CN116471007B - 基于云平台的网络信息加密传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据安全传输技术领域，具体涉及基于云平台的网络信息加密传输方法，包括：获取待加密的数据，拆分得到拆分数值组合，根据滑窗中数值与拆分数值组合的汉明距离得到拆分数值组合的可行性，统计可拆分组合的字符频率，构建霍夫曼树，根据霍夫曼树中二叉树层数得到自适应赋值霍夫曼树，根据第一混沌序列将自适应赋值霍夫曼树中的二叉树编码赋值进行交互，根据第二混沌序列将自适应赋值霍夫曼树中的叶子节点进行排序，得到变换之后的霍夫曼树，根据自适应赋值霍夫曼树和变换之后的霍夫曼树进行编码得到加密数据，根据密钥将加密数据解密。本发明通过改变数据中字符统计频率，构建不同类型的霍夫曼树进行编码转换，增加数据私密性。

Description

基于云平台的网络信息加密传输方法

技术领域

本发明涉及数据安全传输技术领域，具体涉及基于云平台的网络信息加密传输方法。

背景技术

随着云计算技术的不断发展，越来越多的企业将其业务和数据迁移到云平台上，以实现更高效、更灵活的运营方式。然而，在云平台上进行网络信息传输时，数据安全性成为了一个重要问题。一旦数据被黑客攻击或窃取，将对企业造成巨大的损失。因此，开发一种基于云平台的网络信息加密传输方法是非常必要的。

目前，传统的数据加密方式存在一些问题，传统的加密算法通常分为置乱加密和代换加密，置乱加密是通过改变数据点的位置以达到加密的目的，但置乱加密的加密效果无法评估，且置乱加密仅仅只改变了数据对应的位置，没有改变数据的统计频率，导致数据加密的稳定性较差；代换加密是将数据点原本的值进行代换，将原始数据点的值代换为其他的值，例如矩阵运算，但代换加密的密钥单一，密钥被破解后很轻易的即可获取全部的数据。

本发明通过对采集得到的待加密数据进行分析，对字符进行不同程度的拆分，通过拆分增大部分类型字符的频率，从而破坏原始数据的分布类型，再通过对树形结构进行改变，从而增大数据的安全性。

发明内容

本发明提供基于云平台的网络信息加密传输方法，以解决现有的问题。

本发明的基于云平台的网络信息加密传输方法采用如下技术方案：

本发明一个实施例提供了基于云平台的网络信息加密传输方法，该方法包括以下步骤：

获取待加密的数据；

利用字符拆分将获取待加密的数据进行拆分得到拆分数值组合，建立滑窗，根据滑窗中数值与拆分数值组合的汉明距离和滑窗长度的比值得到拆分数值组合的可行性，获取所有可拆分组合得到密码字符组合库；

统计可拆分组合中的字符频率，根据字符频率构建霍夫曼树，根据霍夫曼树中二叉树层数得到自适应赋值霍夫曼树，生成初始混沌序列，根据第一混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的二叉树编码赋值进行交互，根据第二混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的叶子节点进行排序，进而得到变换之后的霍夫曼树；

根据自适应赋值霍夫曼树和变换之后的霍夫曼树进行编码得到加密数据；

将加密数据传输，根据混沌序列获得密钥，根据密钥进行解密。

进一步地，所述利用字符拆分将获取待加密的数据进行拆分得到拆分数值组合，包括的具体步骤如下：

字符拆分是将一个字符拆分为字符组合，将任意一个数值拆分为两个数的加和形式，该数的数值为a，得到a-1种拆分组合。

进一步地，所述根据滑窗中数值与拆分数值组合的汉明距离和滑窗长度的比值得到拆分数值组合的可行性，包括的具体步骤如下：

式中p表示任意一个拆分数值组合的可行性，b表示滑窗个数，表示滑窗中的数值组合与该拆分数值组合的汉明距离，d表示滑窗长度。

进一步地，所述根据霍夫曼树中二叉树层数得到自适应赋值霍夫曼树，包括的具体步骤如下：

通过改变编码赋值规则来改变字符编码，构建的霍夫曼树先不予以进行编码赋值，从根节点开始，按从上到下从左到右的顺序记录每一个二叉树，进行初始编码赋值，将奇数层二叉树的赋值进行交互，得到自适应赋值霍夫曼树。

进一步地，所述根据第一混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的二叉树编码赋值进行交互，包括的具体步骤如下：

利用映射模型生成混沌序列，将混沌序列中每个元素乘以字符类型数并向下取整得到初始混沌序列，从初始混沌序列中的第/>位开始，截取一个长度为和自适应赋值霍夫曼树中二叉树个数相同的序列，记为第一混沌序列，根据第一混沌序列中的元素值从左往右的顺序将对应顺序的二叉树编码赋值进行交互，将原来的二叉树编码赋值0、1进行交换，交换的次数由元素值得大小决定。

进一步地，所述根据第二混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的叶子节点进行排序，包括的具体步骤如下：

利用映射模型生成混沌序列，将混沌序列中每个元素乘以字符类型数并向下取整得到初始混沌序列，从初始混沌序列中的第/>位开始，截取一个长度和自适应赋值霍夫曼树中叶子节点个数相同的序列，记为第二混沌序列，根据第二混沌序列中的元素值从左往右的顺序将对应顺序的叶子节点进行排序，每次参与完排序后的叶子节点去除，剩余的叶子节点继续进行排序，直到全部叶子节点排序完成。

本发明的技术方案的有益效果是：通过对字符进行拆分从而破坏原始数据的统计频率，同时通过对拆分组合与原始数据中的数值组合进行汉明距离计算，保证得到的可拆分组合不会出现在原始数据中，并引入混沌序列得到的随机数序列对连续出现的相同字符进行不同可拆分组合的替换，使得拆分后的数据中尽可能地重复频率较小，提高代换的破坏效果；通过生成初始混沌序列构建自适应赋值霍夫曼树及变换之后的霍夫曼树，对拆分后的数据中的字符进行霍夫曼编码转换，使得在霍夫曼编码过程中进一步对拆分后的数据进行置乱及代换，不仅增大加密数据的私密性，同时令加密数据的内存尽可能地小，保证数据私密性的同时减小数据的内存占用率。

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为本发明基于云平台的网络信息加密传输方法的步骤流程图；

图2为本发明未进行编码赋值的霍夫曼树示意图；

图3为本发明自适应赋值霍夫曼树示意图；

图4为本发明变换之后的霍夫曼树示意图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的基于云平台的网络信息加密传输方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

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云平台的网络信息加密传输方法的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的基于云平台的网络信息加密传输方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S001、获取待加密的数据。

需要说明的是，云平台存储的数据通常是用户的个人数据、企业的业务数据、应用程序的数据、日志数据等。这些数据可以是结构化数据，如数据库中的表格数据，也可以是非结构化数据，如文本、图像、音频、视频等。这些数据通常是在云平台上进行处理、分析、存储和共享的，以满足用户、企业或应用程序的需求。其中部分数据为私密数据，包括但不限于用户的个人信息、敏感数据、通信内容、传输文件等。这些信息可能通过网络传输，存储在服务器或客户端设备上，需要进行加密保护以防止被未经授权的人员获取或篡改。

本实施例的目的是对云平台中存储的数据进行加密传输，因此需要采集待加密的数据，本实施例中以数值数据为例进行叙述，其他类型的数据处理方式与数值数据处理方式相同，此处采用数值数据作为本实施例的目的是便于说明，需要说明的是，采集的数值数据是一维数据，将待加密的数据记为原始数据。

步骤S002、利用字符拆分将获取待加密的数据进行拆分得到拆分数值组合，建立滑窗，根据滑窗中数值与拆分数值组合的汉明距离和滑窗长度的比值得到拆分数值组合的可行性，获取所有可拆分组合得到密码字符组合库。

需要说明的是，待加密数据进行传统加密时，加密数据的统计频率不变，容易造成信息泄露，故对字符进行拆分处理，将单字符拆分为字符组合，其中字符组合中的字符为加密数据中已经存在的字符，由此增大部分字符的统计频率，在采用霍夫曼编码进行编码时，可令编码后的数据占用内存尽可能小。将拆分后的字符组合作为霍夫曼树叶子节点的激活调节，自适应变换霍夫曼树的叶子节点，令密文的私密性更强。

进一步需要说明的是，字符可拆分为字符组合，字符被拆分为字符组合之后，会改变原始数据的统计频率，为了保证拆分后的数据可以还原，则拆分后的字符组合不能在原始数据中出现。

具体的，字符拆分是将一个字符拆分为字符组合，将任意一个数值拆分为两个数的加和形式，该数的数值为a，得到a-1种组合，记为拆分数值组合。

本实施例以数值为例，例如所选数值为7，7可以拆分为1+6、2+5、3+4、4+3、5+2、6+1等6种组合，即以数值为例，数值记为，则可拆分的组合类型有/>种，拆分后的组合不能在原数据中存在，否则在进行还原时会出现问题，故需要对可拆分的组合进行筛选，选择可行的拆分组合。

进一步的，建立滑窗，滑窗是一维的，滑窗的预设宽度为，预设步长为/>，本实施例中采用/>，/>进行叙述，对数值数据遍历滑动得到若干个滑窗中的数值组合；以任意一个拆分数值组合为例，计算滑窗中的数值组合与所选拆分数值组合的汉明距离，再通过汉明距离来获取该拆分数值组合的可行性，具体的计算方法为：

式中p表示该拆分数值组合的可行性，b表示滑窗个数，表示第/>个滑窗中的数值组合与该拆分数值组合的汉明距离，d表示滑窗长度；当p的值大于0时，说明该拆分数值组合在原始数据中不存在，若p等于0，说明该拆分数值组合在原始数据中存在，即该拆分数值组合不合适，可行性为0，不可选择该拆分数值组合方式；对所有拆分数值组合进行可行性判断，将可行性不为0的拆分数值组合记为可拆分组合。

进一步的，对待加密的数据中的所有类型的字符进行拆分判断，获取所有字符的可拆分组合，将所有的可拆分组合进行记录，记录得到密码字符组合库；需要说明的是，字母进行拆分判断首先将其转化成数字，26个字母按照顺序依次用1-26表示，再对每个字母转换的数字进行拆分，并根据拆分的数字再转换为字母，得到每个字母的若干拆分字母组合，例如字母c转换为数字为3，3可以拆分为1+2与2+1，再转换为字母则表示为a+b与b+a；利用上述方法判断拆分字母组合的可行性，得到可拆分组合。

步骤S003、统计可拆分组合中的字符频率，根据字符频率构建霍夫曼树，根据霍夫曼树中二叉树层数得到自适应赋值霍夫曼树，生成初始混沌序列，根据第一混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的二叉树编码赋值进行交互，根据第二混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的叶子节点进行排序，进而得到变换之后的霍夫曼树。

需要说明的是，拆分后的数据字符的统计频率发生了改变，对拆分后的数据进行字符频率统计，构建相应的霍夫曼树。

具体的，通过上述计算获取每种类型字符的可拆分组合，同一种类型的字符可拆分组合可能存在多种组合方式，对原始数据中每个字符根据可拆分组合进行拆分，连续出现的相同字符则采用不同的可拆分组合进行拆分，不同的可拆分组合可以通过混沌序列或按顺序进行选取，本实施例采用混沌序列方法选取进行叙述，利用现有方法构建混沌序列，混沌序列转换为随机数序列，通过构建混沌序列，选择随机数序列中每个元素对应的可拆分组合对连续出现的相同字符进行拆分，需要说明的是，随机数序列中元素的序数即对应连续出现的第几个相同字符，根据相应元素数值选择对应的第几个可拆分组合来进行拆分；对于生成的混沌序列，将每个元素与该连续出现相同字符的可拆分组合数量相乘并向下取整，得到的结果作为随机数序列，由此得到拆分后的数据。

例如原始数据为12345677777，随机数序列为5231442…2，则对于连续出现的数值7，第一个7按照第5种拆分组合进行拆分，第二个7按照第2种拆分组合进行拆分，第三个7按照第3种拆分组合进行拆分，第四个7按照第1种拆分组合进行拆分，第五个7按照第4种拆分组合进行拆分。

进一步的，对拆分后的数据进行字符频率统计，得到字符类型统计直方图，并根据字符频率分布构建霍夫曼树，即：

1、统计字符频率：统计待编码的文本中每个字符出现的频率，记为每个字符的字符频率。

2、构建霍夫曼树：将字符频率作为权值，构建一棵霍夫曼树。构建方法为，将所有字符频率作为叶子节点，每次取出字符频率最小的两个节点作为左右子树，将它们的频率相加作为父节点的频率，直到所有节点都被合并。

需要说明的是，传统霍夫曼树的编码赋值从根节点开始，每次走到左子树就在编码的末尾添加0，每次走到右子树就在编码的末尾添加1。最终，每个字符都有一个唯一的编码，请参阅图2，其示出了传统霍夫曼树的编码规则，传统霍夫曼树是现有方法，在此不再赘述。

具体的，通过改变编码赋值规则来改变字符编码，即构建的霍夫曼树先不予以进行编码赋值，请参阅图2，图2为未进行编码赋值的霍夫曼树示意图。从根节点开始，按从上到下从左到右的顺序记录每一个二叉树，进行初始编码赋值，将奇数层二叉树的赋值进行交互，即将原本的左0右1赋值为左1右0，得到自适应赋值霍夫曼树。请参阅图3，图3为自适应赋值霍夫曼树示意图。

进一步的，根据自适应赋值霍夫曼树对拆分后的数据进行编码，对于第一次出现密码字符组合库中可拆分组合，此时激活霍夫曼树变换规则，后续字符按照变换之后的霍夫曼树进行编码。

例如，原始编码为：12345677777，拆分后的字符编码为：1234566125431652，其中123456没有被拆分，则该字符段对应的编码为：1011 001 000 011 010；继续编码的字符为61，其中61组合在密码字符库中存在，故61还是按照初始霍夫曼树进行编码，则对应的编码为010 10，此时激活霍夫曼树变换规则，当编码出现一次密码库中的字符组合后，对后续字符进行编码时，将霍夫曼树进行变换，霍夫曼树的变换规则如下。

具体的，利用映射模型生成混沌序列，将混沌序列中每个元素乘以字符类型数并向下取整得到初始混沌序列，从初始混沌序列中的第/>位开始，截取一个长度与自适应赋值霍夫曼树中二叉树个数相同的序列，记为第一混沌序列，根据第一混沌序列中的元素值从左往右的顺序将对应顺序的二叉树编码赋值进行交互，即将原来的二叉树编码赋值0、1进行交换，交换的次数由元素值的大小决定，从初始混沌序列中的第/>位开始，截取一个长度与自适应赋值霍夫曼树中叶子节点个数相同的序列，记为第二混沌序列，根据第二混沌序列中的元素值从左往右的顺序将对应顺序的叶子节点进行排序，每次参与完排序后的叶子节点去除，剩余的叶子节点继续进行排序，直到全部叶子节点排序完成，得到变换之后的霍夫曼树；需要说明的是，利用/>映射模型生成混沌序列时，需要记录控制混沌序列生成的参数/>、/>，以及初始混沌序列中的/>和/>位置，便于后续解密。

例如，霍夫曼树中二叉树的个数有5个，则从第一混沌序列中的第位开始选择第一混沌序列中的5位，其中/>为随机选取的位序，根据第一混沌序列中元素值的大小将二叉树中的0、1进行交换，例如元素值为3，第一个二叉树的编码赋值为1、0，则将1、0交互三次，变为0、1，同理对其他二叉树也进行交换，例如第一混沌序列为32142，则交换后变为：0、1，0、1，1、0，1、0，1、0；从第二混沌序列中的第/>位开始选择M位，根据第二混沌序列将叶子节点进行重排列，叶子节点从上到下从左往右的顺序是123456，若混沌序列为512243，则将叶子节点顺序中的第5位放置到顺序序列的第一位，将顺序重排列后的字符类型去除，则第一位排列后为：5、*、*、*、*、*，顺序序列变为12346，继续进行排列，则最终顺序变为：513462，则变换之后的霍夫曼树如图4所示。

步骤S004、根据自适应赋值霍夫曼树和变换之后的霍夫曼树进行编码得到加密数据。

步骤S003完成了树形变换，后续变换与上述同理，当遇到密码字符组合库中存在的字符组合后，激活变换，按照变换之后的霍夫曼树进行编码，若没有出现密码字符组合库中的组合，则按自适应赋值霍夫曼树进行编码，通过上述编码规则对数据进行霍夫曼编码转换，得到对应的二值数据串，二值数据串即为对应的加密数据。

步骤S005、将加密数据传输，根据初始混沌序列获得密钥，根据密钥进行解密。

将加密数据进行传输，其中密钥为密码字符组合库中的字符组合与初始混沌序列的参数，包括、/>、位置参数/>和位置参数/>，密钥为接收端和发送端持有，当接收端接收到密文后，通过密钥生成自适应赋值霍夫曼树，由于字符频率在传输时已经附带传输，则可以根据字符频率构建对应的霍夫曼树形，根据密钥获取自适应赋值霍夫曼树的赋值规则，此时利用自适应赋值霍夫曼树开始对加密数据进行解密，解密后的字符与密码字符组合库进行比对，若出现密码字符组合库中的字符组合，则将其进行合并，并利用密钥对自适应赋值霍夫曼树进行变换，得到对应的新的霍夫曼树，并根据新的霍夫曼树对剩下的加密数据继续进行解密，以此类推，直到所有加密数据均被读取完成后停止，此时得到原文。

至此，通过对字符进行拆分，同时对霍夫曼树进行自适应赋值，完成了对于云平台中网络信息的加密及传输。

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 (3)

1.基于云平台的网络信息加密传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

获取待加密的数据；

利用字符拆分将获取的待加密的数据进行拆分得到拆分数值组合，建立滑窗，根据滑窗中数值与拆分数值组合的汉明距离和滑窗长度的比值得到拆分数值组合的可行性，根据拆分数值组合的可行性通过阈值筛选得到若干可拆分组合，获取所有可拆分组合得到密码字符组合库；

统计可拆分组合中的字符频率，根据字符频率构建霍夫曼树，根据霍夫曼树中二叉树层数得到自适应赋值霍夫曼树，生成初始混沌序列，根据第一混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的二叉树编码赋值进行交互，根据第二混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的叶子节点进行排序，进而得到变换之后的霍夫曼树；

根据自适应赋值霍夫曼树和变换之后的霍夫曼树进行编码得到加密数据；

将加密数据传输，接收端根据初始混沌序列获得密钥，根据密钥进行解密；

所述利用字符拆分将获取待加密的数据进行拆分得到拆分数值组合，包括的具体步骤如下：

字符拆分是将一个字符拆分为字符组合，将任意一个数值拆分为两个数的加和形式，该数的数值为a，得到a-1种拆分组合；

所述根据第一混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的二叉树编码赋值进行交互，包括的具体步骤如下：

利用映射模型生成混沌序列，将混沌序列中每个元素乘以字符类型数并向下取整得到初始混沌序列，从初始混沌序列中的第/>位开始，截取一个长度为和自适应赋值霍夫曼树中二叉树个数相同的序列，记为第一混沌序列，根据第一混沌序列中的元素值从左往右的顺序将对应顺序的二叉树编码赋值进行交互，将原来的二叉树编码赋值0、1进行交换，交换的次数由元素值的大小决定；

所述根据第二混沌序列中的元素值将自适应赋值霍夫曼树中的叶子节点进行排序，包括的具体步骤如下：

利用映射模型生成混沌序列，将混沌序列中每个元素乘以字符类型数并向下取整得到初始混沌序列，从初始混沌序列中的第/>位开始，截取一个长度和自适应赋值霍夫曼树中叶子节点个数相同的序列，记为第二混沌序列，根据第二混沌序列中的元素值从左往右的顺序将对应顺序的叶子节点进行排序，每次参与完排序后的叶子节点去除，剩余的叶子节点继续进行排序，直到全部叶子节点排序完成。

2.根据权利要求1所述基于云平台的网络信息加密传输方法，其特征在于，所述根据滑窗中数值与拆分数值组合的汉明距离和滑窗长度的比值得到拆分数值组合的可行性，包括的具体步骤如下：

式中p表示任意一个拆分数值组合的可行性，b表示滑窗个数，表示滑窗中的数值组合与该拆分数值组合的汉明距离，d表示滑窗长度。

3.根据权利要求1所述基于云平台的网络信息加密传输方法，其特征在于，所述根据霍夫曼树中二叉树层数得到自适应赋值霍夫曼树，包括的具体步骤如下：

通过改变编码赋值规则来改变字符编码，构建的霍夫曼树先不予以进行编码赋值，从根节点开始，按从上到下从左到右的顺序记录每一个二叉树，进行初始编码赋值，将奇数层二叉树的赋值进行交互，得到自适应赋值霍夫曼树。