映射为真明文分组和伪明文分组；进入加密阶段后，真明文分组被加密保存为密文文件，将真密钥组与伪密钥组做安全存储；钥持有方可以根据自己的意志来选择相应的密钥解密文件，保证了密钥持有方在非自愿情况下解密，依然能够保密文件。本发明确保在满足传统的加密需求的情况下为用户提供可否认策略，为安全级别高、安全需求高的用户提供了更为强有力的安全保护。

Description

文档可否认加密方法

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，进一步涉及数据加解密技术，具体为一种文档可否认加密方法，可用于文档加密。

背景技术

近年来，随着计算机网络技术、软件技术的发展，人们互联网知识的普及，数据加密已经走入人们的眼中。随之而来的网络安全问题成为了关注的重点，数据加密更是事关国民经济，并且被广泛应用于国防、工业、家用、商用、办公、通信等领域。

数据加密是通过一系列运算将明文信息加密为难以破解的密文，以达到保密消息的重要方法。数据加密的基本过程就是对原来为明文的文档或数据按某种算法进行处理，使其成为不可读的一段代码，通常称为“密文”，使其只能在输入相应的密钥之后才能显示出本来内容。加密是一个可逆的过程，加密后的文件可以使用密钥并通过解密算法恢复。

在现有的加密方案中，明文与密文通过解密密钥构成唯一对应关系，即密文通过正确密钥解密后即可得到正确的明文信息；然而，当密钥持有方被敌手胁迫解密文件时，传统的加密方案在密钥持有方解密文件后，则无法继续保护用户秘密文件的安全。为了满足上述的安全性需求，新的加密方法亟待提出。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种文档可否认加密方法，旨在增强信息保密能力。对于加密需求一般的用户，可以采用本发明，也可采用现有的加密算法；对于安全级别高、加密需求高的用户，采用本发明能够在保证满足传统加密需求的前提下，提供可否认解密，为密钥持有方提供更强有力的安全保障。

实现本发明的思路是：首先初始化加密参数，生成乘法群；其次在文档预处理阶段，将真、伪文档分别做分段处理，并分别映射为真明文分组和伪明文分组；进入加密阶段后，真明文分组被加密为密文分组，将密文分组保存为密文文件，将真密钥组与伪密钥组做安全存储；最后，若读取真密钥文件，则将密文解密为真文档，若读取伪密钥，则将密文解密为伪文档。本发明确保在满足传统的加密需求的情况下为用户提供可否认策略，为安全级别高、安全需求高的用户提供了更强有力的安全保护。

实现本发明方法的具体步骤如下：

(1)初始化过程：

(1.1)随机选取比特长度大于200的两个素数，即第一素数p'和第二素数q'，按照下式计算得到第一大数p和第二大数q：

p＝2p'+1，

q＝2q'+1；

若第一大数p和第二大数q均为素数，则计算得到全局模数N＝pq；反之，重新选取第一素数p'和第二素数q'，再次计算大数；

(1.2)根据安全等级要求设定向量维度L，且L∈[1,N)，在乘法群

中取随机数g'，计算乘法群生成元g：

g＝g'^2N mod N²；

(1.3)随机选取L维根密钥向量S＝(s₁,s₂,…,s_i,…s_L)，其中i∈{1,2,...,L}，s_i∈{0,...,N²}，计算L维公开向量H＝(h₁,h₂,…,h_i,…h_L)，其中

(1.4)定义第一全局公开参数mpk＝{N,g,H,L}，将根密钥向量S保密存储；

(2)明文预编辑：

预先准备两份文档：真文档和伪文档；将真文档进行分段并映射为真明文分组m＝(m₁,m₂,…,m_j,…m_cnt)，其中j∈{1,2,...,cnt}，m_j∈{1,2,...,N²}；将伪文档进行分段并映射为伪明文分组m'＝(m'₁,m'₂,…,m'_j,…m'_cnt)，其中m′_j∈{1,2,...,N²}；其中cnt表示文档划分的段落总数；

(3)密钥生成与加密：

(3.1)通过随机选取的方式构建L维第一向量X_j＝(x₁,x₂,…,x_j,…,x_L-1,1)，其中x_j∈{1,2,...,N}；将根密钥向量S与第一向量X_j进行内积运算，得到真密钥参数sk_j＝<S,X_j>，则针对明文m_j的一次性真密钥key_j＝(X_j,sk_j)_j；

(3.2)根据下式计算L维第二向量Y_j：

<X_j,Y_j>＝m_j，

得到第二向量Y_j＝(y₁,y₂,…,y_i,…,y_L-2,1,y_L)^T，其中y_i∈{1,2,...,N}；

(3.3)根据下式计算L维第三向量X′_j：

<X′_j,Y_j>＝m′_j，

得到第三向量X′_j＝(x'₁,x'₂,…,x'_j,…,x'_L-1,1)，其中x′_j∈{1,2,...,N}；通过根密钥向量S与第三向量X′_j的内积运算，计算得到伪密钥参数sk′_j＝<S,X′_j>，则针对伪明文m′_j的一次性伪密钥为key'_j＝(X′_j,sk′_j)_j；

(3.4)随机选取整数

其中

代表向下取整运算，计算密文向量C_j＝(c₀,c₁,…,c_i,…,c_L)，j∈{1,2,...,cnt}其中C₀＝g^rjmodN²，

返回密文向量C_j；

(3.5)若j<cnt，对j加1后返回步骤(3.1)；若j＝cnt，继续执行步骤(3.6)；

(3.6)将得到的密文组C＝{C₁,C₂,...,C_j,...,C_cnt}保存为密文文件，并删除真明文分组m与伪明文分组m′；

安全存储真密钥组key＝{(X₁,sk₁)₁,(X₂,sk₂)₂,...,(X_j,sk_j)_j,...,(X_cnt,sk_cnt)_cnt}和伪密钥组key′＝{(X′₁,sk′₁)₁,(X′₂,sk′₂)₂,...,(X′_j,sk′_j)_j,...,(X′_cnt,sk′_cnt)_cnt}；

(4)解密：

若要得到真实解密文档，执行步骤(4.1)；若要得出伪解密文档，则执行步骤(4.2)；

(4.1)正常解密：

(4.1.1)读取密文文件，输入真密钥组key；

(4.1.2)通过第一全局公开参数mpk与一次性真密钥key_j，计算真明文

并将计算结果返回；

(4.1.3)若j<cnt，对j加1后返回步骤(4.1.1)；若j＝cnt，继续执行步骤(4.1.4)；

(4.1.4)将真明文分组m＝(m₁,m₂,…,m_j,…m_cnt)中所有元素映射为汉字构成汉子组，并将得到的汉字组对应m中元素下标顺序进行拼接，得到真实解密文档，直接执行步骤(5)；

(4.2)否认解密：

(4.2.1)读取密文文件，并输入伪密钥组key′；

(4.2.2)通过第一全局公开参数mpk与一次性伪密钥key′_j，计算伪明文

并将计算结果返回；

(4.2.3)若j<cnt，对j加1后返回步骤(4.2.1)；若j＝cnt，继续执行步骤(4.2.4)；

(4.2.4)将伪明文分组m'＝(m'₁,m'₂,…,m'_j,…m'_cnt)中所有元素映射为汉字构成汉子组，并将得到的汉字组对应m′中元素下标顺序进行拼接，得到伪解密文档；

(5)解密结束。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一、由于本发明在加密阶段采用了误差调整位方式求解方程，具有求解速度快、占用内存小的特点，从而有效提升了加密速度；

第二、由于本发明采用可否认加解密算法，即同一密文利用不同密钥解密得到不同的结果，使得本发明既满足传统加密的安全性需求，同时，密钥持有方又可以对文件进行否认解密，相比于传统加密方案具有更高的安全性。

附图说明

图1是本发明方法的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。

参照图1，本发明提出的一种文档可否认加密方法，包括如下步骤：

步骤一：初始化过程：

(1.1)选择安全的参数：随机选取比特长度大于200的两个素数，即第一素数p'和第二素数q'，按照下式计算得到第一大数p和第二大数q：

p＝2p'+1，

q＝2q'+1；

若第一大数p和第二大数q均为素数，则计算得到全局模数N＝pq；反之，重新选取第一素数p'和第二素数q'，再次计算大数；

(1.2)根据安全等级要求设定向量维度L，且L∈[1,N)，在乘法群

中取随机数g'，本实施例使用2N阶乘法群；计算乘法群生成元g：

g＝g'^2N mod N²；

(1.3)随机选取L维根密钥向量S＝(s₁,s₂,…,s_i,…s_L)，其中i∈{1,2,...,L}，s_i∈{0,...,N²}，计算L维公开向量H＝(h₁,h₂,…,h_i,…h_L)，其中

L维根密钥向量S＝(s₁,s₂,…,s_i,…s_L)的选取过程使用正态分布并进行取绝对值操作；本实例使用离散高斯分布随机选取L维根密钥向量S，推荐使用满足均值μ＝0，方差

的正态分布，其中λ表示第一大素数p'与第二大素数q'中比特位数最小值；

(1.4)定义第一全局公开参数mpk＝{N,g,H,L}，将根密钥向量S保密存储。

步骤二：文档预处理：

预先准备两份文档：真文档和伪文档，其中伪文档内容具有语义；

针对预先准备的两份文档，将真文档以固定字符宽度进行分段后，将文档分组映射至乘法群

中，即映射为明文分组m＝{m₁,m₂,...,m_cnt}，其中m_j∈{1,2,...,N²}，j∈{1,2,...,cnt}；将伪文档以相同的字符宽度进行分段后，将文档分组映射至乘法群

中，即映射为明文分组m′＝{m′₁,m′₂,...,m′_cnt}，其中m′_j∈{1,2,...,N²}，j∈{1,2,...,cnt}。其中cnt为数字，表示文档划分的段落总数。

步骤三：加密过程：

(3.1)通过随机选取的方式构建L维第一向量X_j＝(x₁,x₂,…,x_j,…,x_L-1,1)，其中x_j∈{1,2,...,N}；将根密钥向量S与第一向量X_j进行内积运算，得到真密钥参数sk_j＝<S,X_j>，则针对明文m_j的一次性真密钥key_j＝(X_j,sk_j)_j；

(3.2)根据下式计算L维第二向量Y_j：

<X_j,Y_j>＝m_j，

得到第二向量Y_j＝(y₁,y₂,…,y_i,…,y_L-2,1,y_L)^T，其中y_i∈{1,2,...,N}；

(3.3)根据下式计算L维第三向量X′_j：

<X′_j,Y_j>＝m′_j，

得到第三向量X′_j＝(x'₁,x'₂,…,x'_j,…,x'_L-1,1)，其中x′_j∈{1,2,...,N}；通过根密钥向量S与第三向量X′_j的内积运算，计算得到伪密钥参数sk′_j＝<S,X′_j>，则针对伪明文m′_j的一次性伪密钥为key'_j＝(X′_j,sk′_j)_j；

(3.4)随机选取整数

其中

代表向下取整运算，计算密文向量C_j＝(c₀,c₁,…,c_i,…,c_L)，j∈{1,2,...,cnt}其中

返回密文向量C_j；

(3.5)若j<cnt，对j加1后返回步骤(3.1)；若j＝cnt，继续执行步骤(3.6)；

(3.6)将得到的密文组C＝{C₁,C₂,...,C_j,...,C_cnt}保存为密文文件，并删除真明文分组m与伪明文分组m′；

安全存储真密钥组key＝{(X₁,sk₁)₁,(X₂,sk₂)₂,...,(X_j,sk_j)_j,...,(X_cnt,sk_cnt)_cnt}和伪密钥组key′＝{(X′₁,sk′₁)₁,(X′₂,sk′₂)₂,...,(X′_j,sk′_j)_j,...,(X′_cnt,sk′_cnt)_cnt}；

步骤四：解密过程：

对于下述两种解密过程任选其一进行解密操作，根据用户的需求进行选择：

若要得到真实解密文档，执行步骤(4.1)；若要得出伪解密文档，则执行步骤(4.2)；

(4.1)正常解密：

(4.1.1)读取密文文件，输入真密钥组key；

(4.1.2)通过第一全局公开参数mpk与一次性真密钥key_j，计算真明文

并将计算结果返回；

(4.1.3)若j<cnt，对j加1后返回步骤(4.1.1)；若j＝cnt，继续执行步骤(4.1.4)；

(4.1.4)将真明文分组m＝(m₁,m₂,…,m_j,…m_cnt)中所有元素映射为汉字构成汉子组，并将得到的汉字组对应m中元素下标顺序进行拼接，得到真实解密文档，直接进入步骤五；

(4.2)否认解密：

(4.2.1)读取密文文件，并输入伪密钥组key′；

(4.2.2)通过第一全局公开参数mpk与一次性伪密钥key′_j，计算伪明文

并将计算结果返回；

(4.2.3)若j<cnt，对j加1后返回步骤(4.2.1)；若j＝cnt，继续执行步骤(4.2.4)；

(4.2.4)将伪明文分组m'＝(m'₁,m'₂,…,m'_j,…m'_cnt)中所有元素映射为汉字构成汉子组，并将得到的汉字组对应m′中元素下标顺序进行拼接，得到伪解密文档。

步骤五：解密过程结束。

上述两种解密方式，输入不同的密钥，通过解密过程则会解密为不同文档。关于正常解密与否认解密，解密得到的文档内容不同，若遇到特殊情况，用户不得不进行解密操作，但又不想真正解密，采用本发明方法则可进行否认解密操作，得到一份伪解密文档，使得真实文档被有效保护。攻击者无法知晓可否认加密方法的存在，且除密钥持有方外，无法区分否认解密过程与正常解密过程。通过本发明提出的文档可否认加密方法，在满足传统加密需求的前提下，密钥持有方具有可以对加密文件进行否认解密的操作选项，提升了用户秘密文件的安全性。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

以上描述仅是本发明的一个具体实施例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种文档可否认加密方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)初始化过程：

(1.1)随机选取比特长度大于200的两个素数，即第一素数p'和第二素数q'，按照下式计算得到第一大数p和第二大数q：

p＝2p'+1，

q＝2q'+1；

若第一大数p和第二大数q均为素数，则计算得到全局模数N＝pq；反之，重新选取第一素数p'和第二素数q'，再次计算大数；

(1.2)根据安全等级要求设定向量维度L，且L∈[1,N)，在乘法群

中取随机数g'，计算乘法群生成元g：

g＝g'^2Nmod N²；

(1.3)随机选取L维根密钥向量S＝(s₁,s₂,…,s_i,…s_L)，其中i∈{1,2,...,L}，s_i∈{0,...,N²}，计算L维公开向量H＝(h₁,h₂,…,h_i,…h_L)，其中

(1.4)定义第一全局公开参数mpk＝{N,g,H,L}，将根密钥向量S保密存储；

(2)预处理文档：

预先准备两份文档：真文档和伪文档；将真文档进行分段并映射为真明文分组m＝(m₁,m₂,…,m_j,…m_cnt)，其中j∈{1,2,...,cnt}，m_j∈{1,2,...,N²}；将伪文档进行分段并映射为伪明文分组m'＝(m'₁,m'₂,…,m'_j,…m'_cnt)，其中m′_j∈{1,2,...,N²}；其中cnt表示文档划分的段落总数；

(3)密钥生成并加密：

(3.1)通过随机选取的方式构建L维第一向量X_j＝(x₁,x₂,…,x_i,…,x_L-1,1)，其中x_i∈{1,2,...,N}；将根密钥向量S与第一向量X_j进行内积运算，得到真密钥参数sk_j＝＜S,X_j＞，则针对明文m_j的一次性真密钥key_j＝(X_j,sk_j)_j；

(3.2)根据下式计算L维第二向量Y_j：

＜X_j,Y_j＞＝m_j，

得到第二向量Y_j＝(y₁,y₂,...,y_i,...,y_L-2,1,y_L)^T，其中y_i∈{1,2,...,N}；

(3.3)根据下式计算L维第三向量X′_j：

＜X′_j,Y_j＞＝m′_j，

得到第三向量X′_j＝(x'₁,x'₂,...,x'_i,...,x'_L-1,1)，其中x′_i∈{1,2,...,N}；通过根密钥向量S与第三向量X′_j的内积运算，计算得到伪密钥参数sk′_j＝＜S,X′_j＞，则针对伪明文m′_j的一次性伪密钥为key'_j＝(X′_j,sk′_j)_j；

(3.4)随机选取整数

其中

代表向下取整运算，计算密文向量C_j＝(c₀,c₁,...,c_i,...,c_L)，j∈{1,2,...,cnt}其中

返回密文向量C_j；

(3.5)若j＜cnt，对j加1后返回步骤(3.1)；若j＝cnt，继续执行步骤(3.6)；

(3.6)将得到的密文组C＝{C₁,C₂,...,C_j,...,C_cnt}保存为密文文件，并删除真明文分组m与伪明文分组m′；

安全存储真密钥组key＝{(X₁,sk₁)₁,(X₂,sk₂)₂,...,(X_j,sk_j)_j,...,(X_cnt,sk_cnt)_cnt}和伪密钥组key′＝{(X′₁,sk′₁)₁,(X′₂,sk′₂)₂,...,(X′_j,sk′_j)_j,...,(X′_cnt,sk′_cnt)_cnt}；

(4)解密：

若要得到真实解密文档，执行步骤(4.1)；若要得出伪解密文档，则执行步骤(4.2)；

(4.1)正常解密：

(4.1.1)读取密文文件，输入真密钥组key；

(4.1.2)通过第一全局公开参数mpk与一次性真密钥key_j，计算真明文

并将计算结果返回；

(4.1.3)若j＜cnt，对j加1后返回步骤(4.1.1)；若j＝cnt，继续执行步骤(4.1.4)；

(4.1.4)将真明文分组m＝(m₁,m₂,…,m_j,…m_cnt)中所有元素映射为汉字，并构成汉字组，然后将得到的汉字组按照对应m中元素下标的顺序进行拼接，得到真实解密文档，直接执行步骤(5)；

(4.2)否认解密：

(4.2.1)读取密文文件，并输入伪密钥组key′；

(4.2.2)通过第一全局公开参数mpk与一次性伪密钥key'_j，计算伪明文

并将计算结果返回；

(4.2.3)若j＜cnt，对j加1后返回步骤(4.2.1)；若j＝cnt，继续执行步骤(4.2.4)；

(4.2.4)将伪明文分组m'＝(m'₁,m'₂,…,m'_j,…m'_cnt)中所有元素映射为汉字，并构成汉字组，然后将得到的汉字组按照对应m′中元素下标的顺序进行拼接，得到伪解密文档；

(5)解密结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1.2)中的乘法群

为2N阶乘法群。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1.3)中L维根密钥向量S＝(s₁,s₂,…,s_i,…s_L)的选取过程使用正态分布并进行取绝对值操作。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述正态分布为满足均值μ＝0，方差

的正态分布，其中λ表示第一大素数p'与第二大素数q'中比特位数最小值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中的伪文档内容具有语义。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中真文档进行分段并映射和伪文档进行分段并映射的过程均为：首先将文档以固定字符宽度进行分段，然后再将分段后的文档分组映射至乘法群

中，即将文档分组映射为明文分组。

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