[發明專利]一種基于分層置亂的漢字加密方法

在審

• 申請號: 202210359706.1
• 申請日: 2022-04-06
• 公開（公告）號: CN114741712A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 盛蘇英;劉焰森;陸國平;張小美;吳新華;張嘉豪;范云雷;杜宇笙
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;H04L9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于分層置亂的漢字加密方法，其特征在于，包括如下幾個步驟：

(1)轉碼

首先，將某段待加密漢字A逐字轉換為數值型數據[P_i1,P_i2]，得到高位數值序列P1＝{P1₁,P1₂,...,P1_i,....,P1_L}＝{P₁₁,P₂₁,...,P_i1,....,P_L1}和低位數值序列P2＝{P2₁,P2₂,...,P2_i,....,P2_L}＝{P₁₂,P₂₂,...,P_i2,....,P_L2}，

然后，利用函數dec2bin(·,12)，將高位數值序列P1中元素P1_i逐個轉換成12bits的二進制序列{PB1_i1,PB1_i2,PB1_i3,PB1_i4,PB1_i5,PB1_i6,PB1_i7,PB1_i8,PB1_i9,PB1_i10,PB1_i11,PB1_i12}，并按列填入矩陣，得到二進制矩陣B1，

最后，利用函數dec2bin(·,12)，將低位數值序列P2中元素P2_i逐個轉換成12bits的二進制序列{PB2_i1,PB2_i2,PB2_i3,PB2_i4,PB2_i5,PB2_i6,PB2_i7,PB2_i8,PB2_i9,PB2_i10,PB2_i11,PB2_i12}，并按列填入矩陣，得到二進制矩陣B2，

其中，某段待加密漢字包括GB2312字符集中的中文標點符號、GB2312字符集中雙字節編碼的漢字，某段待加密漢字的長度表示為L，數值序列P1和P2的長度均為L，二進制矩陣B1和B2的大小為12×L；

(2)分層置亂

首先，對二進制矩陣B1按行進行分層，得到相應12個二進制分層序列，表示為同樣對二進制矩陣B2按行進行分層，得到相應12個二進制分層序列，表示為其中j＝1，2，...，11，12，

接著，利用外部加密密鑰α和β，按照如下公式(1)分別計算得到混沌系統的初值x₁，參數μ，初始迭代步數m₁、m₂，以及抽取間隔n₁、n₂，

令則

其中，分別表示二進制分層序列中含二進制‘0’的個數，函數表示為不大于a的最大整數，外部密鑰滿足α∈(0,1)，β∈(3.57,4)，

由混沌系統的初值x₁和參數μ，對如下公式(2)所示Logistic混沌映射進行迭代，式中k表示迭代次數、x_k+1表示第k次迭代得到的混沌信號，k＝1,2,...,max(m₁+12n₁,m₂+12n₂)，

x_k+1＝μ×x_k×(1-x_k) (2)

得到混沌序列X，從第m₁個元素開始每隔n₁個元素取1個，從而形成長度為12的混沌序列Y，并從第m₂個元素開始每隔n₂個元素取1個，從而形成長度為12的混沌序列Z，

將混沌序列Y按升序排序，將序列Y排序前、后的位置變化置亂規則記為T1＝{T1₁,T1₂,...,T1₁₁,T1₁₂}，同時將混沌序列Z按升序排序，將序列Z排序前、后的位置變化置亂規則記為T2＝{T2₁,T2₂,...,T2₁₁,T2₁₂}，

利用位置變化置亂規則T1對二進制分層序列進行置亂，得到置亂后的二進制分層序列利用位置變化置亂規則T2對二進制分層序列進行置亂，得到置亂后的二進制分層序列其中j＝1，2，...，11，12；

然后，將二進制分層序列和依次進行如下置亂拼接操作：

S0：令j＝1，置亂拼接規則參數

S1：判斷置亂拼接規則參數rule_Perm的數值，

如果rule_Perm＝0，則將置亂后的二進制分層序列和置亂后的二進制分層序列順序拼接，即

如果rule_Perm＝1，則將置亂后的二進制分層序列和置亂后的二進制分層序列順序拼接，即

如果rule_Perm＝2，則將置亂后的二進制分層序列和置亂后的二進制分層序列順序拼接，并將其前后翻轉，即

如果rule_Perm＝3，則將置亂后的二進制分層序列和置亂后的二進制分層序列順序拼接，并將其前后翻轉，即

從而得到置亂拼接后的二進制分層序列

S2：首先將置亂拼接后的二進制分層序列中元素從頭到尾依次正向以10個元素為單位進行分組，得到個分組序列并利用bin2dec()函數依次將各分組序列轉換為數值型數據，將轉換后的數值型數據之和記為DY_j，其中函數表示為不小于2L/10的最小整數，

然后更新置亂拼接規則參數rule_Perm＝mod(DY_j,4)，且令j＝j+1，接著判斷j的大小，如果j≤12，則轉入步驟S1，否則轉入步驟S3，

S3：結束二進制分層序列的置亂拼接操作，從而得到置亂拼接后的二進制分層序列，表示為并將其按行依次填入二進制矩陣BB中，表示如下，

最后，按列將二進制矩陣BB的列序列BB(:,m)，依次進行如下的數值型數據轉換操作：

H0：令m＝1，數值轉換參數tmp_S1＝8、tmp_S2＝5，

H1：取列序列BB(:,m)的前6位且在其首端加上二進制“11”，并采用bin2dec()函數轉換成數值型數據后減去數值tmp_S1，得到數值型數據D1_m，即D1_m＝bin2dec(['11',(BB(1:6,m))^T])-tmp_S1，

同時取列序列BB(:,m)的后6位且在其首端加上二進制“11”，并采用bin2dec()函數轉換成數值型數據后減去數值tmp_S2，得到數值型數據D2_m，即D2_m＝bin2dec(['11',(BB(7:12,m))^T])-tmp_S2，

H2：更新數值轉換參數tmp_S1＝8+mod(D1_m,9)、tmp_S2＝5+mod(D2_m,27)，且令m＝m+1，接著判斷m的大小，如果m≤2L，則轉入步驟H1，否則轉入步驟H3，

H3：結束數值型數據轉換操作，從而得到數值序列D1＝{D1₁,D1₂,...,D1_2L}和D2＝{D2₁,D2₂,...,D2_2L}；

(3)轉碼

將數值序列D1＝{D1₁,D1₂,...,D1_2L}和D2＝{D2₁,D2₂,...,D2_2L}，對應元素依次組合并進行數值與漢字的轉換，得到漢字序列C，即為該段待加密漢字的加密密文，其中漢字序列C的長度為2L。