CN1269657A

CN1269657A - 一种数字数据变换方法

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Publication number: CN1269657A
Application number: CN00112884A
Authority: CN
Inventors: 何大可; 何薇
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University; Xian Jiaotong University
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2000-10-11
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: AU2001263734A1; EP1289151A1; CN1163814C; US20030152220A1; EP1289151A4; WO2002033828A8; US6859151B2; WO2002033828A1

Abstract

本发明公开一种数字数据变换方法,该方法解决现有加密电子邮件或任意8－比特数据序列在传送准备时所用变换编码效率低,加重网络负荷问题。其技术关键是设计了从一般比特串到可打印ASCII字符或汉字信息交换码序列的“基数－91变换”及扩展变换。与Internet标准SMTP结合使用,本发明取代“基数－64变换”(PGP和PEM采用)能使传输时间、存储需求减少7.7%或11.11%;取代QP变换能使传输时间、存储需求减少58.97%或60.49%。主要用于Internet加密电子邮件的传输或存储。

Description

一种数字数据变换方法

本发明涉及信息处理技术领域，特别涉及数字加密、数字签字、数据压缩等信息处理技术领域。

随着Internet国际互联网及其商业应用的迅猛发展，E-mail(电子邮件)的安全保密问题越来越突出。1991年出现了主要用于E-mail加密的密码系统PGP(Pretty Good Privacy)，以及于1993年发布最后文本的Internet标准建议草案PEM(Privacy Enhanced Mail)。如今，PGP密码系统大约被全世界三亿Internet个人用户中的半数用于E-mail加密；而PEM正在被越来越多的Internet企业用户采用，成为电子商务安全的一个基础。PGP和PEM都能为用户提供消息的保密和认证功能，以及与E-mail的兼容性；PGP还为用户提供消息的压缩功能。所谓与E-mail兼容，就是把准备用E-mail传送的任意8-比特数据字节(Byte)串或任意比特流数据，变换为有限制的ASCII(American Standard Code for Information Interchange)字符的串。对后者的主要限制有：(1)字符可打印；(2)字符集中不包含控制字符。这样的ASCII字符共有95个，其对应的10进制编码是从32到126的全部整数。由这样的ASCII字符书写的邮件符合Internet标准SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)，能在几乎所有的E-mail系统中传递。目前，PGP或PEM提供与E-mail的兼容性，都是通过称为“基数-64变换”的编码映射Base64(也记作Radix-64)来实现的。

“基数-64变换”将输入消息M切分为6比特长的分组作为自变量实施映射，该映射记为

Base64[]：X→Y其中，自变量或原像集X包括全部64个6比特符号(用整数记为0，1，...，63)和表示“无数据”的Φ；像集Y包括26个英文字符的大写和小写、0至9的阿拉伯数字、“+”、“/”，和填充符“＝”。常用软件中采用的映射规则为

Base64[0]＝“A”，...，Base64[25]＝“Z”，Base64[26]＝“a”，...，Base64[51]＝“z”，

Base64[52]＝“0”，...，Base64[61]＝“9”，Base64[62]＝“+”，Base64[63]＝“/”特别地，Base64[Φ]＝“＝”，仅在必要时使用，以便将变换输出的总字符数凑足为4的整倍数。为避免混淆，与C语言源程序的规定不同，本说明书采用中文引号“”作为ASCII字符或字符串的定界符。设Y中的每个符号用8-比特字节来记录、存储和传输(以下均按这种简化观点理解“传输”以避免讨论各式各样的实际传输信道，它不影响本说明书中各变换的性能对比)，采用“基数-64变换”的编码效率为6/8＝75％，数据扩展率为8/6＝4/3＝133.33％，故通常说“基数-64变换”将3字节输入变换为4字节输出。这对信道资源宝贵的Internet是一个浪费。目前在“多用途国际互联网邮件扩展(MIME)”中使用的变换QP(Quoted-Printable)，是简单地用三个可打印字符“＝LR”来替换16进制记法为“LR”的8-比特数据，L、R∈{0，1，...，9，A，B，C，D，E，F}。故QP变换的自变量比特分组长度为8，编码效率为1/3，数据扩展率为300％，对Internet资源的浪费更大。据新闻媒体报道，1999年底北京大学学生张明和戚文敏发明了名称为“电子邮局”(英文缩写EPOST)的技术，其效果是加速数据在Internet中的传送和突破原电子邮件邮箱存储容量的限制；但至今未见实现技术的公开报道，也未检索到国内外相关的专利申请。

本发明的目的是提供一种数字数据变换方法，它能与SMTP或稍作修订的MIME结合使用，降低在网络传输中由PGP或PEM加工(签字、压缩、加密)消息时使用“基数-64变换”导致的数据扩展，或因为使用“QP变换”导致的数据扩展，提高消息传输速度；同时降低以可打印字符方式存储该类数据的存储容量需求。

本发明的目的由以下技术方案实现：设计了一种从任意比特串数据到可打印字符或字的序列的变换。其主要思路是：将输入消息M分组映射的比特长度，从现有技术使用的6或8，增加到13、27或20，并利用91个可打印ASCII字符的集合或可打印双字符集合的直积与并积，来设计因分组长度增加后以指数方式增大的变换像集，从而提高编码效率。以下是本发明设计的“基数-91变换”，以及它的扩展形式——“基数-91扩展变换”1.“基数-91变换”描述

“基数-91变换”将输入消息M切分为13比特的分组作为自变量实施映射，该映射记为

Radix-91：X→Y其中，自变量或原像集X包括全部8192个13比特符号(用整数记为0，1，...，8191)，和必要时用于指示末组约定一侧n个比特数据为填充数据的φn(n＝1，...，12)，φ1＝8192，...，φ12＝8203，原像集X有8204个元素；像集Y为直积R91×R91的子集，符号R91表示从95个可打印ASCII字符中除去包括“＝”、“？”和空格符在内的四个字符后余下的91个字符的集合，直积R91×R91有8281个元素。

定义Radix-91是X到直积R91×R91内任意选定的一个1-1映射。选取哪一个具体的1-1映射作为Radix-91，不影响本发明的效果。为实现方便，本发明首选以下映射(设R91_CH[91]是包括R91全部元素的字符组，下同)：

Radix-91：X→Y≡(ch1，ch2) 字符ch1，ch2∈R91

ch1＝R91_CH[X/91]，ch2＝R91_CH[X％91] (1)这里的符号“/”和“％”为C语言中的运算符，分别表示整数除法和模除求余数运算。

将输入消息M切分为13比特分组的操作，可能产生不足13比特的末分组。对这种分组，在约定一侧用n个比特补足成为完整分组后实施映射；同时在其后增加一组数据φn(n＝1，...，12)，并当做输入数据实施映射。双字符“＝？”与“？＝”分别用作输出字符串的“引导符”和“结束符”。故“基数-91变换”的输出中最多可出现93个可打印ASCII字符。

按以上“基数-91变换”的变换规则，由填充比特及其指示符φn的像以及“引导符”和“结束符”导致的输出数据的额外增加不超过8个字符。所以，随输入消息M的比特数或字节数增加，本发明设计的“基数-91变换”的平均编码效率趋近于81.25％，数据扩展率趋近于123％(现有的“基数-64变换”的编码效率为75％，数据扩展率为133％)。2.“基数-91扩展变换”(27比特分组)描述

集合R91的定义与上文中相同。按“基数-91变换”的思路，但输入消息分组长度由13比特增加到27比特，再设计出可打印字符或字的4字节值作为变换的像，就得到“基数-91扩展变换”。将其针对27比特分组的映射记为

Radix-91+：X→Y其中，自变量或原像集X包括全部2²⁷个27比特符号(用整数记为0，1，...，134217727)，和必要时用于指示末组约定一侧n个比特数据为填充数据的φn(n＝1，...，26)，φ1＝134217728，...，φ26＝134217753，原像集X有2²⁷+26个元素；像集Y为直积Y0×Y0的子集，集合Y0是直积R91×R91与“汉字通信编码字符集的信息交换码集合”(包括GB2312和GB8565)或更一般的“中国、日本和韩国通用汉字编码字符集(CJK UNIFIEDIDERGRAPH)”的信息交换码集合的某个m元子集HZm的并集，即

Y0＝{R91×R91}∪HZm整数m∈[3305，94²]，R91×R91元素数为8281，Y0的元素数N＝8281+m≥11586，直积Y0×Y0的元素数为N²，大于X的元素数。

定义Radix-91+是X到直积Y0×Y0内任意选定的一个1-1映射。在以上限定下m或N的取法，以及选取哪一个具体映射作为Radix-91+，均不影响本发明的效果。为实现方便，本发明首选m＝3305，N＝11586，HZm为GB2312中汉字“啊[1601]”至汉字“盈[4905]”的信息交换码(双8-比特字符，其中不同的8-比特字符有94个)的集合，[]内数字是该汉字的区位码，并选择以下具体映射：

Radix-91+：X→Y≡(y1，y2)≡(ch1，ch2，ch3，ch4)其中整数y1，y2∈[0，N-1]，字符ch1，ch2，ch3，ch4∈R91

y1＝X/N，y2＝X％N (2)所以称N为“扩展的基数”。当y1＜8281时

ch1＝R91_CH[y1/91]，ch2＝R91_CH[y1％91] (3)当y1≥8281时

ch1ch2＝区位码为1601+(y1-8281)的汉字的信息交换码 (4)当y2＜8281时

ch3＝R91_CH[y2/91]，ch4＝R91_CH[y2％91] (3’)当y2≥8281时

ch3ch4＝区位码为1601+(y2-8281)的汉字的信息交换码 (4’)

将输入消息M切分为27比特分组的操作，可能产生不足27比特的末分组。对这种分组，在约定一侧用n个比特补足成为完整分组后实施映射；同时在其后增加一组数据φn(n＝1，...，26)，并当做输入数据实施映射。双字符“＝？”与“？＝”分别用作输出字符串的“引导符”和“结束符”。

按以上“基数-91扩展变换”的变换规则，由填充比特及其指示符φn的像以及“引导符”和“结束符”导致的输出数据的额外增加不超过12个字符。所以，随输入消息M的比特数或字节数增加，本发明设计的“基数-91扩展变换”(27比特分组)的平均编码效率趋近于84.375％，数据扩展率趋近于118.5％(现有的Base64变换的编码效率为75％，数据扩展率为133％)。3.“基数-91扩展变换”(20比特分组)描述

集合R91、HZm与集合Y0的定义与上文中相同。按“基数-91变换”的思路，但输入消息分组长度由13比特增加到20比特，再设计出可打印字符或字的3字节值作为变换的像，就得到另一种“基数-91扩展变换”。仍然采用前面的映射记号

Radix-91+：X→Y其中，自变量或原像集X包括全部2²⁰个20比特符号(用整数记为0，1，...，1048575)，和必要时用于指示末组约定一侧n个比特数据为填充数据的φn(n＝1，...，19)，φ1＝1048576，...，φ19＝1048594，原像集X有＝2²⁰+19个元素；像集Y为直积R91×Y0的子集，Y0的元素数N≥11586，直积R91×Y0的元素数为91×N，大于X的元素数。

定义Radix-91+是X到直积R91×Y0内任意选定的一个1-1映射。在以上限定下m或N的取法，以及选取哪一个具体的映射作为Radix-91+，均不影响本发明的效果。为实现方便，本发明首选m＝3305，N＝11586，并选择以下具体映射；

Radix-91+：X→Y≡(y1，y2)≡(ch1，ch2，ch3)其中，整数y1∈[0，90]，y2∈[0，N-1]，字符ch1，ch2，ch3∈R91

y1＝X/N，y2＝X％N (5)

ch1＝R91_CH[y1] (6)当y2＜8281时

ch2＝R91_CH[y2/91]，ch3＝R91_CH[y2％91] (7)当y2≥8281时

ch2ch3＝区位码为1601+(y2-8281)的汉字的信息交换码 (8)

不足20比特的末分组的处理方法，与按27比特分组的“基数-91扩展变换”类似。如同“基数-91变换”，双字符“＝？”与“？＝”分别用作输出字符串的“引导符”和“结束符”。由填充比特及其指示符φn的像以及“引导符”和“结束符”导致的输出数据的额外增加不超过10个字符。所以，随输入消息M的比特数或字节数增加，本发明设计的“基数-91扩展变换”(20比特分组)的平均编码效率趋近于83.33％，数据扩展率趋近于120％(现有的Base64变换的编码效率为75％，数据扩展率为133％)。

本发明与MIME准用的“基数-64变换”与QP变换相比，其特点是变换分组映射的自变量比特数超过6或8，也不是6或8的整倍数，而是特意选定的13、27或20。变换设计特征对比数据见表1。表1

本发明与现有技术相比，明显地提高了信息编码效率。将本发明用于信息传输时可以减少信道占用时间，节省传输费用；将本发明用于任意比特串数据按可打印字符或字方式的存储时，能节省存储空间或费用。变换性能特征对比数据见表2。表2

表2中的(等量)“消息”，指表中变换的输入，而不是指具体应用中由PGP或PEM处理的用户明文消息。表2中第三行数据(“等量消息变换后经E-mail传输的时间”)只是按编码方法本身计算的结果。在实际网络传输中使用本发明时，由于待传输消息的编码效率提高，网络负荷随之减轻，网络处理信道争用(“碰撞”)的资源消耗也随之降低，故本发明的实际效果比表2中第三行数据显示的会更好。

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的“基数-91变换”计算机算法流程图。

图2为本发明的“基数-91扩展变换”计算机算法流程图。

以下结合图1对本发明作进一步的详细说明。

将任意比特串数据映射为可打印ASCII字符序列，该变换方法由计算机软件实现，其特征在于采用下列步骤：

(1)启动计算机(或计算机已由使用本变换软件的应用程序启动)；

(2)将欲执行变换算法的可执行程序模块存入计算机系统的程序存储器，将程序准备就绪的输出字符集和填充比特指示数组移入内存，建立R91_CH[91]和φ[13]的表(Table)；

(3)参数准备及赋值(由调用本模块的程序完成)：将输入字节串指针INP_STR指向待变换字节串地址，INP_Len＝输入字节串长度，32比特无符号整数变量X，W＝0，W中未变换的剩余比特数R＝0，输出字符串OUT_STR＝“＝？”，输出字符串长度OL＝2；

(4)将程序计数器指针指向程序存储器中前述可执行程序模块入口地址，读取指令并执行操作，即执行映射变换；

(5)变换的循环体过程(当INP_Len＞0时执行)

W的第R至第R+7比特位←从地址INP_STR处读取1个字节；

调整参数：R←R+8；INP_STR←INP_STR+1；INP_Len←INP_Len-1；

实施分组映射：

如果(R≥13或INP_Len＝0)则执行

{X←W的低端13比特；

W＞＞13；(即在W的低端保存剩余比特)R←R-13；

ch1←R91_CH[X/91]；ch2←R91_CH[X％91]；

将字符ch1、ch2添加到输出串OUT_CH末尾；OL←OL+2；}

如果(R＜0)则执行

{n←-R(即末组高端n个0比特是填充比特)

X←φ[n]；ch1←R91_CH[X/91]；ch2←R91_CH[X％91]；

将字符ch1、ch2添加到输出串OUT_CH末尾；OL←OL+2；}

(6)在OUT_STR末尾加结束符“？＝”；

(7)变换模块执行结束。

变换模块执行结束后，输出字符串存于OUT_STR，其长度为OL的值。[例1]参照图1和前面对该计算机程序主要技术特征的说明，首先初始化确定具体映射关系的输出字符集

charR91_CH[91]＝{“！”“＂”，...，“+”，“-”，...，“＜”，“＞”，“@”，...，“～”}；即这里从95个可打印字符中扣除的4个字符是：“＝”、空格符、“，”和“？”，各符号在ASCII表中的顺序不变；故映射规则为：R91_CH[0]＝“！”，R91_CH[1]＝“＂”，R91_CH[22]＝“8”，R91_CH[67]＝“g”，R91_CH[90]＝“～”等等。比特填充指示数据初始化为

unsigned φ[13]＝{0，8192，8193，8194，8195，8196，8197，8198，8199，8200，8201，8202，8203}；

设输入消息按8-比特分段的10进制表出为

unsigned char INP_STR[5]＝{255，255，252，254，129}；输入消息字节长度INP_Len＝5，输出字符串初始化为OUT_STR＝“＝？”，其长度OL＝2。用W表示无符号32比特变量，其比特位由高(左)到低(右)用31，...，1，0标记；用R计移入W但尚未分组的输入比特数目，这些比特总是存放在W的低R位(新读取的输入字节比特在W中紧靠原剩余比特的左侧存放)。初始化W＝0，R＝0。以符号“B”开头的记数为二进制数，其右端为低位比特。与图1算法流程中循环体对应的处理过程如下：(1)取INP_STR[0]＝255存入W低8位，得到W＝B0...011111111，R＝8，INP_Len＝4(2)取INP_STR[1]＝255，在W中紧临低R位的左侧存入，即存入W的第8至第15位，

得到W＝B0...011111111 11111111，R＝16，INP_Len＝3，此时R≥13，取出W低端13

比特为X，X＝8191，W＞＞13(即在W低位保存剩余比特，下同)，成为

W＝B0......00000111，R＝3，

ch1＝R91_CH[X/91]＝R91_CH[90]，ch2＝R91_CH[X％91]＝R91_CH[1]

OUT_STR＝“＝？～＂”，OL＝4；(3)取INP_STR[2]＝252，存入W第3至第10位，得到W＝B0...011111100111，R＝11，

INP_Len＝2；(4)取INP_STR[3]＝254，存入W第11至第18位，得到

W＝B0...011111110 11111100111，R＝19，INP_Len＝1，此时R≥13，取出W低端13比

特为X，X＝6119，W＞＞13，成为W＝B0......00111111，R＝6，

ch1＝R91_CH[X/91]＝R91_CH[67]，ch2＝R91_CH[X％91]＝R91_CH[22]，

OUT_STR＝“＝？～＂g8”，OL＝6；(5)取INP_STR[4]＝129，存入W第6至第13位，得到

W＝B0...010000001 111111，R＝14，INP_Len＝0，此时R≥13，取出W低端13比特为

X，X＝127，W＞＞13，成为W＝B0......00001，R＝1，

ch1＝R91_CH[X/91]＝R91_CH[1]，ch2＝R91_CH[X％91]＝R91_CH[36]，

OUT_STR＝“＝？～＂g8＂H”，OL＝8；(6)因为INP_Len＝0，取X＝W＝1作为完整13比特组(即在剩余比特左侧填充了12个

0比特)，R＝R-13＝-12，

ch1＝R91_CH[X/91]＝R91_CH[0]，ch2＝R91_CH[X％91]＝R91_CH[1]，

OUT_STR＝“＝？～＂g8＂H！＂”，OL＝10；(7)R＜0，知n＝-R＝12是末组有效数据(1比特)左侧的填充0比特个数，用φ[12]＝8203

指出填充比特个数，并将它映射为输出：X＝8203，

ch1＝R91_CH[X/91]＝R91_CH[90]，ch2＝R91_CH[X％91]＝R91_CH[13]，

OUT_STR＝“＝？～＂g8＂H！＂～/”，OL＝12；(循环体处理过程结束)

最后，在输出串末尾添加“？＝”，使输出串符合Internet标准建议MIME中已编码数据的标示法。所以，对所给输入数据，“基数-91变换”的输出是字符长度为14的可打印字符串OUT_STR＝“＝？～＂g8＂H！＂～/？＝”，OL＝14。要实施Radix-91逆变换，只需按相反的次序进行操作，并注意字符“＝？”和“？＝”没有原像[例1结束]。

以下结合图2对本发明作进一步的详细说明。

将任意比特串数据映射为可打印ASCII字符和汉字信息交换码的序列，该变换方法由计算机软件实现，其特征在于采用下列步骤：

(1′)启动计算机(或计算机已由使用本变换软件的应用程序启动)；

(2′)将欲执行变换算法的可执行程序模块存入计算机系统的程序存储器，将程序准备就绪的输出字符集、汉字信息交换码集、填充比特指示数组和常数11586移入内存，建立R91_CH[91]、HZm[3305]、φ[27]的表(Table)和常量——扩展的基数N；

(3′)参数准备及赋值(由调用本模块的程序完成)：将输入字节串指针INP_STR指向待变换字节串地址，INP_Len＝输入字节串长度，32比特无符号整数变量X，y1，y2，W＝0，W中未变换的剩余比特数R＝0，输出字符串OUT_STR“＝？”，输出字符串长度OL＝2；

(4′)将程序计数器指针指向程序存储器中前述可执行程序模块入口地址，读取指令并执行操作，即执行映射变换；

(5′)变换的循环体过程(当INP_Len＞0时执行)

W的第R至第R+7比特位←从地址INP_STR处读取1个字节；

调整参数：R←R+8；INP_STR←INP_STR+1；INP_Len←INP_Len-1；

实施分组映射：

如果(R≥27或INP_Len＝0)则执行

{X←W的低端27比特；

W＞＞27；(即在W的低端保存剩余比特)R←R-27；

y1←X/N；y2←X％N；

当(y1＜8281){ch1←R91_CH[y1/91]；ch2←R91_CH[y1％91]；}

当(y1≥8281)ch1ch2←HZm[y1-8281]；

当(y2＜8281){ch3←R91_CH[y2/91]；ch4←R91_CH[y2％91]；}

当(y2≥8281)ch3ch4←HZm[y2-8281]；

将ch1、ch2、ch3、ch4添加到输出串OUT_CH末尾；OL←OL+4；

}

如果(R＜0)则执行

{n←-R(即末组高端n个0比特是填充比特)；X←φ[n]；

y1←X/N；y2←X％N；

当(y1＜8281){ch1←R91_CH[y1/91]；ch2←R91_CH[y1％91]；}

当(y1≥8281)ch1ch2←HZm[y1-8281]；

当(y2＜8281){ch3←R91_CH[y2/91]；ch4←R91_CH[y2％91]；}

当(y2≥8281)ch3ch4←HZm[y2-8281]；

将ch1、ch2、ch3、ch4添加到输出串OUT_CH末尾；OL←OL+4；

}

(6′)在OUT_STR末尾加结束符“？＝”；

(7′)变换模块执行结束。

变换模块执行结束后，输出字符串存于OUT_STR，其长度为OL的值。[例2]本例将对输入数据

unsigned char INP_STR[6]＝{255，255，252，254，129，255}；实施27比特分组的“基数-91扩展变换”，变换输出中作为GB2312信息交换码的双8-比特字符约定以相应汉字显示。参照图2和前面对该计算机程序主要技术特征的说明，首先初始化R91_CH[91](同例1)、HZm、φ[27]和扩展的基数N＝11586。输出串初始化为OUT_STR＝“＝？”，其长度OL＝2。采用与例1类似的比特分组拼装方案，可得到如下两个分组：

X1＝B 110 11111100 11111111 11111111＝117243903

X2＝B 000000 11111111 10000001 11111＝2093119二进制记数中的间隔仅仅是为解说方便，即从左往右，X1是由

INP_STR[3]低位3比特、INP_STR[2]8比特、INP_STR[1]8比特、INP_STR[0]8比特组成，X2是由

6个填充0比特、INP_STR[5]8比特、INP_STR[4]8比特、INP_STR[3]高位5比特组成。按照公式(2)、(3)、(4)、(3′)、(4′)实施映射，对X＝X1，

y1＝X/N＝10119，y2＝X％N＝5169y1≥8281，ch1ch2是区位码为1601+(y1-8281)＝3439的汉字的信息交换码；y2＜8281，

ch3＝R91_CH[y2/91]＝R91_CH[56]，ch4＝R91_CH[y2％91]＝R91_CH[73]第一分组变换后的结果是OUT STR＝“＝？谜\m”，OL＝6。对X＝X2，

y1＝X/N＝180，y2＝X％N＝7639y1＜8281，ch1＝R91_CH[y1/91]＝R91_CH[1]，ch2＝R91_CH[y1％91]＝R91_CH[79]y2＜8281，ch3＝R91_CH[y2/91]＝R91_CH[83]，ch4＝R91_CH[y2％91]＝R91_CH[86]第二分组变换后的结果是OUT_STR＝“＝？谜\m＂swz”，OL＝10。增加一组指示X2高端6个0比特为填充比特的分组：X＝φ[6]＝134217733，此时

y1＝X/N＝11584，y2＝X％N＝5509y1≥8281，ch1ch2是区位码为1601+(y1-8281)＝4904的汉字的信息交换码；y2＜8281，

ch3＝R91_CH[y2/91]＝R91_CH[60]，ch4＝R91_CH[y2％91]＝R91_CH[49]再加上结束符“？＝”，最终的输出是OUT_STR＝“＝？谜\m＂swz赢U？＝”，OL＝16。

“基数-91扩展变换”的逆变换按照上述过程的逆过程进行，并注意字符“＝？”和“？＝”没有原像。“基数-91扩展变换”的编码效率高于“基数-91变换”[例2结束]。

在实施本发明时，即使分组映射规则确定之后，将输入字节串按确定比特长度的分组拼装方案(包括比特数不足的末组的处理办法)还可能有多种选择，以致给出不同的输出字符串，但输出字符串的长度不会因为分组拼装方案不同而变化。因而，比特分组拼装方案并不影响本发明的编码效率，也不影响通过相应逆变换还原出正确的输入数据。

本发明中双字符“＝？”和“？＝”的用法遵从MIME标准建议中关于已编码数据的标示法(参考RFC2049第二部分“MIME相容性”之9)，只是作为已编码数据的字符集有扩展。但是，“基数-91变换”的输出字符不超出95个可打印ASCII字符之集，所以可以配合Internet标准SMTP使用，在PGP、PEM或稍加改进的MIME中取代“基数-64变换”或QP变换。

本发明比QP变换和“基数-64变换”适用范围更广还在于，本发明由于设计了填充比特指示符φn，所以可对任意长度的输入比特数据实施变换和逆变换；而QP变换仅对比特长度为8的整倍数的输入数据使用方便，“基数-64变换”仅对比特长度为6的整倍数的输入数据使用方便。

Claims

1.一种数字数据变换方法，该方法将任意比特串数据映射为可打印ASCII字符序列，该变换方法由计算机软件实现，其特征在于：

(1)将欲执行变换算法的可执行程序模块存入计算机系统的程序存储器，将程序准备就绪的输出字符集和填充比特指示数组移入内存，建立字符组R91_CH[91]和整数组φ[13]的表(Table)；

(2)将输入字节串指针指向待变换字节串地址，用变量记录输入字节串长度，将程序计数器指针指向程序存储器中前述可执行程序模块入口地址，读取指令并执行操作；

(3)变换对输入数据进行分组处理，每分组的比特长度为13；

(4)变换分组映射的自变量或原像集X包括全部8192个13比特符号和12个填充比特指示符φ1，...，φ12，共计8204个元素；

(5)变换的输出表示中，使用93个可打印ASCII字符；

(6)变换分组映射的像集Y为直积R91×R91的子集，R91是91个可打印ASCII字符的集合，可逆的1-1映射关系为

Radix-91：X→Y≡(ch1，ch2)字符ch1，ch2∈R91

ch1＝R91_CH[X/91]，ch2＝R91_CH[X％91]

(7)对不足13比特的输入数据分组，在约定一侧用n个比特填充后成为完整分组实施映射，再添加一组数据φn当做输入数据实施相同映射，其像在直积R91×R91中。

2.根据权利要求1所述的数字数据变换方法，其特征在于从任意比特串到可打印ASCII字符序列的变换方法为：

(1)变换的基本输出字符集R91的91个可打印ASCII字符，可以从除去符号“＝”、“？”和空格符之外的92个可打印ASCII字符中任意选取；

(2)变换对输入数据分组实施，分组比特长度为13，在自变量集和像集确定之后，可任意选取一个具体的1-1映射实现变换；

(3)变换对输入数据分组实施，在分组比特长度、自变量集和像集、具体实现变换的1-1映射确定之后，可任意选取一种比特分组拼装方案，实现输入数据按13比特长度分组；

(4)在变换像的表示或编码算法中，使用非2的整数幂次的91进位制或基数。

3.一种数字数据变换方法，该方法将任意比特串数据映射为可打印ASCII字符和汉字信息交换码的序列，该变换方法由计算机软件实现，其特征在于：

(1)将欲执行变换算法的可执行程序模块存入计算机系统的程序存储器，将程序准备就绪的输出字符集与汉字信息交换码集、填充比特指示数组和常数11586移入内存，建立R91_CH[91]、HZm[3305]、φ[27]的表(Table)和常量单元——扩展的基数N；

(3)变换对输入数据进行分组处理，每分组的比特长度为27；

(4)变换分组映射的自变量或原像集X包括全部2²⁷个27比特符号和26个填充比特指示符φ1，...，φ26，共计2²⁷+26个元素；

(5)变换的输出表示中，使用93个可打印ASCII字符和94个8-比特字符，后者的两两组合为GB2312汉字信息交换码字；

(6)变换分组映射的像集Y为直积Y0×Y0的子集，

Y0＝{R91×R91}∪HZm即Y0为直积R91×R91与HZm的并集，整数m∈[3305，94²]，Y0的元素数N∈[11586，94²+8281]，可逆的1-1映射关系为

y1＝X/N，y2＝X％N当y1＜8281时，ch1＝R91_CH[y1/91]，ch2＝R91_CH[y1％91]当y1≥8281时，ch1ch2＝区位码为1601+(y1-8281)的汉字的信息交换码当y2＜8281时，ch3＝R91_CH[y2/91]，ch4＝R91_CH[y2％91]当y2≥8281时，ch3ch4＝区位码为1601+(y2-8281)的汉字的信息交换码；

(7)对不足27比特的输入数据分组，在约定一侧用n个比特填充后成为完整分组实施映射，再添加一组数据φn当做输入数据实施相同映射，其像在直积Y0×Y0中。

4.根据权利要求3所述的数字数据变换方法，其特征在于从任意比特串到可打印ASCII字符及汉字信息交换码序列的变换方法为：

(1)变换的基本输出字符集R91的91个可打印ASCII字符，可以从除去符号“＝”、“？”和空格符之外的92个可打印ASCII字符中任意选取，变换的基本输出双字符集HZm的m个码字，可从包括GB2312和GB8565的“汉字通信编码字符集的信息交换码集合”中任意选取，或从“中国、日本和韩国通用汉字编码字符集(CJK UNIFIED IDERGRAPH)”的信息交换码集合中任意选取；

(2)变换对输入数据分组实施，分组比特长度为27，在自变量集和像集确定之后，可任意选取一个具体的1-1映射实现变换；

(3)变换对输入数据分组实施，在分组比特长度、自变量集和像集、具体实现变换的1-1映射确定之后，可任意选取一种比特分组拼装方案，实现输入数据按27比特长度分组；

(4)在变换像的表示或编码算法中，使用非2的整数幂次的91进位制或基数，和N进位制或扩展的基数，N∈[11586，94²+8281]。

5.一种数字数据变换方法，该方法将任意比特串数据映射为可打印ASCII字符和汉字信息交换码的序列，该变换方法由计算机软件实现，其特征在于：

(1)将欲执行变换算法的可执行程序模块存入计算机系统的程序存储器，将程序准备就绪的输出字符集与汉字信息交换码集、填充比特指示数组和常数11586移入内存，建立R91_CH[91]、HZm[3305]、φ[20]的表(Table)和常量单元N；

(3)变换对输入数据进行分组处理，每分组的比特长度为20；

(4)变换分组映射的自变量或原像集X包括全部2²⁰个20比特符号和19个填充比特指示符φ1，...，φ19，共计2²⁰+19个元素；

(6)变换分组映射的像集Y为直积R91×Y0的子集，

Y0＝{R91×R91}∪HZm；

(7)对不足20比特的输入数据分组，在约定一侧用n个比特填充后成为完整分组实施映射，再添加一组数据φn当做输入数据实施相同映射，其像在直积R91×Y0中。