CN115276989A - 基于方向置乱的序列化数据加密方法 - Google Patents

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CN115276989A CN202211186098.5A CN202211186098A CN115276989A CN 115276989 A CN115276989 A CN 115276989A CN 202211186098 A CN202211186098 A CN 202211186098A CN 115276989 A CN115276989 A CN 115276989A
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Abstract

本发明涉及加密传输技术领域，具体涉及基于方向置乱的序列化数据加密方法，包括如下步骤：基于随机码和置乱码构建加密字典；获取待加密二进制数据并进行分组得到多个子二进制数；为每个子二进制数构建方向网络，获得所有方向、填充位、随机位以及方向编号；构建起始方向编号序列，获取每个子二进制数的起始方向；对随机位进行填充获取随机码；根据随机码获得置乱码，进一步得到子二进制数的每个二进制位的步长；根据每个子二进制数的起始方向以及每个二进制位的步长对填充位进行填充，进而得到密文。本发明得到的密文复杂度高，可抵抗暴力破解攻击和统计分析攻击。

Description

基于方向置乱的序列化数据加密方法
技术领域
本发明涉及加密传输领域，具体涉及基于方向置乱的序列化数据加密方法。
背景技术
随着互联网的快速发展，网络活动越来越频繁，越来越多的音频数据、图像数据、视频数据需要通过网络来传输，而无论是音频数据、图像数据、视频数据还是文本数据等都需要经过序列化转换成二进制数据进行存储或传输。为确保数据安全性，需对序列化数据进行加密存储或传输。
现有的加密方法，如AES、DES加密方法的加密结果具有唯一性，例如对于相同的明文采用相同的密钥加密的结果相同。可能会被攻击者利用进行统计分析攻击，造成数据泄露。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于方向置乱的序列化数据加密方法，包括如下步骤：
构建加密字典；获取待加密数据，对待加密数据进行序列化得到待加密的二进制数据，将待加密的二进制数据划分为多个第三预设位数的二进制数，记为子二进制数；为每个子二进制数构建一个方向网格，并获得方向网格的所有方向、随机位、填充位以及每个方向的方向编号；
利用混沌映射获取待加密的二进制数据的起始方向编号序列；将每个子二进制数的序号作为第一序号，将起始方向编号序列中第一序号位置处的元素作为所述子二进制数的起始方向编号；在每个子二进制数的方向网格中，将方向编号为所述子二进制数的起始方向编号的方向作为所述子二进制数的起始方向；
根据每个子二进制数的方向网格构建每个子二进制数的随机码，将每个子二进制数的随机码在加密字典中对应的置乱码作为每个子二进制数的置乱码；
获取每个子二进制数的所有二进制位的序号作为第二序号，将每个子二进制数的置乱码分别与所述子二进制数的所有第二序号的二进制分别进行异或操作，得到多个步长二进制数，将所有步长二进制数转换为十进制，得到所述子二进制数的每个二进制位的步长；
根据每个子二进制数的起始方向以及所述子二进制数的每个二进制位的步长对所述子二进制数的方向网格的填充位进行填充；
根据每个子二进制数的方向网格得到密文。
优选的，所述构建加密字典包括：
生成位数为第一预设位数的所有二进制随机数，记为随机码；生成位数为第二预设位数的所有二进制随机数，记为置乱码；将随机码与置乱码进行随机组合得到加密字典。
优选的，所述构建方向网格，并获得方向网格的所有方向、随机位、填充位以及每个方向的方向编号包括：
构建预设尺寸的方向网格，获取方向网格的中心网格点到剩余网格点的方向，作为该方向网格的所有方向；将方向网格所有方向上距离所述中心网格点最近的网格点作为填充位；将方向网格上除填充位外的所有网格点作为随机位；按照预设顺序对方向网格的所有方向从0开始进行编号，编号结果作为每个方向的方向编号。
优选的，所述利用混沌映射获取待加密的二进制数据的起始方向编号序列包括：
获取子二进制数的个数；获取方向网格的最大方向编号，利用混沌映射获取长度为所述子二进制数的个数的序列；对序列中的每个元素乘以所述最大方向编号并进行四舍五入取整，得到起始方向编号序列。
优选的，所述根据每个子二进制数的方向网格构建每个子二进制数的随机码包括：
对每个子二进制数的方向网格的每个随机位随机填充0或1；从所述子二进制数的方向网格左上角第一个随机位开始，按照从左到右从上到下的顺序，获取所有随机位中的填充内容，将所述填充内容进行拼接得到所述子二进制数的随机码。
优选的，所述根据每个子二进制数的起始方向以及所述子二进制数的每个二进制位的步长对所述子二进制数的方向网格的填充位进行填充包括：
在每个子二进制数的方向网格中，从所述子二进制数的起始方向开始逆时针行走，经过所述子二进制数的每个二进制位的步长个方向后停止行走，将所述子二进制数的每个二进制位填充到停止时的方向上的填充位中。
优选的，所述根据每个子二进制数的方向网格得到密文包括：
将每个子二进制数的方向网格按照从左到右从上到下的顺序展开成一维二进制串，将所有一维二进制串按照顺序进行拼接得到密文。
本发明实施例至少具有如下有益效果：基于随机码和置乱码构建加密字典；获取待加密二进制数据并进行分组得到多个子二进制数；为每个子二进制数构建方向网络，获得所有方向、填充位、随机位以及方向编号；构建起始方向编号序列，获取每个子二进制数的起始方向；对随机位进行填充获取随机码；根据随机码获得置乱码，进一步得到子二进制数的每个二进制位的步长；根据每个子二进制数的起始方向以及每个二进制位的步长对填充位进行填充，进而得到密文。本发明随机获取初始方向，使得每个子二进制数的置乱的结果均不一样；随机获取随机码，使得相同的子二进制数加密成不同的结果，破坏了原有的数据规律，进一步增加了密文的复杂性。同时，每次对数据加密传输时随机获取随机码，即使是相同的明文，也会加密成不同的结果。可抵抗统计分析攻击；本发明加密字典数据量小易于存储。加密字典密钥空间大，攻击者难以猜测出正确的加密字典，可抵抗暴力破解攻击。
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和优点，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的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明提供的一种基于方向置乱的序列化数据加密方法的流程图。
图2为本发明提供的一种基于方向置乱的序列化数据加密方法的方向网格示意图。
图3为本发明提供的一种基于方向置乱的序列化数据加密方法的一种加密字典示意图。
图4为本发明提供的一种基于方向置乱的序列化数据加密方法的一种加密示例图。
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、完整的描述，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，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其它实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的基于方向置乱的序列化数据加密方法的具体方案。
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种基于方向置乱的序列化数据加密方法的流程图，该方法包括以下步骤：
步骤101，构建加密字典。
发明实施例通过构建方向网格实现分组数据的置乱达到加密的目的。对于一个
Figure DEST_PATH_IMAGE001
大小的窗口，中心点到其他点共有
Figure 674516DEST_PATH_IMAGE002
个方向，参见图
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。该
Figure 993019DEST_PATH_IMAGE001
大小的窗口即为方向网格。
在方向网格中，部分方向上只有一个网格点，部分方向上有两个网格点。发明实施例的目的是按照一定的规则将一个长度为
Figure 237050DEST_PATH_IMAGE002
的二进制数填充到方向网格
Figure 865477DEST_PATH_IMAGE002
个方向上距离中心点最近的网格点中，将此些网格点称为填充位。因此每个方向网格包括
Figure 635987DEST_PATH_IMAGE002
个填充位，对于填充位之外的网格点称为随机位，每个方向网格包括
Figure 573725DEST_PATH_IMAGE004
个随机位。对于随机位随机填充
Figure DEST_PATH_IMAGE005
或
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，将一个方向网格所有随机位的填充结果称为随机码。则随机码有000000000、000000001、000000010、…、111111111共
Figure 744200DEST_PATH_IMAGE008
种可能。
为使得将长度为
Figure 176318DEST_PATH_IMAGE002
的二进制数中每个二进制位填充到
Figure 879963DEST_PATH_IMAGE002
个方向上，同时保证相同的的二进制数填充结果不一致，需要根据随机码获取一个长度为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
的二进制串，作为置乱码。长度为
Figure 942597DEST_PATH_IMAGE009
的二进制串有0000、0001、0010、…、1111共
Figure 128596DEST_PATH_IMAGE002
种可能，即置乱码有
Figure 629985DEST_PATH_IMAGE002
种。
为每种置乱码随机分配
Figure 453716DEST_PATH_IMAGE010
种随机码，即每种置乱码对应
Figure 749568DEST_PATH_IMAGE002
种随机码，每种随机码对应一种置乱码。则有
Figure DEST_PATH_IMAGE011
种分配的可能。将置乱码和随机码之间的对应关系作为加密字典进行保存。一种可能的加密字典参见图3。
至此，获取了加密字典，加密字典由加密端与解密端预先保存。
步骤102，获取待加密的二进制数据，进一步得到多个子二进制数。
音频数据、图像数据、视频数据还是文本数据等都需要经过序列化方法转换成二进制数据进行存储、传输。利用加密端与解密端约定好的序列化方法，对要传输的数据进行序列化得到二进制的序列化数据。该序列化数据即为待加密的二进制数据。
对待加密的二进制数据进行分组，待加密的二进制数据长度为
Figure 357617DEST_PATH_IMAGE012
，将其分为
Figure DEST_PATH_IMAGE013
个子二进制数，前
Figure 210166DEST_PATH_IMAGE014
个子二进制数的长度均为
Figure 137671DEST_PATH_IMAGE002
。若最后一个子二进制数的长度不足
Figure 853692DEST_PATH_IMAGE002
，则在最后一个子二进制数末尾随机补充
Figure 765016DEST_PATH_IMAGE005
或
Figure 217994DEST_PATH_IMAGE007
使得最后一个子二进制数的长度达到
Figure 16317DEST_PATH_IMAGE002
。
至此，获取了
Figure DEST_PATH_IMAGE015
个长度为16的子二进制数,记为
Figure 234065DEST_PATH_IMAGE016
,其中
Figure DEST_PATH_IMAGE017
表示第
Figure 180156DEST_PATH_IMAGE018
个子二进制数，
Figure 561458DEST_PATH_IMAGE018
为子二进制数的序号，将子二进制数的序号记为第一序号。
步骤103，为每个子二进制数构建方向网格，获取每个子二进制数的起始方向。
为每个子二进制数构建一个相同的方向网格。从方向网格中
Figure DEST_PATH_IMAGE019
的方向开始，按照逆时针的顺序对每个方向依次进行0-15的编号，方向网格参见图2。方向网格
Figure 916085DEST_PATH_IMAGE002
个方向上距离中心网格点最近的网格点为填充位。一个方向网格包括
Figure 459062DEST_PATH_IMAGE002
个填充位，填充位之外的网格点为随机位，每个方向网格包括
Figure 830132DEST_PATH_IMAGE004
个随机位。
为增加密文数据的复杂性，可对所有子二进制数动态选择方向网格中的方向作为起始方向进行填充，因此需要一个起始方向序列。获取子二进制数的个数
Figure 15125DEST_PATH_IMAGE013
，每个子二进制数都需要填充到一个方向网格中，则至少需要
Figure 18067DEST_PATH_IMAGE013
个起始方向，即需要一个长度为
Figure 997524DEST_PATH_IMAGE013
的起始方向序列。
基于加密端与解密端事先约定的安全密钥，采用混沌映射的方法，获取一个长度为
Figure 855890DEST_PATH_IMAGE013
的混沌序列，混沌序列范围为
Figure 454361DEST_PATH_IMAGE020
，将混沌系列中每个数乘以
Figure DEST_PATH_IMAGE021
并进行四舍五入取整，得到范围为
Figure 642635DEST_PATH_IMAGE022
的长度为
Figure 792993DEST_PATH_IMAGE013
的序列，该序列即为起始方向序列。起始方向序列基于混沌映射获得，得到的数据非常混乱无规律性。依据该起始方向序列进行加密所产生的密文复杂度高，可抵抗统计分析攻击及暴力破解攻击。
获取子二进制数的序号作为第一序号，在起始方向序列中查找第一序号位置处的值，方向网格中方向编号为该值的方向即为子二进制数的起始方向。如第
Figure 138655DEST_PATH_IMAGE018
个子二进制数对应起始方向序列中第
Figure 399872DEST_PATH_IMAGE018
个值。
至此，为每个子二进制数构建了方向网格，获取了每个子二进制数的起始方向。
步骤104，获取置乱码，根据置乱码及起始方向对方向网格进行填充，得到密文数据。
在每个子二进制数的方向网格的每个随机位中随机填充0或1，从方向网格左上角第一个随机位开始，按照从左到右从上到下的顺序，获取所有随机位中的填充内容，得到一个9位的二进制串，该二进制串即为子二进制数的随机码。在加密字典中查找该随机码对应的置乱码，该置乱码即为子二进制数的置乱码。
对于一个子二进制数，其包含
Figure 383265DEST_PATH_IMAGE002
个二进制位，此些二进制位的序号分别为0,1,…,15，将二进制位的序号记为第二序号。将第二序号转为二进制形式即为0000，0001，…，1111。将子二进制数的置乱码与子二进制数的所有第二序号的二进制分别做异或操作，得到
Figure 845471DEST_PATH_IMAGE002
个
Figure 662117DEST_PATH_IMAGE009
位二进制数，作为步长二进制数，将每个步长二进制数转化为多个十进制数，每个十进制数为子二进制数的每个二进制位的步长。
由于子二进制数的每个二进制位的序号均不一样，转换为二进制形式后与同一个置乱码做异或操作，得到的步长二进制也均不一样，最终得到的每个二进制位的步长也均不一样，步长的取值范围为
Figure 477757DEST_PATH_IMAGE022
。步长相当于对二进制位的序号进行了打乱。子二进制数的所有二进制位的步长组成一个步长序列。
同理，每个子二进制数都得到一个步长序列。每个子二进制数的置乱码不同，得到的步长序列也不同。
在每个子二进制数的方向网格中从子二进制数的起始方向开始逆时针行走，经过每个二进制位的步长个方向后停止，将子二进制数的每个二进制位填充到停止时方向上的填充位中。如子二进制数的第
Figure 63459DEST_PATH_IMAGE024
个二进制位的步长为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，在子二进制数的方向网格中从子二进制数的起始方向开始逆时针行走，经过
Figure 132784DEST_PATH_IMAGE025
个方向后停止行走，将第
Figure 921880DEST_PATH_IMAGE024
个二进制数填充到停止时的方向上的填充位。如此，可实现将每个子二进制数的每个二进制位填充到子二进制数的方向网格中。
每个填充后的方向网格即为每个子二进制数的加密结果。一个填充后的方向网格大小为
Figure 790479DEST_PATH_IMAGE001
，将方向网格按照从左到右从上到下的顺序展开成一维的长度为
Figure 637212DEST_PATH_IMAGE026
的二进制串，该二进制串即为该方向网格对应的子二进制数的密文。
将所有子二进制数的密文按照顺序拼接在一起即为待加密的二进制数据的密文数据。
至此，完成了待加密的二进制数据的加密。做一个示例，对1001101011110010进行加密的过程参见图4。
通过对不同子二进制数随机生成随机码获取置乱码，并结合混沌映射随机获取初始方向，使得每个子二进制数的置乱结果均不一样，使得密文的复杂性增加，对于相同内容的组加密成不同的结果。破坏了明文中原有的数据规律，可抵抗统计分析攻击。同时，本发明实施例中的加密字典数据量小易于存储。加密字典密钥空间大，攻击者难以猜测出正确的加密字典，可抵抗暴力破解攻击。
步骤105，对密文数据进行传输解密。
加密端将密文数据以及待加密的二进制数据长度的
Figure 281033DEST_PATH_IMAGE012
传输至解密端。
解密端接收到密文数据对密文数据进行解密：
将密文数据分为长度为25的
Figure 337851DEST_PATH_IMAGE013
组二进制串，将每组二进制串按照从左到右从上到下的顺序填充到
Figure 495294DEST_PATH_IMAGE001
的方向网格中。
根据方向网格的随机位获取每个方向网格中的随机码，根据随机码在加密字典中查找对应的置乱码。
将每个置乱码分别与0000,0001,…,1111进行异或操作，并将得到的结果转换为十进制，得到多个步长序列。每个置乱码对应一个步长序列，即每个方向网格对应一个步长序列。
根据起始方向序列，获取每组二进制串的起始方向，即每个方向网格起始方向。在方向网格中，从起始方向开始逆时针行走，经过步长序列中的每个步长个方向时停止，依次获取停止时的方向对应的填充位中的内容。将所有内容拼接，得到子二进制数。将所有子二进制数按照顺序拼接在一起，获取其中前
Figure 55588DEST_PATH_IMAGE028
位数据，该数据即为待加密的二进制数据，又即序列化数据。
至此，获取序列化数据，对序列化数据进行反序列化，得到传输的数据。
本发明实施例基于随机码和置乱码构建加密字典；获取待加密二进制数据并进行分组得到多个子二进制数；为每个子二进制数构建方向网络，获得所有方向、填充位、随机位以及方向编号；构建起始方向编号序列，获取每个子二进制数的起始方向；对随机位进行填充获取随机码；根据随机码获得置乱码，进一步得到子二进制数的每个二进制位的步长；根据每个子二进制数的起始方向以及每个二进制位的步长对填充位进行填充，进而得到密文。本发明随机获取初始方向，使得每个子二进制数的置乱的结果均不一样；随机获取随机码，使得相同的子二进制数加密成不同的结果，破坏了原有的数据规律，进一步增加了密文的复杂性。同时，每次对数据加密传输时随机获取随机码，即使是相同的明文，也会加密成不同的结果。可抵抗统计分析攻击；本发明加密字典数据量小易于存储。加密字典密钥空间大，攻击者难以猜测出正确的加密字典，可抵抗暴力破解攻击。
需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，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 (7)

1.基于方向置乱的序列化数据加密方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
构建加密字典；获取待加密数据，对待加密数据进行序列化得到待加密的二进制数据，将待加密的二进制数据划分为多个第三预设位数的二进制数，记为子二进制数；为每个子二进制数构建一个方向网格，并获得方向网格的所有方向、随机位、填充位以及每个方向的方向编号；
利用混沌映射获取待加密的二进制数据的起始方向编号序列；将每个子二进制数的序号作为第一序号，将起始方向编号序列中第一序号位置处的元素作为所述子二进制数的起始方向编号；在每个子二进制数的方向网格中，将方向编号为所述子二进制数的起始方向编号的方向作为所述子二进制数的起始方向；
根据每个子二进制数的方向网格构建每个子二进制数的随机码，将每个子二进制数的随机码在加密字典中对应的置乱码作为每个子二进制数的置乱码；
获取每个子二进制数的所有二进制位的序号作为第二序号，将每个子二进制数的置乱码分别与所述子二进制数的所有第二序号的二进制分别进行异或操作，得到多个步长二进制数，将所有步长二进制数转换为十进制，得到所述子二进制数的每个二进制位的步长；
根据每个子二进制数的起始方向以及所述子二进制数的每个二进制位的步长对所述子二进制数的方向网格的填充位进行填充；
根据每个子二进制数的方向网格得到密文。
2.根据权利要求1所述的基于方向置乱的序列化数据加密方法，其特征在于，所述构建加密字典包括：
生成位数为第一预设位数的所有二进制随机数，记为随机码；生成位数为第二预设位数的所有二进制随机数，记为置乱码；将随机码与置乱码进行随机组合得到加密字典。
3.根据权利要求1所述的基于方向置乱的序列化数据加密方法，其特征在于，所述构建方向网格，并获得方向网格的所有方向、随机位、填充位以及每个方向的方向编号包括：
构建预设尺寸的方向网格，获取方向网格的中心网格点到剩余网格点的方向，作为该方向网格的所有方向；将方向网格所有方向上距离所述中心网格点最近的网格点作为填充位；将方向网格上除填充位外的所有网格点作为随机位；按照预设顺序对方向网格的所有方向从0开始进行编号，编号结果作为每个方向的方向编号。
4.根据权利要求1所述的基于方向置乱的序列化数据加密方法，其特征在于，所述利用混沌映射获取待加密的二进制数据的起始方向编号序列包括：
获取子二进制数的个数；获取方向网格的最大方向编号，利用混沌映射获取长度为所述子二进制数的个数的序列；对序列中的每个元素乘以所述最大方向编号并进行四舍五入取整，得到起始方向编号序列。
5.根据权利要求1所述的基于方向置乱的序列化数据加密方法，其特征在于，所述根据每个子二进制数的方向网格构建每个子二进制数的随机码包括：
对每个子二进制数的方向网格的每个随机位随机填充0或1；从所述子二进制数的方向网格左上角第一个随机位开始，按照从左到右从上到下的顺序，获取所有随机位中的填充内容，将所述填充内容进行拼接得到所述子二进制数的随机码。
6.根据权利要求1所述的基于方向置乱的序列化数据加密方法，其特征在于，所述根据每个子二进制数的起始方向以及所述子二进制数的每个二进制位的步长对所述子二进制数的方向网格的填充位进行填充包括：
在每个子二进制数的方向网格中，从所述子二进制数的起始方向开始逆时针行走，经过所述子二进制数的每个二进制位的步长个方向后停止行走，将所述子二进制数的每个二进制位填充到停止时的方向上的填充位中。
7.根据权利要求1所述的基于方向置乱的序列化数据加密方法，其特征在于，所述根据每个子二进制数的方向网格得到密文包括：
将每个子二进制数的方向网格按照从左到右从上到下的顺序展开成一维二进制串，将所有一维二进制串按照顺序进行拼接得到密文。
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