单钥公开密码体制

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单钥公开密码体制
申请号	CN201110151706.4	申请日	2011-06-02	公开(公告)号	CN102811122A	公开(公告)日	2012-12-05
申请人	广东海洋大学;			发明人	邹阿金; 谢仕义; 刘勇华;
摘要	一种单钥公开密码体制，是发送方首先选择一个序列号k，然后从R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}中提取与明文序列m＝m1m2…ms等长的置乱密钥进行加密运算得密文c＝msort(r)；最后将k和c从公开信道传送给接收方；接收方根据序列号k，从R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}中提取置乱密钥进行解密运算得明文m＝csort(sort(r))；该密码体制解决了传统单钥体制中大量密钥产生、存储和分配的难题。与传统单钥密码体制相比，它的密钥可公开；与传统双钥密码体制相比，它的加密与解密密钥相同，因而兼顾了这两种加密体制的特点；其最大的优点是易于实现理论上不可破译的“一次一密”加密。本发明可广泛应用于各个机要部门，以及政治、经济、文化和社会各领域(包括电子政务、电子商务在内的各相关领域)，为国民经济的发展服务，因而具有广阔的市场应用前景。
权利要求	1.一种单钥公开密码体制，其特征是：发送方首先选择一个序列号k，然后从R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}中提取与明文序列m＝m1m2…ms等长的置乱密钥进行加密运算得密文c＝msort(r)；最后将k和c从公开信道传送给接收方；接收方根据序列号k，从R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}中提取置乱密钥进行解密运算得明文m＝csort(sort(r))；具体按以下步骤： (1)高斯-马尔科夫随机序列集合的生成高斯-马尔科夫随机序列可由递推公式xi＝ρxi-1+ωi产生，式中ωi是一个零均值、独立和同分布的(白色)高斯型随机变量，ρ是确定xi和xi-1之间相关程度的一个参数，2 即 σ 是方差；任选一组ρ、x0和t，可生成一个高斯-马尔科夫随机序列x1x2…xt，令其等于r1；同理可得r2，r3，…，由此构成高斯-马尔科夫随机序列集合R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}； (2)加密与解密算法任选某一随机序列rk∈R，从rk中提取与明文m＝m1m2…ms∈M等长的一段做为对明文m进行加密与解密运算的置乱密钥；加密算法： g是将中元素从小到大排序后的下标向量，则密文c＝mg∈C，mg表示明文m中的元素根据g进行置换运算；解密算法：则明文m＝cf。
说明书全文	单钥公开密码体制技术领域 [0001] 本发明涉及密码学技术领域，特别是一种单钥公开密码体制。背景技术 [0002] 现代密码体制可分为双钥体制与单钥体制两大类。 [0003] 双钥密码的特点是加密和解密使用不同的密钥，解密密钥是保密的，加密密钥可公开传播而不会危及密码体制的安全性，双钥加密算法最大的缺点是运算速度较慢；大部分双钥体制的安全性可归结为大整数素分解问题的难解性、有限域上离散对数问题的难解性和椭圆曲线上离散对数问题的难解性等三大类型。典型的双钥算法有RSA、EIGamal和Menezes-Vanstone等。 [0004] 单钥密码的特点是无论加密还是解密都使用同一个密钥，因此，该密码体制的安全性完全取决于密钥的安全性，如果密钥泄露，则此密码系统便被攻破。典型的单钥算法有DES、AES和IDEA等。 [0005] 单钥密码的优点是运算速度快，但由于通信双方均使用相同的密钥对信息(数据)进行加密和解密，所以为了确保安全，通信双方必须使用另外的安全信道来分发密钥，常用的方法是用专门的信使(或安全信道)来传送密钥；在计算机网络环境下，人们一方面使用网络的公共信道传送加密文件，一方面又需要另外的安全信道分发密钥，这本身就显得矛盾，且代价相当昂贵。 [0006] 另外，在单钥体制中，通信双方每次用单钥加密算法进行信息传送时，都需要使用其他用户不知道的惟一密钥，这会使得通信双方所拥有的密钥数量成几何级数增长，从而带来大量密钥的产生、存储和分配等难以解决的问题。发明内容 [0007] 本发明的发明目的是为了克服以上现有技术存在的缺陷，提供一种新型的单钥公开密码体制，与传统单钥密码体制相比，它的密钥可公开；与传统双钥密码体制相比，它的加密与解密密钥相同，因而兼顾了这两种加密体制的特点。 [0008] 为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：该单钥公开密码体制是选取高斯-马尔科夫过程来产生随机序列集合R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}，加密与解密算法采用“一次一密”的置换密码。 [0009] 发送方首先选择一个序列号k，然后从R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}中提取与明文序列m＝m1m2…ms等长的置乱密钥进行加密运算得密文c＝msort(r)；最后将k和c从公开信道传送给接收方； [0010] 接收方根据序列号k，从R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}中提取置乱密钥进行解密运算得明文m＝csort(sort(r))； [0011] 具体按以下步骤： [0012] (1)高斯-马尔科夫随机序列集合的生成 [0013] 高斯-马尔科夫随机序列可由递推公式xi＝ρxi-1+ωi产生，式中ωi是一个零均值、独立和同分布的(白色)高斯型随机变量，ρ是确定xi和xi-1之间相关程度的一个参2 数，即 σ 是方差； [0014] 任选一组ρ、x0和t，可生成一个高斯-马尔科夫随机序列x1x2…xt，令其等于r1；同理可得r2，r3，…，由此构成高斯-马尔科夫随机序列集合R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}； [0015] (2)加密与解密算法 [0016] 任选某一随机序列rk∈R，从rk中提取与明文m＝m1m2…ms∈M等长的一段做为对明文m进行加密与解密运算的置乱密钥； [0017] 加密算法： g是将中元素从小到大排序后的下标向量，则密文c＝mg∈C，mg表示明文m中的元素根据g进行置换运算； [0018] 解密算法：则明文m＝cf。 [0019] 本发明单钥公开加密体制的优点： [0020] a、只要选取不同的序列号k，便可做到“一次一密”加密，由香农信息论知，这种密码在理论上是不可破译的； [0021] b、k和c可同时从公开信道发送，即使非法用户截获了k和c，在不知道置乱密钥的情况下仍然不能恢复出明文m。附图说明 [0022] 图1是本发明单钥公开密码体制的原理图； [0023] 图2是原始图像的加密与解密结果图。具体实施方式 [0024] 本发明的单钥公开加密体制由以下五部分组成： [0025] a.明文空间M：全体明文的集合； [0026] b.密文空间C：全体密文的集合； [0027] c.密钥空间R：全体密钥的集合(本发明利用通信双方共同拥有的保密的随机序列集合R＝{rk\|k＝1，2，…，n；n＜∞}来构成密钥空间)； [0028] d.加密算法E：由密钥控制的加密变换的集合； [0029] e.解密算法D：由密钥控制的解密变换的集合。 [0030] 进行保密通信时，发送方从保密的集合R中任选第k个随机序列rk做为通信双方的密钥，进行加密运算得密文然后将k和c一起从公开信道传送给接收方，接收方根据k从R中提取密钥rk，进行解密运算得明文由于加密和解密运算只与rk有关，与k无关，所以k可公开，从而得到一种新型的单钥公开密码体制，其原理如图1所示。在本发明中，k只指明通信双方所选取的随机序列rk的序列号，其加密与解密信息完全隐藏于保密的rk中，与k无直接关系，故k可随同密文c一起从公开信道传送；因此非法用户(攻击者)如果不知rk，即使截获了c和k，也难以破译得到明文m。该体制的安全性完全取决于随机序列rk的随机性、复杂性、难以分析性和无法预测性。 [0031] 本发明单钥公开密码体制的实施方法： [0032] 假设发送方要将一幅大小为256×256的保密的原始图像(如图2(a)所示)通过公开信道传送给接收方。 [0033] 一、发送方进行如下操作： [0034] Step1、任选ρ＝0.2、x0＝0.5代入xi＝ρxi-1+ωi，生成随机序列r1∈R； [0035] Step2、将原始图像转换为明文序列m＝m1m2…m65536，从r1中提取与明文序列m等长的置乱密钥进行加密运算得加密结果c＝msort(r)(如图2(b)所示)； [0036] Setp3、通过公开信道将k＝1和密文c传送给接收方。 [0037] 二、接送方进行如下操作： [0038] Step1、根据k＝1，从R中提取与密文序列c等长的置乱密钥进行解密运算得m′＝csort(sort(r))； [0039] Step2、将m′转换为256×256的图像格式得解密结果(如图2(c)所示)。 [0040] 由如图2可知，解密结果(c)已还原为原始图像(a)。