CN115085924B - 一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统 - Google Patents

一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统 Download PDF

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CN115085924B CN202211002391.1A CN202211002391A CN115085924B CN 115085924 B CN115085924 B CN 115085924B CN 202211002391 A CN202211002391 A CN 202211002391A CN 115085924 B CN115085924 B CN 115085924B
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Abstract

本发明涉及移动通信技术领域，提出了一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，包括：数据处理单元，得到每个子空间的随机度；选取密钥空间，在密钥空间中选取密钥；得到相同概率字符集合中每个不同字符的优先级排序；编码单元，得到每个不同字符的编码数据；加密单元，得到每个不同字符的最优路径；得到每个不同字符的欧式距离标签；得到每个不同字符的距离调整参数；得到每个不同字符方向调整参数的前置参数；得到每个不同字符的方向调整参数；得到加密文本。本发明由用户自己设置密钥对文本进行加密，具有更高的安全性。

Description

一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，具体涉及一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统。
背景技术
随着社会的发展，计算机对于每个人的工作和生活来说都必不可少，计算机作为实际生活中主要信息传递途径之一，它承载的文本文件信息的安全性对个人和企业都至关重要，因此，对于重要的文本文件信息需要对其进行加密。
现有的文本信息的加密方式主要分为两大类：距离调整加密和文本替换加密，距离调整加密因为计算量小故使用更广泛，但是现有的距离调整加密方式对不同的明文信息都是基于同一种算法进行加密，在掌握了该种加密方式算法的同时，对该种算法下所有加密过的明文信息可全部破解，安全性不够。
本发明在文本数据进行基于优化霍夫曼编码的基础上，利用霍夫曼二叉树原理并结合用户自己设置加密密钥对明文文本进行一种更安全的距离调整加密。
发明内容
本发明提供一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，以解决现有加密方式安全性差的问题。
本发明的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，采用如下技术方案，包括：
数据处理单元，对所有字符进行划分，得到字符个数相同的多个子空间，利用每个子空间中所有字符在该子空间的概率得到每个子空间的随机度；
在所有子空间的随机度中选取最大随机度对应的子空间作为密钥空间，在密钥空间中依次随机选取多个不同字符作为密钥；
计算每个字符在所有字符中的概率，将相同概率的字符划分为一组，得到所有相同概率字符集合；获取密钥中的第一密钥所在位置，根据第一密钥与每个相同概率字符集合中每相同字符首先出现在该第一密钥之后的位置之间的距离得到每个相同概率字符集合中每个不同字符的优先级排序；
编码单元，利用所有组概率相同的每个不同字符的优先级排序对所有不同字符进行霍夫曼编码，得到每个不同字符的编码数据；
加密单元，利用霍夫曼二叉树中每个不同字符与所有密钥的路径长度得到每个不同字符的最优路径；
通过每个不同字符每次出现的位置与所有字符中第一个字符的欧式距离得到每个不同字符的欧式距离标签；
通过每个不同字符的最优路径和欧式距离标签得到每个不同字符的过渡参数；通过对所有不同字符的过渡参数中每个不同字符的过渡参数的大小排序得到每个不同字符的距离调整参数；
通过每个不同字符的编码数据和所有密钥在所有字符中的概率得到每个不同字符方向调整参数的前置参数；
通过每个不同字符方向调整参数的前置参数中首位非零元素是否为质数得到每个不同字符的方向调整参数；
将所有字符进行划分，得到不同字符个数相等的多个加密空间，将多个密钥倒序分配给所有加密空间，通过每个加密空间中密钥的位置、每个不同字符的编码数据、每个不同字符的距离调整参数和方向调整参数得到所有加密文本。
进一步的，所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，得到每个不同字符的方向调整参数的方法为：
若每个不同字符方向调整参数的前置参数中首位非零元素是质数，则该不同字符的方向调整参数为1，设定方向调整参数为1表示“右”；
若每个不同字符方向调整参数的前置参数中首位非零元素不是质数，则该不同字符的方向调整参数为0，设定方向调整参数为0表示“左”。
进一步的，所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，得到每个不同字符方向调整参数的前置参数的方法为：
将每个不同字符编码数据转换为十进制，得到每个不同字符的十进制编码数据；
通过每个不同字符的十进制编码数据和所有密钥在所有字符中的概率均值得到每个不同字符方向调整参数的前置参数。
进一步的，所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，所述每个不同字符的过渡参数为每个不同字符的最优路径和欧式距离标签值的乘积。
进一步的，所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，得到每个不同字符的最优路径的方法为：
获取所有不同字符与依次选取的第一个密钥在霍夫曼二叉树中的路径长度，作为所有不同字符的第一路径长度；
若在得到的所有第一路径长度中，当前不同字符的第一路径长度唯一出现，将当前不同字符的第一路径长度作为当前不同字符的最优路径；否则，计算所有重复第一路径长度对应的所有不同字符与依次选取的第二个密钥在霍夫曼二叉树中的路径长度，作为第二路径长度；
若在得到的所有第二路径长度中，当前不同字符的第二路径长度唯一出现，将当前不同字符的第二路径长度作为当前不同字符的最优路径；否则，计算所有重复第二路径长度对应的所有不同字符与依次选取的第三个密钥在霍夫曼二叉树中的路径长度，作为第三路径长度；
若在得到的所有第三路径长度中，当前不同字符的第三路径长度唯一出现，将当前不同字符的第三路径长度作为当前不同字符的最优路径；否则，利用依次选取的第一个密钥与第二个密钥在霍夫曼二叉树中的路径长度以及当前不同字符的第一路径长度得到当前不同字符的最优路径。
进一步的，所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，所述加密空间的个数与密钥个数相等。
进一步的，所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，每个子空间的随机度的表达式为：
Figure 932411DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示第
Figure 689015DEST_PATH_IMAGE004
个子空间的随机度，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表示第
Figure 622467DEST_PATH_IMAGE004
个子空间中第
Figure 464521DEST_PATH_IMAGE005
种字符，
Figure 390888DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 674102DEST_PATH_IMAGE004
个子空间中的字符种类数，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表示第
Figure 840773DEST_PATH_IMAGE004
个子空间中第
Figure 842227DEST_PATH_IMAGE005
种字符的概率。
进一步的，所述第一密钥是在密钥空间中依次选取的第一个密钥。
本发明的有益效果是：本发明在密钥空间中随机选取多个不同字符作为密钥，对所有字符进行优化霍夫曼编码，得到每个不同字符的编码数据，最后通过加密空间中密钥的位置、字符的编码数据、字符的距离调整参数和方向调整参数得到加密文本，相对于现有技术，本发明由用户自己设置密钥对文本进行加密，具有更高的安全性。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统的实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统的实施例，如图1所示，包括：
本发明的主要目的是：利用优化后霍夫曼编码根据用户自主选择明文字符生成加密密钥，根据密钥和明文字符的代码信息以及路径信息计算密文文本顺序调整参数，而后依据密文文本顺序调整参数进行明文文本的动态加密以实现计算机中文本信息的安全传输。
本发明所针对的情景为：
在计算机的信息传输中，用户对于文本文件使用频率更高。因为文件的重要性往往需要足够的私密性，而统一的加密方式其安全程度并不高，假借其他人手的加密方式并不可靠。所以通过用户主观选择不同字符生成密钥，根据密钥携带信息并结合霍夫曼编码来调整文本字符顺序的方式来实现文本的动态加密传输。
本发明需要实现通过用户自主选择明文文本内的字符自主生成密钥，并通过加密密钥和明文文本生成优化霍夫曼二叉树的方式来实现文本的动态加密，故首先需要统计明文文本信息中各个字符的数据信息，统计字符数据信息的方式如下：
101、数据处理单元，对所有字符进行划分，得到字符个数相同的多个子空间，利用每个子空间中所有字符在该子空间的概率得到每个子空间的随机度。
所述所有字符在该子空间的概率是指每种字符在该子空间的概率。
对所有文本字符内每种字符
Figure 306706DEST_PATH_IMAGE008
出现概率进行计算并整合生成概率序列：
Figure 506743DEST_PATH_IMAGE010
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示第
Figure 578735DEST_PATH_IMAGE012
种字符出现的概率，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 926540DEST_PATH_IMAGE014
表示字符的种类数。
文件加密的最优方式为用户自主设置加密方式，且用户自主设计的加密方式越是随机，加密效果越好。本实施例通过对文本文档进行霍夫曼编码的基础上，结合用户随机选择所有字符中单独
Figure DEST_PATH_IMAGE015
个不同字符的编码信息，调整文本的顺序，从而实现明文文本的动态加密。
用户从所有字符中选择
Figure 739251DEST_PATH_IMAGE015
个不同字符越随机，加密后文件的安全性就越高。
但是由于整个字符空间过大，字符过多，选择不方便，为方便用户选择文本生成密钥，故将整体明文字符空间进行等距划分为子空间序列，计算每个子空间
Figure 997057DEST_PATH_IMAGE016
的随机度
Figure 958060DEST_PATH_IMAGE003
，选择最大随机度
Figure DEST_PATH_IMAGE017
所在子空间作为用户选择文本生成密钥的子空间。
子空间划分方式如下：
以字符个数
Figure 730844DEST_PATH_IMAGE018
将所有字符空间划分为
Figure DEST_PATH_IMAGE019
个子空间，每个子空间分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
其中，
Figure 428803DEST_PATH_IMAGE016
表示第
Figure 541116DEST_PATH_IMAGE004
个子空间，
Figure 938599DEST_PATH_IMAGE019
表示子空间的个数。
其中
Figure 136362DEST_PATH_IMAGE019
的计算方式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
式中
Figure 11914DEST_PATH_IMAGE024
为每个子空间的字符个数，可根据实际字符空间大小，选择相应的
Figure 306630DEST_PATH_IMAGE024
值。（建议值为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，即每个子空间含有50个字符，在方便用户选取
Figure 94588DEST_PATH_IMAGE015
个不同字符的基础上也有相对较大的随机度）。
子空间随机度计算如下：
对第
Figure 45227DEST_PATH_IMAGE004
个子空间的样本随机度
Figure 724470DEST_PATH_IMAGE003
进行计算，
Figure 811374DEST_PATH_IMAGE003
的表达式为:
Figure 285081DEST_PATH_IMAGE026
其中
Figure 457436DEST_PATH_IMAGE005
表示子空间中第
Figure 940370DEST_PATH_IMAGE005
种字符，
Figure 881782DEST_PATH_IMAGE007
表示第
Figure 539771DEST_PATH_IMAGE004
个子空间中第
Figure 199423DEST_PATH_IMAGE005
种字符的概率，
Figure 220469DEST_PATH_IMAGE006
表示子空间中的字符种类数。
当
Figure 281965DEST_PATH_IMAGE003
越大，证明该子空间里数据越混杂，用户在当前的子空间内选择
Figure 363054DEST_PATH_IMAGE015
个不同字符作为密钥的随机性越大。
计算所有子空间
Figure 510001DEST_PATH_IMAGE016
的
Figure 272421DEST_PATH_IMAGE003
值，得到序列：
Figure 250741DEST_PATH_IMAGE028
102、在所有子空间的随机度中选取最大随机度对应的子空间作为密钥空间，在密钥空间中依次随机选取多个不同字符作为密钥；
选择
Figure DEST_PATH_IMAGE029
中
Figure 987884DEST_PATH_IMAGE030
值所对应的子空间，以该子空间的所有种字符作为用户挑选子空间，用户从该子空间中选择
Figure 622128DEST_PATH_IMAGE015
个不同字符（本实施例以
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为例，即3个密钥分别为：
Figure 516135DEST_PATH_IMAGE032
）作为密钥。
通过明文字符和加密密钥
Figure 286645DEST_PATH_IMAGE032
生成霍夫曼二叉树，而后以每一种明文字符和加密密钥作为霍夫曼二叉树的节点，通过计算明文字符和加密密钥
Figure 709536DEST_PATH_IMAGE032
在霍夫曼二叉上节点的路径以及明文字符的编码信息来计算密文的距离调整参数和方向调整参数。
上述中通过子空间的划分选择可加密密钥
Figure 565496DEST_PATH_IMAGE032
。而后需要进行密文的顺序调整参数的计算，具体为：生成优化霍夫曼二叉树、通过密钥
Figure 482768DEST_PATH_IMAGE032
和明文字符在霍夫曼二叉树中的节点计算密文距离调整参数
Figure DEST_PATH_IMAGE033
、利用明文节点的霍夫曼编码计算密文的方向调整参数
Figure 170101DEST_PATH_IMAGE034
。
利用明文字符和密钥
Figure 701577DEST_PATH_IMAGE032
生成霍夫曼二叉树，并通过明文字符在二叉树的节点进行霍夫曼编码。
传统的霍夫曼编码对于参数出现相同概率选择的解决办法为随机相加，对应在本实施例中为明文中某几种字符出现的概率相同，霍夫曼二叉树最底层明文字符进行相加概率相同，自最底层向上相加概率也有相同，导致在加密的过程中无法保证明文字符和加密密钥
Figure 107150DEST_PATH_IMAGE032
的唯一性以及解密密文的时候因为随机相加不能生成解密密钥。故需要对传统的霍夫曼二叉树进行优化。霍夫曼编码的优化如下：
103、计算每个字符在所有字符中的概率，将相同概率的字符划分为一组，得到所有相同概率字符集合；获取密钥中的第一密钥所在位置，根据第一密钥与每个相同概率字符集合中每相同字符首先出现在该第一密钥之后的位置之间的距离得到每个相同概率字符集合中每个不同字符的优先级排序。所述相同概率字符集合中包含相同字符和不同字符。
第一个优化是初始概率相同问题的优化，首先对字符空间中所有相等概率所对应的多种字符依据其概率值进行统计分类，分类规则为字符所对应的概率值
Figure DEST_PATH_IMAGE035
相等的为同一类，生成序列：
Figure DEST_PATH_IMAGE037
式中：序列
Figure 280643DEST_PATH_IMAGE038
表示概率值为
Figure 838794DEST_PATH_IMAGE035
的所有字符的集合,
Figure DEST_PATH_IMAGE039
表示该集合中的字符种类数，
Figure 337908DEST_PATH_IMAGE040
表示第1个概率值为
Figure 168461DEST_PATH_IMAGE035
的字符，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
表示第2个概率值为
Figure 411224DEST_PATH_IMAGE035
的字符，
Figure 338728DEST_PATH_IMAGE042
表示第
Figure 212006DEST_PATH_IMAGE039
个概率值为
Figure 86114DEST_PATH_IMAGE035
的字符。
对所有的序列
Figure 335830DEST_PATH_IMAGE038
依照其概率值
Figure 117841DEST_PATH_IMAGE035
大小进行由小到大升序排列，计算用户选择的第一个密钥与每一个概率下的序列中每种字符在第一个密钥后第一次出现的位置之间的距离，根据距离大小对每个序列
Figure 162021DEST_PATH_IMAGE038
中的所有种字符进行由小到大升序赋权，得到第一优先级权值序列
Figure DEST_PATH_IMAGE043
：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
式中：
Figure 295062DEST_PATH_IMAGE046
表示第1个概率值为
Figure 82889DEST_PATH_IMAGE035
的字符在概率值为
Figure 470139DEST_PATH_IMAGE035
的所有种字符中的优先级，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
表示第2个概率值为
Figure 481958DEST_PATH_IMAGE035
的字符在概率值为
Figure 774399DEST_PATH_IMAGE035
的所有种字符中的优先级，
Figure 162655DEST_PATH_IMAGE048
表示第
Figure 856941DEST_PATH_IMAGE039
个概率值为
Figure 305240DEST_PATH_IMAGE035
的字符在概率值为
Figure 819398DEST_PATH_IMAGE035
的所有种字符中的优先级。
第二个优化是相加概率相同问题的优化，初始概率相同时，相加的概率必然有相同，即二叉树的第二层开始，有很大几率有下层概率相加值相等，与原本该层的初始概率值相等混杂出现，上述第一优先级权值序列对应的概率作为第一优先级，而后对下层概率相加的前后顺序作为第二优先级，生成第二优先级序列。
104、编码单元，利用所有组概率相同的每个不同字符的优先级排序对所有不同字符进行霍夫曼编码，得到每个不同字符的编码数据。
而后对整体明文字符和加密密钥建立霍夫曼二叉树，依照霍夫曼编码规则进行编码，编码过程中遇到概率相同的场景，首先根据第一优先级检索，进行第一优先级编码，对第一优先级序列内的字符编码结束或者只剩一个概率时，则检索第二优先级，根据第二优先级进行编码。规定霍夫曼二叉树中左侧路径为“0”，右侧路径为“1”，每一种明文字符和每一个加密密钥均作为一个独立的节点。
至此，得到了所有明文字符和加密密钥的唯一二叉树节点和唯一编码。
105、加密单元，利用霍夫曼二叉树中每个不同字符与所有密钥的路径长度得到每个不同字符的最优路径。
对霍夫曼二叉树中上述用户选择的密钥
Figure 762078DEST_PATH_IMAGE032
位置进行标记，以两个临近的节点之间的路径作为初始单位“1”。
以
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为初始节点搜寻其余节点（其余节点为不同字符节点），若所有种字符和密钥
Figure 107608DEST_PATH_IMAGE049
的路径长度
Figure 664492DEST_PATH_IMAGE050
中无和第
Figure 728262DEST_PATH_IMAGE012
个字符与密钥
Figure 661583DEST_PATH_IMAGE049
的路径长度
Figure DEST_PATH_IMAGE051
相同的路径长度，记第
Figure 861621DEST_PATH_IMAGE012
个样本的最优路径（即最优路径长度）为
Figure 402454DEST_PATH_IMAGE051
；所述第
Figure 156784DEST_PATH_IMAGE012
个字符为第
Figure 893796DEST_PATH_IMAGE012
种字符。
若
Figure 213919DEST_PATH_IMAGE050
中存在其它种字符与密钥
Figure 112604DEST_PATH_IMAGE049
的路径长度和
Figure 150968DEST_PATH_IMAGE051
相同，则以
Figure 426091DEST_PATH_IMAGE052
作为初始节点对该几个节点（路径长度相同对应的节点）搜寻，得到和第
Figure 335141DEST_PATH_IMAGE012
个字符与密钥
Figure 935887DEST_PATH_IMAGE049
的路径长度相同的字符与密钥
Figure 678191DEST_PATH_IMAGE052
的路径长度
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，若
Figure 350480DEST_PATH_IMAGE053
中无和第
Figure 317299DEST_PATH_IMAGE012
个字符与密钥
Figure 885684DEST_PATH_IMAGE052
的路径长度
Figure 570743DEST_PATH_IMAGE054
相同的路径长度，记第
Figure 719DEST_PATH_IMAGE012
个字符的最优路径为
Figure 87623DEST_PATH_IMAGE054
。若
Figure 826909DEST_PATH_IMAGE053
中存在其它种字符与密钥
Figure 999265DEST_PATH_IMAGE052
的路径长度和
Figure 482198DEST_PATH_IMAGE054
相同，则以
Figure DEST_PATH_IMAGE055
作为初始节点对该几个节点（
Figure 954768DEST_PATH_IMAGE053
中路径长度相等对应的节点）搜寻，记路径长度为
Figure 68218DEST_PATH_IMAGE056
。
若
Figure 275339DEST_PATH_IMAGE056
中无和第
Figure 296385DEST_PATH_IMAGE012
个字符与密钥
Figure 357882DEST_PATH_IMAGE055
的路径长度
Figure DEST_PATH_IMAGE057
相同的路径长度，记第
Figure 907812DEST_PATH_IMAGE012
个字符的最优路径为
Figure 117076DEST_PATH_IMAGE057
，否则进行下述步骤：
特殊情况霍夫曼二叉树第一层左侧字符和右侧字符的对应路径长度
Figure 879496DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure DEST_PATH_IMAGE059
始终相同，则根据明文密钥
Figure 342969DEST_PATH_IMAGE049
所在节点至明文密钥
Figure 594959DEST_PATH_IMAGE052
所在节点的路径长度
Figure 963624DEST_PATH_IMAGE060
修正
Figure 326472DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 362561DEST_PATH_IMAGE059
得到
Figure DEST_PATH_IMAGE061
和
Figure 519873DEST_PATH_IMAGE062
，作为对应字符的最优路径。具体如下：
Figure 185953DEST_PATH_IMAGE064
Figure 86913DEST_PATH_IMAGE066
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE067
为取余运算。
至此，获得了所有不同明文字符和加密密钥节点的最优路径
Figure 977508DEST_PATH_IMAGE068
：
Figure 571301DEST_PATH_IMAGE070
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE071
Figure 711295DEST_PATH_IMAGE072
Figure 353629DEST_PATH_IMAGE072
l=1,2,3 。
106、通过每个不同字符每次出现的位置与所有字符中第一个字符的欧式距离得到每个不同字符的欧式距离标签。
接着获取明文字符的欧式距离标签，具体方法如下：
首先对明文字符在所有字符中每次出现的位置进行统计，统计方式为每个相邻的明文字符的间隔为一个欧式距离，得到每个不同明文字符（即为每种明文字符）每次出现位置与所有字符中第一个字符的欧式距离序列
Figure DEST_PATH_IMAGE073
。
Figure DEST_PATH_IMAGE075
式中：
Figure 177360DEST_PATH_IMAGE076
表示第
Figure 942053DEST_PATH_IMAGE012
个不同明文字符（即为每种明文字符）第
Figure DEST_PATH_IMAGE077
次出现的位置与所有字符中第一个字符的欧式距离，
Figure 569344DEST_PATH_IMAGE078
表示第
Figure 15369DEST_PATH_IMAGE012
个不同明文字符一共出现的次数。
获得第
Figure 428027DEST_PATH_IMAGE012
个不同明文字符的欧式距离标签
Figure DEST_PATH_IMAGE079
，表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE081
按照上述方法获取所有不同明文字符的欧式距离标签
Figure 832463DEST_PATH_IMAGE082
。
至此，获取了所有不同明文字符的欧式距离标签。
107、通过每个不同字符的最优路径和欧式距离标签得到每个不同字符的过渡参数；通过对所有不同字符的过渡参数中每个不同字符的过渡参数的大小排序得到每个不同字符的距离调整参数。
获取距离调整参数的方法如下：
上述获得了所有不同明文字符和加密密钥节点的最优路径
Figure 212629DEST_PATH_IMAGE068
以及明文字符的欧式距离标签
Figure 462345DEST_PATH_IMAGE079
，故根据
Figure 978777DEST_PATH_IMAGE068
与
Figure 22956DEST_PATH_IMAGE079
对距离调整参数进行计算，计算方式如下：
Figure 641150DEST_PATH_IMAGE084
Figure 428978DEST_PATH_IMAGE086
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE087
表示
Figure 799916DEST_PATH_IMAGE033
的过渡参数，
Figure 77314DEST_PATH_IMAGE088
表示所有不同明文字符的过渡参数集合，
Figure DEST_PATH_IMAGE089
表示排序函数，为
Figure 166493DEST_PATH_IMAGE090
在
Figure 492432DEST_PATH_IMAGE088
中的大小顺序，
Figure 731259DEST_PATH_IMAGE033
表示第
Figure 382820DEST_PATH_IMAGE012
个不同明文字符对应的过渡参数
Figure 959295DEST_PATH_IMAGE087
在所有明文字符的过渡参数
Figure 88925DEST_PATH_IMAGE088
中的排序，将其作为第
Figure 700035DEST_PATH_IMAGE012
个不同明文字符进行加密的距离调整参数。
对所有的不同明文字符都采用上述的方式进行计算，获得所有不同明文字符一一对应的距离调整参数序列
Figure DEST_PATH_IMAGE091
。
至此，获得了所有不同明文字符的距离调整参数。
108、通过每个不同字符的编码数据和所有密钥在所有字符中的概率得到每个不同字符方向调整参数的前置参数。
每一个不同明文字符在优化后的霍夫曼二叉树中具有唯一节点，对应唯一编码，用户选择的加密密钥在明文字符中出现次数是确定的、唯一的，故根据这两个参数计算密文的方向调整参数
Figure 788076DEST_PATH_IMAGE034
。
通过编码得到所有不同明文字符的唯一代码，其组织构成为“0”和“1”的二进制表现形式，故首先将每个不同明文字符的二进制编码转换成十进制形式，得到明文字符的十进制码序列：
Figure DEST_PATH_IMAGE093
其中：
Figure 337000DEST_PATH_IMAGE094
表示第
Figure 332638DEST_PATH_IMAGE012
个不同明文字符的十进制编码。
现提取加密密钥
Figure 735938DEST_PATH_IMAGE032
在所有字符中分别对应的概率
Figure DEST_PATH_IMAGE095
，
Figure 260460DEST_PATH_IMAGE096
，
Figure DEST_PATH_IMAGE097
，现对加密密钥对应的概率进行计算得到密钥出现次数参数
Figure 545948DEST_PATH_IMAGE098
，表达式如下：
Figure 830430DEST_PATH_IMAGE100
式中：
Figure 88236DEST_PATH_IMAGE015
表示第
Figure 314818DEST_PATH_IMAGE015
个密钥。
109、通过每个不同字符方向调整参数的前置参数中首位非零元素是否为质数得到每个不同字符的方向调整参数。
获取密文方向调整参数，具体方法如下：
最后利用
Figure 290864DEST_PATH_IMAGE094
和
Figure 362725DEST_PATH_IMAGE098
对密文的方向调整参数
Figure 740617DEST_PATH_IMAGE034
进行计算，计算方式如下所示：
Figure 872521DEST_PATH_IMAGE102
Figure 335863DEST_PATH_IMAGE104
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE105
表示距离调整参数的前置参数，规定
Figure 696569DEST_PATH_IMAGE106
为右，
Figure DEST_PATH_IMAGE107
为左。
至此获得了所有不同字符的方向调整参数
Figure 725705DEST_PATH_IMAGE034
。
110、将所有字符进行划分，得到不同字符个数相等的多个加密空间，将多个密钥倒序分配给所有加密空间，通过每个加密空间中密钥的位置、每个不同字符的编码数据、每个不同字符的距离调整参数和方向调整参数得到所有加密文本。
上述步骤获得了每个不同字符所对应的距离调整参数
Figure 294089DEST_PATH_IMAGE033
和方向调整参数
Figure 979148DEST_PATH_IMAGE034
，现根据用户所选择的密钥
Figure 658391DEST_PATH_IMAGE032
以及
Figure 745296DEST_PATH_IMAGE033
和
Figure 978524DEST_PATH_IMAGE034
对所有字符进行加密，加密规则为：
首先将所有种字符（即所有不同字符）根据字符种类数（即不同字符个数）等距划分为
Figure 213197DEST_PATH_IMAGE108
个，
Figure 633814DEST_PATH_IMAGE108
与密钥个数相等，故本实施例中
Figure DEST_PATH_IMAGE109
。划分得到的字符空间分别为：
Figure 371962DEST_PATH_IMAGE110
。
其次将密钥进行分配，分配方式为倒序分配，即
Figure DEST_PATH_IMAGE111
。
最后以每个空间的密钥位置为初始位置结合每个不同字符的距离调整参数
Figure 16570DEST_PATH_IMAGE033
和方向调整参数
Figure 489271DEST_PATH_IMAGE034
搭建加密文本完成文本的加密。
一个例子为：
Figure 448000DEST_PATH_IMAGE112
内的一个不同字符（即一种字符）的
Figure DEST_PATH_IMAGE113
，
Figure 40655DEST_PATH_IMAGE107
，即代表加密后的该字符位置在
Figure 121744DEST_PATH_IMAGE055
左侧第10个位置。
对未加密前文本和加密后的文本中所有字符分别进行位置标记，建立映射函数方便后续解密，具体操作如下所示：
遍历所有加密前文本中的字符，选择合适算法记录其位置；
遍历所有加密后文本中的字符，选择合适算法记录其位置；
根据字符出现的先后顺序对加密前后的位置建立映射函数。
文本的解密只需要对映射函数进行反解即可。
因为加密后的文件大量为重复的连续出现的字符，故可以使用游程编码进行存储，节省大量空间，而后对文本信息进行传输即可。
本发明在密钥空间中随机选取多个不同字符作为密钥，对所有字符进行优化霍夫曼编码，得到每个不同字符的编码数据，最后通过加密空间中密钥的位置、字符的编码数据、字符的距离调整参数和方向调整参数得到加密文本，相对于现有技术，本发明由用户自己设置密钥对文本进行加密，具有更高的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，其特征在于，包括：
数据处理单元，对所有字符进行划分，得到字符个数相同的多个子空间，利用每个子空间中所有字符在该子空间的概率得到每个子空间的随机度；
在所有子空间的随机度中选取最大随机度对应的子空间作为密钥空间，在密钥空间中依次随机选取多个不同字符作为密钥，选取多个字符则对应多个密钥；
计算每个字符在所有字符中的概率，将相同概率的字符划分为一组，得到所有相同概率字符集合；获取密钥中的第一密钥在所有字符中的位置，根据第一密钥与每个相同概率字符集合中每相同字符首先出现在该第一密钥之后的位置之间的距离得到每个相同概率字符集合中每个不同字符的优先级排序；
编码单元，利用所有组概率相同的每个不同字符的优先级排序对所有不同字符进行霍夫曼编码，得到每个不同字符的编码数据；
加密单元，利用霍夫曼二叉树中每个不同字符与所有密钥的路径长度得到每个不同字符的最优路径；
通过每个不同字符每次出现的位置与所有字符中第一个字符的欧式距离得到每个不同字符的欧式距离标签；
通过每个不同字符的最优路径和欧式距离标签得到每个不同字符的过渡参数；通过对所有不同字符的过渡参数中每个不同字符的过渡参数的大小排序得到每个不同字符的距离调整参数；
通过每个不同字符的编码数据和所有密钥在所有字符中的概率得到每个不同字符方向调整参数的前置参数；
通过每个不同字符方向调整参数的前置参数中首位非零元素是否为质数得到每个不同字符的方向调整参数；
将所有字符进行划分，得到不同字符个数相等的多个加密空间，将多个密钥倒序分配给所有加密空间，通过每个加密空间中密钥的位置、每个不同字符的编码数据、每个不同字符的距离调整参数和方向调整参数得到所有加密文本。
2.根据权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，其特征在于，得到每个不同字符的方向调整参数的方法为：
若每个不同字符方向调整参数的前置参数中首位非零元素是质数，则该不同字符的方向调整参数为1，设定方向调整参数为1表示“右”；
若每个不同字符方向调整参数的前置参数中首位非零元素不是质数，则该不同字符的方向调整参数为0，设定方向调整参数为0表示“左”。
3.根据权利要求2所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，其特征在于，得到每个不同字符方向调整参数的前置参数的方法为：
将每个不同字符编码数据转换为十进制，得到每个不同字符的十进制编码数据；
通过每个不同字符的十进制编码数据和所有密钥在所有字符中的概率均值得到每个不同字符方向调整参数的前置参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，其特征在于，所述每个不同字符的过渡参数为每个不同字符的最优路径和欧式距离标签值的乘积。
5.根据权利要求4所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，其特征在于，得到每个不同字符的最优路径的方法为：
获取所有不同字符与依次选取的第一个密钥在霍夫曼二叉树中的路径长度，作为所有不同字符的第一路径长度；
若在得到的所有第一路径长度中，当前不同字符的第一路径长度唯一出现，将当前不同字符的第一路径长度作为当前不同字符的最优路径；否则，计算所有重复第一路径长度对应的所有不同字符与依次选取的第二个密钥在霍夫曼二叉树中的路径长度，作为第二路径长度；
若在得到的所有第二路径长度中，当前不同字符的第二路径长度唯一出现，将当前不同字符的第二路径长度作为当前不同字符的最优路径；否则，计算所有重复第二路径长度对应的所有不同字符与依次选取的第三个密钥在霍夫曼二叉树中的路径长度，作为第三路径长度；
若在得到的所有第三路径长度中，当前不同字符的第三路径长度唯一出现，将当前不同字符的第三路径长度作为当前不同字符的最优路径；否则，利用依次选取的第一个密钥与第二个密钥在霍夫曼二叉树中的路径长度以及当前不同字符的第一路径长度得到当前不同字符的最优路径。
6.根据权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，其特征在于，所述加密空间的个数与密钥个数相等。
7.根据权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，其特征在于，每个子空间的随机度的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表示第
Figure DEST_PATH_IMAGE006
个子空间的随机度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示第
Figure 23678DEST_PATH_IMAGE006
个子空间中第
Figure 252403DEST_PATH_IMAGE008
种字符，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表示第
Figure 108556DEST_PATH_IMAGE006
个子空间中的字符种类数，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示第
Figure 753033DEST_PATH_IMAGE006
个子空间中第
Figure 160881DEST_PATH_IMAGE008
种字符的概率。
8.根据权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的计算机信息传输加密系统，其特征在于，所述第一密钥是在密钥空间中依次选取的第一个密钥。
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