CN115374468A - 一种文件加密装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种文件加密装置，包括有：文件输入池、文件格式化器、矩阵乘法器、逆矩阵器、文件输出池、用户密码管理器、加密矩阵生成器、通用DES加密器、加密矩阵阵列和通用DES解密器；本发明可以满足人们日常生活电子数据低安全性和大数据量特性需求，避免使用成本高昂的专业数据加密硬件或专业数据加密软件，避免低成本破解数据；提供了一种低运算量、低延时、低成本的基于矩阵变换算法的加密装置。

Description

一种文件加密装置
技术领域
本发明涉及数据加密或数据转换技术领域，特别是涉及一种文件加密装置。
背景技术
科学技术发展到了今天，人类已经进入数字时代，传感器数据、个人或私人数据、资料、文件通过通用电子媒介存储，给人类自身私有数据保护带来巨大挑战。
当电子数据文件以明文存储于电子媒介时，就给电子数据文件安全带来相当的隐患，能够以适当复杂度、低成本、低运算量、方便快捷的方法来加密存储这些电子数据文件是一个可行的实际办法。
现有专业加密设备运算量大，并且价格昂贵，使用复杂；而价格低廉的加密设备或程序一般不公开加密算法，在使用的可靠性和算法可验证性这两个方面使用者存在较大的疑虑。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点和使用者实际需求，本发明的目的在于提供一种文件加密装置，用于解决现有技术中存在的问题，并满足使用者的实际需求。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种文件加密装置，包括有：
文件输入池、文件格式化器、矩阵乘法器、逆矩阵器、文件输出池、用户密码管理器、加密矩阵生成器、通用DES加密器、加密矩阵阵列模块和通用DES解密器；
所述文件输入池用于接收用户数据文件；
所述文件格式化器用于抽取用户文件格式、文件信息和文件数据，文件数据按字节流方式顺序读取，并把文件数据字节流分割成若干个N行*N列形式的矩阵数据块，文件数据字节流末尾字节数不足N*N个数据时用数据“0”进行填充，所述文件格式化器与所述文件输入池连接，其中N是所述用户密码管理器中用户设定的方阵维度，范围从64到4096；
所述矩阵乘法器用于计算矩阵数据块与所述加密矩阵阵列的乘积；
所述逆矩阵器用于求所述加密矩阵阵列模块中的矩阵的逆矩阵；
所述文件输出池用于存储加密运算后的文件和文件格式信息；
所述用户密码管理器用于用户设置密码、输入密码、修改密码、删除密码以及设置所述加密矩阵阵列模块中的矩阵的维度；
所述加密矩阵生成器根据用户输入密码序列随机生成一个N行*N列的可逆整数矩阵；
所述加密矩阵阵列模块用于存储DES加密器加密后的矩阵数据；
所述通用DES加密器用于加密所述加密矩阵阵列模块；
所述通用DES解密器与所述通用DES加密器互为逆运算，用于解密所述加密矩阵阵列模块。
可选地，所述用户密码管理器与所述加密矩阵阵列模块、所述加密矩阵生成器连接，位于所述的一种文件加密装置的最顶层；
可选地，所述加密矩阵生成器与所述加密矩阵阵列模块连接，位于所述用户密码管理器的下一层；
可选地，所述通用DES加密器向上连接所述加密矩阵生成器；
可选地，所述加密矩阵阵列模块向上连接到所述通用DES加密器，并存储所述通用DES加密器输出数据到阵列中；
可选地，所述文件输入池用于用户输入或选择要加密的数据文件，与所述文件格式化器连接；
可选地，所述文件格式化器用于抽取用户文件格式，与所述矩阵乘法器连接，位于文件输入池的下一层；
可选地，所述矩阵乘法器是一个N*N整数矩阵乘法器，位于所述文件格式化器的下一层；
可选地，所述逆矩阵器是N*N整数矩阵求逆矩阵运算器，与所述矩阵乘法器连接，位于所述矩阵乘法器的下一层。
可选地，一种文件加密装置可以是运行本算法的单片机系统装置、可执行文件或系统服务程序；
如上所述，本发明可以满足人们日常生活电子数据低安全性和大数据量特性需求，避免使用成本高昂的专业数据加密硬件或专业数据加密软件，避免低成本破解数据；提供了一种低运算量、低延时、低成本的基于矩阵变换算法的一种加密装置。
附图说明
图1为一实施例提供的一种文件加密装置系统架构示意图；
图2为一实施例提供的一种文件加密装置的加解密文件选择输入输出界面示意图；
图3为一实施例提供的一种文件加密装置的密码设置和维度设置界面图示意图。
图4为一实施例提供的一种文件加密装置的组成模块示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1和图4所示，本发明提供一种文件加密装置，包括有：
文件输入池、文件格式化器、矩阵乘法器、逆矩阵器、文件输出池、用户密码管理器、加密矩阵生成器、通用DES加密器、加密矩阵阵列和通用DES解密器；
所述文件输入池用于接收用户数据文件；
所述文件格式化器用于抽取用户文件格式、文件信息和文件数据，文件数据按字节流方式顺序读取，并把文件数据字节流分割成若干个N行*N列形式的矩阵数据块，文件数据字节流末尾字节数不足N*N个数据时用数据“0”进行填充，所述文件格式化器与所述文件输入池连接，其中N是所述用户密码管理器中用户设定的方阵维度，范围从64到4096；
所述矩阵乘法器用于计算矩阵数据块与所述加密矩阵阵列的乘积；
所述逆矩阵器用于求所述加密矩阵阵列的逆矩阵；
所述文件输出池用于存储加密运算后的文件和文件格式信息；
所述用户密码管理器用于用户设置密码、输入密码、修改密码、删除密码、设置所述加密矩阵阵列的维度；
所述加密矩阵生成器根据用户输入密码序列随机生成一个N行*N列的可逆整数矩阵；
所述加密矩阵阵列用于存储DES加密器加密后的矩阵数据；
所述通用DES加密器用于加密所述加密矩阵阵列；
所述通用DES解密器与所述通用DES加密器互为逆运算，用于解密所述加密矩阵阵列。
在一示例性实施例中，所述用户密码管理器位于所述的一种文件加密装置的最顶层；所述加密矩阵生成器位于所述用户密码管理器的下一层；所述通用DES加密器向上连接所述加密矩阵生成器；所述加密矩阵阵列向上连接到所述通用DES加密器，并存储所述通用DES加密器输出数据到阵列中；所述文件输入池用于用户输入或选择要加密的数据文件；所述文件格式化器用于抽取用户文件格式，位于文件输入池的下一层；所述矩阵乘法器是一个N*N整数矩阵乘法器，位于所述文件格式化器的下一层；所述逆矩阵器是N*N整数矩阵求逆矩阵运算器，位于所述矩阵乘法器的下一层。
其中，在加密环节时所述通用DES解密器从所述加密矩阵阵列中取出加密矩阵进行解密后输出到所述矩阵乘法器，所述矩阵乘法器再从所述文件格式化器输出的数据流中按所述通用DES解密器输出的矩阵维度抽取数据并进行矩阵乘法运算，乘法运算后的矩阵数据既为加密数据，输出到所述文件输出池进行保存；根据数学原理可知破解者在不知运算矩阵的情况下，解密数据的难度正比于加密矩阵的维度大小几何级数。在解密环节时，所述通用DES解密器从所述加密矩阵阵列中取出加密矩阵进行解密后输出到所述矩阵乘法器，所述矩阵乘法器激活所述逆矩阵器，对加密矩阵进行求逆运算后再从所述文件格式化器输出的数据流中按所述逆矩阵器输出的矩阵维度抽取数据并进行矩阵乘法运算，乘法运算后的矩阵数据既为解密数据，输出到所述文件输出池返回原数据文件给用户。
由此可知，本实施例为了满足人们日常生活电子数据低安全性和大数据量特性需求，避免使用成本高昂的专业数据加密硬件或专业数据加密软件，避免低成本破解数据；提供了一种低运算量、低延时、低成本的基于矩阵变换算法的加密装置，通过矩阵运算原理巧妙地将矩阵乘法据融合数据加密，使加密和解密运算量几何级降低，而破解运算量是加解密运算量几何级数倍，使破解成本或代价高昂，所以本实施例可以克服现有技术缺陷，并达到人们日常生活电子数据保护使的效果。此外，本实施例这种极低运算量的数据文件加密方案可以在8位、16位、32位等SOC系统里实现，达到设计或制造成本低廉文件加密装置，加快此类设备的普及。
如图2所示，在又一示例性实施例中，本发明中的装置是在WINDOWS操作系统中用C++编写，MicrosoftVisualStudio编译生成的可执行文件或系统服务程序；所述可执行文件或系统服务程序包括有：文件输入池模块、文件格式化器模块、矩阵乘法器模块、逆矩阵器模块、文件输出池模块、用户密码管理器模块、加密矩阵生成器模块、通用DES加密器模块、加密矩阵阵列模块和通用DES解密器模块。
在本实施例中，所述的文件输入池模块用于接收用户输入的原始数据文件，具体是Windows操作系统中一个文件选择对话框程序，返回参数包含用户选择的文件名、路径、加密或解密选项，逻辑上位于软件系统的最顶层。所述的文件格式化器模块接收来自所述的文件输入池模块的返回参数，并读取文件文件名和文件内容，对文件内容流化处理；所述的矩阵乘法器模块根据所述的文件格式化器模块传递的参数分两路执行加密或解密操作，当所述的文件格式化器模块传递的加密操作时，所述的矩阵乘法器模块从所述的逆矩阵器模块中直接获取加密矩阵，并接收所述的文件格式化器模块的数据流按加密矩阵维度分块执行乘法运算，执行乘法操作后的数据既是加密数据；当所述的文件格式化器模块传递的解密操作时，所述的矩阵乘法器模块激活所述的逆矩阵器模块功能获取加密矩阵的逆矩阵，并接收所述的文件格式化器模块的数据流按加密矩阵维度分块执行乘法运算，执行乘法运算后的数据既是解密数据；当文件流数据最后一帧小于加密矩阵维度尺寸时，所述的矩阵乘法器模块用数字零填充矩阵以满足运算，当获取文件流到达结束标记后，加解密操作完成，所述的矩阵乘法器模块把数据输出到所述的文件输出池模块。所述的文件输出池模块根据文件接收到的数据流按文件结构记录信息输出加密或解密文件，至此，加密或解密操作结束。
如图3所示，在具体实施例的初始化用户密钥配置环节中，所述的用户密码管理器模块用于使用者设置加解密密钥，在本实施例中具体是Windows操作系统中一个文本输入对话框程序，程序返回参数包含用户输入的密钥字符串，逻辑上位于系统初始化配置的最顶层。所述的用户密码管理器模块在使用者输入加密密钥后返回密钥字符串并调用所述的加密矩阵生成器模块，所述的加密矩阵生成器模块根据使用者输入的密钥字符串生成一个N*N加密矩阵，加密矩阵维度在所述的用户密码管理器模块中可以设置，根据矩阵运算数学原理，当加密矩阵维度N越大时，破解运算量以几何级数增长，而对加解密运算量没有几何量级变化；在所述的加密矩阵生成器模块根据用户初始化配置完成加密矩阵生成后，所述的加密矩阵生成器模块调用所述的通用DES加密器模块对加密矩阵进行加密并保存，至此，用户密钥初始化配置流程完成。
综上所述，本发明为了满足人们日常生活电子数据低安全性和大数据量特性需求，避免使用成本高昂的专业数据加密硬件或专业数据加密软件，避免低成本破解数据；提供了一种低运算量、低延时、低成本的基于矩阵变换算法的加密装置，通过矩阵运算原理巧妙地将矩阵乘法据融合数据加密，使加密和解密运算量几何级降低，而破解运算量是加解密运算量几何级数倍，使破解成本或代价高昂，所以本实施例可以克服现有技术缺陷，并达到人们日常生活电子数据保护使的效果。在实施例用户初始化配置流程中的矩阵维度N是决定破解运算量的关键，在此再次强调加密矩阵维度N影响甚大，以极低的运算量导致破解极大的运算量具有重大的实际使用意义。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种文件加密装置，其特征在于，包括有：文件输入池、文件格式化器、矩阵乘法器、逆矩阵器、文件输出池、用户密码管理器、加密矩阵生成器、通用DES加密器、加密矩阵阵列模块和通用DES解密器；
所述文件输入池用于接收用户数据文件；
所述文件格式化器用于抽取用户文件格式、文件信息和文件数据，文件数据按字节流方式顺序读取，并把文件数据字节流分割成若干个N行*N列形式的矩阵数据块，文件数据字节流末尾字节数不足N*N个数据时用数据“0”进行填充，所述文件格式化器与所述文件输入池连接，其中N是所述用户密码管理器中用户设定的方阵维度，范围从64到4096；
所述矩阵乘法器用于计算矩阵数据块与所述加密矩阵阵列的乘积；
所述逆矩阵器用于求所述加密矩阵阵列模块中的矩阵的逆矩阵；
所述文件输出池用于存储加密运算后的文件和文件格式信息；
所述用户密码管理器用于用户设置密码、输入密码、修改密码、删除密码以及设置所述加密矩阵阵列模块中的矩阵的维度；
所述加密矩阵生成器根据用户输入密码序列随机生成一个N行*N列的可逆整数矩阵；
所述加密矩阵阵列模块用于存储DES加密器加密后的矩阵数据；
所述通用DES加密器用于加密所述加密矩阵阵列模块；
所述通用DES解密器与所述通用DES加密器互为逆运算，用于解密所述加密矩阵阵列模块。
2.根据权利要求1所述的一种文件加密装置，其特征在于，所述用户密码管理器与所述加密矩阵阵列模块、所述加密矩阵生成器连接，位于所述的一种文件加密装置的最顶层。
3.根据权利要求1所述的一种文件加密装置，其特征在于，所述加密矩阵生成器与所述加密矩阵阵列模块连接，位于所述用户密码管理器的下一层。
4.根据权利要求1所述的一种文件加密装置，其特征在于，所述通用DES加密器向上连接所述加密矩阵生成器。
5.根据权利要求1所述的一种文件加密装置，其特征在于，所述加密矩阵阵列模块向上连接到所述通用DES加密器，并存储所述通用DES加密器输出数据到阵列中。
6.根据权利要求1所述的一种文件加密装置，其特征在于，在加密环节，所述通用DES解密器从所述加密矩阵阵列中取出加密矩阵，并进行解密后输出到所述矩阵乘法器，所述矩阵乘法器再从所述文件格式化器输出的数据流中，按所述通用DES解密器输出的矩阵维度抽取数据并进行矩阵乘法运算，将乘法运算后的矩阵数据输出到所述文件输出池进行保存。
7.根据权利要求1所述的一种文件加密装置，其特征在于，在解密环节，所述通用DES解密器从所述加密矩阵阵列模块中取出加密矩阵，并进行解密后输出到所述矩阵乘法器，所述矩阵乘法器激活所述逆矩阵器，对加密矩阵进行求逆运算后，再从所述文件格式化器输出的数据流中，按所述逆矩阵器输出的矩阵维度抽取数据，并进行矩阵乘法运算，将乘法运算后的矩阵数据输出到所述文件输出池，返回原数据文件给用户。
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