CN113347176B - 数据通信的加密方法、装置、计算机设备和可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数据通信的加密方法、装置、计算机设备和可读存储介质，所述方法包括：获取公开密钥和私有密钥；根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据；本发明解决了现有技术中数据通信的加密方法单一的问题，提高算法的可靠性和加密效率，防止算法的暴力破解，进一步地提高数据通信的安全性。

Description

数据通信的加密方法、装置、计算机设备和可读存储介质
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，具体涉及一种数据通信的加密方法、装置、计算机设备和可读存储介质。
背景技术
随着我国智慧工地的大力发展，智慧工地信息系统的安全性也不容忽视。在智慧工地的系统同大量使用各种传感器和无线数据传输协议，这些数据如果不进行加密处理，会导致大量的工地数据外流，特别是设计到一些涉密建设工地。
目前，通常采用对关键数据进行加密或通过不同的加密方式对关键数据和所有同时进行加密；生成不同的秘钥存储在本地数据库中，并为每个终端建立对应秘钥的索引；终端接收传输的数据后根据索引查找对应的秘钥后，通过秘钥解密获得最终数据，但是加密方式单一，导致数据在传输过程中存在安全隐患。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供的数据通信的加密方法、装置、计算机设备和可读存储介质，解决了现有技术中数据通信的加密方法单一的问题，提高算法的可靠性和加密效率，防止算法的暴力破解，进一步地提高数据通信的安全性。
第一方面，本发明提供一种数据通信的加密方法，所述方法包括：获取公开密钥和私有密钥；根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据。
可选地，获取公开密钥和私有密钥，包括：获取第一素数和第二素数；根据所述第一素数和所述第二素数，获取第一中间数的欧拉函数，所述第一中间数为所述第一素数和所述第二素数的乘积；根据所述第一中间数据的欧拉函数和最大公约函数，计算出第二中间数；将所述第一中间数和所述第二中间数作为公开密钥，并根据所述第一中间数和所述第二中间数计算出私有密钥。
可选地，根据所述第一中间数和所述第二中间数计算出私有密钥的公式表达式为：
e·d≡1mod s(n)
其中，n表示第一中间数，e表示第二中间数，d表示私有密钥，s(n)表示第一中间数n的欧拉函数。
可选地，根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文的公式表达式为：
C＝Me mod n
其中，C表示一阶密文，M表示通信明文数据。
可选地，根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文，包括：选取一条椭圆曲线和所述椭圆曲线上一点作为基点；根据所述基点和所述私有密钥，生成曲线公钥；将所述一阶密文编码到所述椭圆曲线上，得到所述一阶密文对应的目标点；根据所述曲线公钥对所述目标点进行加密，得到所述二阶密文。
可选地，根据所述曲线公钥对所述目标点进行加密的公式表达式为：
Figure BDA0003093686450000021
其中，基点G的坐标为(x,y)，目标点C′的坐标为(m1,m2)，二阶密文C″为(C0,C1,C2)。
可选地，根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据，包括：根据所述私有密钥和二阶密文，计算出所述基点坐标；根据所述基点坐标，计算出目标点坐标；根据所述椭圆曲线，将所述目标点坐标转换成所述一阶密文；根据所述公有密钥，将所述一阶密文转计算出所述通信明文数据。
第二方面，本发明提供一种数据通信的加密装置，所述装置包括：密钥获取模块，用于获取公开密钥和私有密钥；一阶加密模块，用于根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；二阶加密模块，用于根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收到端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤获取公开密钥和私有密钥；根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据。
第四方面，本发明提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取公开密钥和私有密钥；根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过公开密钥加密算法和椭圆曲线加密算法对通信数据进行二次加密，公开密钥加密算法主要是采用相对合理长度钥匙对传输数据进行加密，实现数据的高效加密；所述椭圆曲线加密算法主要是对加密的密文进一步加密。通过数据的双重加密，解决了现有技术中加密方法单一的问题，提高算法的可靠性和加密效率，防止算法的暴力破解，进一步地提高数据通信的安全性。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种数据通信的加密方法的流程示意图；
图2所示为图1中步骤S103的具体流程示意图；
图3所示为本发明实施例提供的另一种数据通信的加密方法的流程示意图；
图4所示为本发明实施例提供的一种数据通信的加密装置的结构框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
图1所示为本发明实施例提供的一种数据通信的加密方法的流程示意图；如图1所示，所述数据通信的加密方法具体包括以下步骤：
步骤S101，获取公开密钥和私有密钥。
在本实施例中，获取公开密钥和私有密钥，包括：获取第一素数和第二素数；根据所述第一素数和所述第二素数，获取第一中间数的欧拉函数，所述第一中间数n为所述第一素数和所述第二素数的乘积；根据所述第一中间数据的欧拉函数和最大公约函数，计算出第二中间数；将所述第一中间数和所述第二中间数作为公开密钥，并根据所述第一中间数和所述第二中间数计算出私有密钥。
进一步地，根据所述第一中间数和所述第二中间数计算出私有密钥的公式表达式为：
e·d≡1mod s(n)
其中，n表示第一中间数，e表示第二中间数，d表示私有密钥，s(n)表示第一中间数n的欧拉函数。
需要说明的是，第一素数p和第二素数q为任意选定两个不同的大素数，计算第一中间数n＝pq，根据最大公约数函数gcd(e,s(n))＝1,计算出第二中间数e，在根据公式e·d≡1mod s(n)计算出d，其中e和n为公开密钥，d为私有密钥。
步骤S102，根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文。
在本实施例中，根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文的公式表达式为：
C＝Me mod n
其中，C表示一阶密文，M表示通信明文数据；需要说明的是，通信明文数据M是转换成二进制码的传输数据。
步骤S103，根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据。
在本实施例中，如图2所示，根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文具体包括以下步骤：
步骤S201，选取一条椭圆曲线和所述椭圆曲线上一点作为基点；
步骤S202，根据所述基点和所述私有密钥，生成曲线公钥；
步骤S203，将所述一阶密文编码到所述椭圆曲线上，得到所述一阶密文对应的目标点；
步骤S204，根据所述曲线公钥对所述目标点进行加密，得到所述二阶密文。
需要说明的是，在本实施例中描述一条FP上的椭圆曲线，常用到六个参量：T＝(p,a,b,n,x,y)，(p,a,b)用来确定一条椭圆曲线，p为素数域内点的个数，a和b是其内的两个大数；(x,y)为G基点的坐标，也是两个大数；n为点G基点的阶；以上六个量就可以描述一条椭圆曲线，以下是利用椭圆曲线进行加密通信的过程：(1)选定一条椭圆曲线FP(a,b)并取椭圆曲线上一点，作为基点G；(2)将上述步骤S101中的私有密钥d作为私钥，并生成公钥Q＝dG；(3)将FP(a,b)、基点G和点Q传给用户；(4)用户接到信息后，将待传输的一阶密文C编码到FP(a,b)上的一个目标点C′，并产生一个随机整数r；(5)公钥加密(密文C″是一个点对)：C″＝{rG,C′+rQ}。(6)私钥解密(C′+rQ-d(rG))，解密结果就是目标点C′，解密公式如下：C′+rQ-d(rG)＝C′+r(dG)-d(rG)＝C′；(7)对点C′进行解码就可以得到一阶密文C。
在本发明的另一个实施例中，根据所述曲线公钥对所述目标点进行加密的公式表达式为：
Figure BDA0003093686450000051
其中，基点G的坐标为(x,y)，目标点C′的坐标为(m1,m2)，二阶密文C″为(C0,C1,C2)。
在本实施例中，根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据，包括：根据所述私有密钥和二阶密文，计算出所述基点坐标；根据所述基点坐标，计算出目标点坐标；根据所述椭圆曲线，将所述目标点坐标转换成所述一阶密文；根据所述公有密钥，将所述一阶密文转计算出所述通信明文数据。
需要说明的是，所述的解密方法包括以下步骤：(1)首先计算dC0d＝(x,y)；(2)然后计算m1＝C1x-1mod p和m2＝C2y-1mod p；(3)得到一阶密文C＝(C1，C2)；(4)再对一阶密文C进行解密：M≡Cd mod n，即获得初始通信明文M。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过公开密钥加密算法和椭圆曲线加密算法对通信数据进行二次加密，公开密钥加密算法主要是采用相对合理长度钥匙对传输数据进行加密，实现数据的高效加密；所述椭圆曲线加密算法主要是对加密的密文进一步加密。通过数据的双重加密，解决了现有技术中加密方法单一的问题，提高算法的可靠性和加密效率，防止算法的暴力破解，进一步地提高数据通信的安全性。
图3所示为本发明实施例提供的另一种数据通信的加密方法的流程示意图，如图3所示，所述的加密方法包括以下步骤：
(11)任意选定两个不同的大素数p和q，计算n＝pq；
(12)任意选定一个数e，使得求最大公约数函数gcd(e,s(n))＝1,s(n)为欧拉函数；
(13)设定解密密匙为d：ed≡1mod s(n)，其中e和n为公开密匙，d为私有密匙；
(14)将间数据通信的明文M加密为一阶密文C，则有C＝Me mod n；
(15)对一阶密文C＝(m1，m2)∈FP×FP，随机选取一个整数k(1≤k≤n-1)，使得(x,y)＝kp，满足x和y均为非零元素，计算：
Figure BDA0003093686450000061
经过上述计算后，密文C＝(C1，C2)再次加密后为二阶密文(C0,C1,C2)。
所述的解密方法包括以下步骤：
(21)首先计算dC0d＝(x,y)；
(22)然后计算dC0d＝(x,y)和m2＝C2y-1mod p；
(23)得到一阶密文C＝(C1，C2)；
(24)再对一阶密文C进行解密：M≡Cd mod n，即获得初始通信明文M。
在本实施例中，所述步骤(11)步骤中，所采用的素数p和q具有大小的限制，为在保证加密算法安全性的同时，提高算法的效率，一般p和q的取值小于常规值1024。
在本实施例中，所述步骤(15)步骤中，数据的加密方式采用串联集成的加密方式进行，可以防止常规的针对单一加密方法的破解，进一步地提高加密算法的安全性。
在本实施例中，所述步骤(21)步骤中，保密密匙d的长度一般小于500，既保证了加密方法的安全性，也保证了解密的高效性。
图4所示为本发明实施例提供的一种数据通信的加密装置的结构框图；如图4所示，所述数据通信的加密装置包括：
密钥获取模块110，用于获取公开密钥和私有密钥；
一阶加密模块120，用于根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；
二阶加密模块130，用于根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收到端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据。
在本发明的另一个实施例中，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：获取公开密钥和私有密钥；根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据。
在本发明的又一个实施例中，提供一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实现以下步骤：获取公开密钥和私有密钥；根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (5)

1.一种数据通信的加密方法，其特征在于，所述方法包括：
获取公开密钥和私有密钥；
根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；
根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据；
其中，获取公开密钥和私有密钥，包括：获取第一素数和第二素数；根据所述第一素数和所述第二素数，获取第一中间数的欧拉函数，所述第一中间数为所述第一素数和所述第二素数的乘积；根据所述第一中间数的欧拉函数和最大公约函数，计算出第二中间数；将所述第一中间数和所述第二中间数作为公开密钥，并根据所述第一中间数和所述第二中间数计算出私有密钥；
根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文，包括：选取一条椭圆曲线和所述椭圆曲线上一点作为基点；根据所述基点和所述私有密钥，生成曲线公钥；将所述一阶密文编码到所述椭圆曲线上，得到所述一阶密文对应的目标点；根据所述曲线公钥对所述目标点进行加密，得到所述二阶密文；
根据所述第一中间数和所述第二中间数计算出私有密钥的公式表达式为：
其中，表示第一中间数，表示第二中间数，表示私有密钥，表示第一中间数的欧拉函数；
根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文的公式表达式为：
其中，表示一阶密文，表示通信明文数据；
根据所述曲线公钥对所述目标点进行加密的公式表达式为：
其中，基点的坐标为，目标点的坐标为，二阶密文为，p为素数域内点的个数。
2.如权利要求1所述的数据通信的加密方法，其特征在于，根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据，包括：
根据所述私有密钥和二阶密文，计算出所述基点坐标；
根据所述基点坐标，计算出目标点坐标；
根据所述椭圆曲线，将所述目标点坐标转换成所述一阶密文；
根据所述公开密钥，将所述一阶密文转计算出所述通信明文数据。
3.一种基于权利要求1所述的数据通信的加密方法的数据通信的加密装置，其特征在于，所述装置包括：
密钥获取模块，用于获取公开密钥和私有密钥；
一阶加密模块，用于根据所述公开密钥，将待加密的通信明文数据加密成一阶密文；
二阶加密模块，用于根据所述私有密钥和椭圆曲线加密方法，将所述一阶密文加密成二阶密文进行传输，使接收到端根据所述私有密钥对所述二阶密文和所述一阶密文进行解密，得到所述通信明文数据。
4.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至2中任一项方法的步骤。
5.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至2中任一项方法的步骤。
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