[發明專利]面向字節的隨機多表替換加密與解密方法

在審

• 申請號: 202011248734.3
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112422278A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 李春林
• 申請（專利權）人: 西安培華學院
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/14;H04L9/00;H04L29/06
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.面向字節的隨機多表替換加密方法，明文、密文和密鑰均是有限域GF(2⁸)內的元素，替換表S共有256個元素，工作密鑰WKey共有256個元素，用戶密鑰Key的元素個數可變，最少一個元素，最多256個元素，通過密鑰擴展算法生成工作密鑰WKey，其特征在于，加密步驟如下：

第(1)步：生成替換表S和工作密鑰WKey，產生M個隨機數用來改變工作密鑰WKey，并生成密文反饋字符FC，具體步驟如下：

第(101)步：生成替換表S，將替換表S中256個元素的值，分別設置為0～255，即S(i)＝i，i＝0～255；

第(102)步：將用戶密鑰Key擴展為工作密鑰WKey；

第(103)步：根據用戶對安全等級的不同要求，分別產生8個、16個或32個GF(2⁸)內的隨機數Rnd，進行周期擴展后與第(102)步產生的工作密鑰WKey進行mod 256的加法運算，即：WKey(i)＝(WKey(i)+Rnd(j))mod 256,i＝0～255,j＝i mod M，M是系統根據安全等級不同而設定的隨機數的個數，將這M個隨機數直接輸出到密文文件中；

第(104)步：選取工作密鑰WKey中的部分元素做mod 256的加法運算，產生初始秘密字符iniSecChar，并將密文反饋字符FC設定為初始秘密字符，即FC＝iniSecChar；

第(2)步：循環加密所有明文字符，直到所有明文字符加密完畢，具體步驟如下：

第(201)步：使用工作密鑰WKey改變替換表S中元素的位置，i、j是替換表S中元素的編號，j的初始值為0，i從0到255，每次遞增1，計算出和當前值i進行交換的值j，j＝(j+WKey(i)+S(i))mod 256，然后交換S(i)和S(j)的值；

第(202)步：通過替換表S替換明文字符Pchar，生成相對應的密文字符Cchar，即Cchar＝S(Pchar)，輸出密文字符Cchar；

第(203)步：根據密文字符Cchar的值，改變密文反饋字符FC的值，即FC＝(S(Cchar)+iniSecChar)mod 256；

第(204)步：根據替換表S和密文反饋字符FC的值，改變工作密鑰WKey的值，即WKey(i)＝(WKey(i)+S(WKey(i))+FC)mod 256,i＝0～255。

2.根據權利要求1所述面向字節的隨機多表替換加密方法，其特征在于，所述第(102)步將用戶密鑰Key擴展為工作密鑰WKey的方法是：首先將用戶密鑰Key進行周期擴展，直到密鑰長度為256個，然后將擴展部分密鑰值逐次增加1，并做Mod 256運算，即WKey(i)＝Key(i),i＝0～N-1，WKey(i)＝(Key(j)+i-N+1)mod 256,i＝N～255,j＝i mod N，N為用戶密鑰Key的元素個數。

3.根據權利要求1所述面向字節的隨機多表替換加密方法，其特征在于，所述第(104)步產生初始秘密字符iniSecChar的方法：在算法中直接設定選取的元素序號，或選擇用戶密鑰Key的元素作為選取的序號，即iniSecChar＝(WKey(Key(1))+WKey(Key(2))+…+WKey(Key(N)))mod 256，其中的N為用戶密鑰Key的元素個數,Key(1)為用戶密鑰Key的第一個元素。

4.與權利要求1所述面向字節的隨機多表替換加密方法對應的解密算法，明文、密文和密鑰均是有限域GF(2⁸)內的元素，替換表S和解密替換表DS均有256個元素，工作密鑰WKey也有256個元素，用戶密鑰Key的元素個數可變，最少一個元素，最多256個元素，通過密鑰擴展算法生成工作密鑰WKey，其特征在于，解密步驟如下：

第(D1)步：生成替換表S、工作密鑰WKey和密文反饋字符FC，具體步驟如下：

第(D101)步：生成替換表S，將替換表S中256個元素的值，分別設置為0～255，即S(i)＝i，i＝0～255；

第(D102)步：將用戶密鑰Key擴展為工作密鑰WKey；

第(D103)步：從加密文件中讀出前面的M個隨機數Rnd，進行周期擴展后與第(D102)步產生的工作密鑰WKey進行mod 256的加法運算，改變工作密鑰WKey元素的值，即：WKey(i)＝(WKey(i)+Rnd(j))mod 256,i＝0～255,j＝i mod M，M是系統根據安全等級不同而設定的隨機數的個數；

第(D104)步：選取工作密鑰WKey中的部分元素做mod 256的加法運算，產生初始秘密字符iniSecChar，并將密文反饋字符FC設定為初始秘密字符，即FC＝iniSecChar；

第(D2)步：循環解密所有密文字符，直到所有密文字符解密完畢，具體步驟如下：

第(D201)步：使用工作密鑰WKey改變替換表S中元素的位置，i、j是替換表S中元素的編號，j的初始值為0，i從0到255，每次遞增1，計算出和當前值i進行交換的值j，j＝(j+WKey(i)+S(i))mod 256，然后交換S(i)和S(j)的值；

第(D202)步：計算出解密替換表DS，DS(S(i))＝i，i＝0～255；

第(D203)步：通過解密替換表DS，將密文字符Cchar替換為明文字符Pchar，即Pchar＝DS(Cchar)，輸出明文字符Pchar；

第(D204)步：根據密文字符Cchar的值，改變密文反饋字符FC的值，即FC＝(S(Cchar)+iniSecChar)mod 256；

第(D205)步：根據替換表S和密文反饋字符FC的值，改變工作密鑰的值，即WKey(i)＝(WKey(i)+S(WKey(i))+FC)mod 256,i＝0～255。