[發明專利]一種基于隨機序列數據庫的密碼系統

有效

• 申請號: 201110364005.9
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN103117850A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 曾紀晴;張明永
• 申請（專利權）人: 中國科學院華南植物園
• 主分類號: H04L9/18
• 分類號: H04L9/18;H04L9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于信息安全領域，特別是涉及一種基于隨機序列數據庫的密碼系統。

背景技術

密碼系統是信息安全的核心和關鍵技術。目前實際應用的密碼系統盡管種類很多，但其密碼體制可分為兩類：對稱密碼體制和非對稱密碼體制。1949年，Shannon發表了“Communication?theory?of?secrecy?system”重要論文，證明了只有“一次一密”的密碼系統才是理論上不可破譯的、絕對安全的密碼系統。但是由于“一次一密”的密碼系統存在密匙產生、分配與管理極為困難的問題，使其應用受到限制。為了達到類似“一次一密”那樣的安全性，仿效“一次一密”的密碼系統如分組密碼和流密碼應用而生。目前，流密碼是世界各國信息安全領域的主流密碼。流密碼有許多種設計方法，比如移位寄存器序列、非線性組合序列、非線性過濾序列和鐘控序列以及混沌序列等方法。

流密碼是指利用少量的密鑰通過特定的復雜密碼算法產生大量的偽隨機位流，用于對明文位流的加密。解密是指用同樣的密鑰和密碼算法及與加密相同的偽隨機位流，用以還原明文位流。因此，流密碼的關鍵是產生密匙序列的算法，其密碼系統的安全性也主要取決于密匙序列，但由于密匙序列多是由一種子密匙k經某個特定的確定性算法產生的偽隨機序列，因此流密碼是基于數學計算的密碼系統，它在理論上是可被計算機破譯的。因此，本質上來講，流密碼并非是“一次一密”的密碼系統。

本發明提出了一個基于隨機序列數據庫的密碼系統，該密碼系統類似于流密碼，都是每次加密一個字節，但流密碼使用偽隨機序列作為密匙序列，而本密碼系統則使用隨機序列數據庫將明文流變換為隨機序列。本發明提供了一個“一次一密”的完善密碼系統，完全可不破譯，同時還可自動檢測密文信息的完整性，確保密文信息不被篡改、仿冒，可廣泛應用于信息安全的各個領域。

發明內容

本發明所建立的一種基于隨機序列數據庫的密碼系統，采取如下步驟和方法：

(1)首先，建立一個8位二進制數據庫D。

該數據庫的結構如圖1所示，A為8位二進制數，B為每個二進制數對應的隨機序列(比如是由0和1組成的隨機序列)。用A(i)表示0-255的8位二進制數，B(i)表示與A(i)對應的隨機序列。B(i)序列長度的設置以足夠保證隨機序列ki的唯一性以及序列搜索運算速度為依據。該數據庫D共有256條數據。由于2¹⁶＝2⁸*2⁸＝256*2⁸＝256*256，對應于256條二進制數據來說，每個8位二進制數據理論上可找到256個不同的16位二進制隨機序列與之相對應。每個隨機序列B(i)的長度設置在30-100個字符之間足以滿足需要。

(2)加密方法：

首先將明文M轉換為二進制，然后按每個字節即8位二進制數自動劃分為若干單元，比如m₁，m₂，m₃，……，m_n。然后，依次在數據庫D中檢索，根據其檢索到的8位二進制數A(i)找到其對應的隨機序列B(i)，然后在B(i)中再隨機截取一段由16個字符組成的序列ki。當明文M所有字節完成上述變換后依次得到k₁，k₂，k₃，……，k_n，即構成密文。隨機序列ki也可再經過加密變換Ci＝E(k_i)(i＝1，2，3，……，n)，則最終可得到密文C＝c₁c₂c₃…c_n。

其中，k₁，k₂，k₃，……，k_n需滿足唯一性條件，即在數據庫D中，這些隨機序列ki是唯一的，假如截取到的ki不能滿足唯一性條件，則必須重新選取，直到滿足唯一性條件為止。檢驗ki的唯一性，可使用字符串搜索算法，在數據庫D中進行搜索，如果ki僅有一個搜索結果，則表明ki在數據庫D中是唯一的，否則是不唯一的。

(3)密匙動態更新方法：