專利名稱：數(shù)據(jù)加密方法及數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理領域，尤其涉及一種應用混沌系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行加密的方法及系統(tǒng)。
背景技術：
隨著計算機技術的發(fā)展，人們普遍使用計算機進行數(shù)據(jù)的存儲、傳輸。但不少存儲、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有保密要求，因此需要對存儲、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密處理，以避免存儲、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被非法獲取、閱讀?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)加密方法中有使用混沌系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行加密的，使用混沌系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行加密時，首先選取一個混沌系統(tǒng)的函數(shù)，并選取該函數(shù)的初始值以及系統(tǒng)參數(shù)，對初始值及系統(tǒng)參數(shù)對該函數(shù)進行驗證，確保使用該初始值及系統(tǒng)參數(shù)的該函數(shù)能夠使混沌系統(tǒng)進入混沌狀態(tài)。然后，應用選取的初始值、系統(tǒng)參數(shù)代入函數(shù)中，計算一個一維數(shù)組構成的混沌序列，使用混沌序列計算生成掩蓋數(shù)組。應用混沌序列計算掩蓋數(shù)組的方法多種多樣， 例如取混沌序列中每一數(shù)據(jù)的特定幾位數(shù)字作為掩蓋數(shù)組的對應數(shù)據(jù)，或者對混沌序列的每一數(shù)據(jù)進行邏輯運算，獲得掩蓋數(shù)組對應數(shù)據(jù)等。通常，掩蓋數(shù)組的每一數(shù)據(jù)均為一個字節(jié)大小的數(shù)據(jù)，應用掩蓋數(shù)組與需要加密的數(shù)據(jù)進行邏輯運算，例如將掩蓋數(shù)組的一個字節(jié)的數(shù)據(jù)與需要加密數(shù)據(jù)的一個字節(jié)的數(shù)據(jù)進行加法運算、減法運算、異或運算、同或運算等，即可得到加密后的數(shù)據(jù)。這種加密方法是對需要加密的數(shù)據(jù)進行整體地加密，當需要解密并獲取其中一部分數(shù)據(jù)時，則需要對所有的數(shù)據(jù)解密后才能獲得相應的數(shù)據(jù)，導致在嵌入式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)解密的效率低下。此外，由于使用混沌序列對需要加密的數(shù)據(jù)進行整體加密，因此，需要對混沌系統(tǒng)的函數(shù)進行多次迭代運算以計算數(shù)據(jù)量較多的混沌序列，造成嵌入式系統(tǒng)的運算量較大，導致數(shù)據(jù)加密效率低下。并且，使用單一的混沌系統(tǒng)生成掩蓋數(shù)組，容易導致掩蓋數(shù)組出現(xiàn)周期性，降低加密數(shù)據(jù)被破解的難度，影響被加密數(shù)據(jù)的安全性，且掩蓋數(shù)組與被加密數(shù)據(jù)的邏輯運算方法單一，也降低被加密數(shù)據(jù)破解的難度。而現(xiàn)有一些圖像加密方法中也應用混沌系統(tǒng)進行加密，該加密方法是將需要加密的圖像分成多個子圖像塊，然后應用混沌系統(tǒng)生成混沌序列，并應用混沌序列生成一個主遍歷矩陣，應用主遍歷矩陣對多個子圖像塊進行置亂加密。但是，上述方法僅能針對圖像進行加密處理，且是通過對子圖像塊進行置亂實現(xiàn)加密，被破解難度較小，也不適用于普通文本數(shù)據(jù)的加密，應用領域較窄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種方便對被加密數(shù)據(jù)的部分數(shù)據(jù)進行解密的數(shù)據(jù)加密方法。本發(fā)明的另一目的是提供一種增加被加密數(shù)據(jù)破解難度的數(shù)據(jù)加密方法。
本發(fā)明的再一目的上提供一種對數(shù)據(jù)加密效率較高的數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述的主要目的，本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)加密方法包括掩蓋數(shù)組生成步驟 選取混沌系統(tǒng)的函數(shù)，并根據(jù)混沌系統(tǒng)的函數(shù)生成混沌序列，應用混沌序列生成掩蓋數(shù)組； 數(shù)據(jù)分塊步驟對需要加密的數(shù)據(jù)劃分為多個數(shù)據(jù)塊；加密步驟應用掩蓋數(shù)組與每一數(shù)據(jù)塊進行邏輯運算。由上述方案可見，對需要加密的數(shù)據(jù)劃分成多個數(shù)據(jù)塊并分別對每一數(shù)據(jù)塊進行加密處理，需要對被加密數(shù)據(jù)的某一部分數(shù)據(jù)進行解密時，僅需要對該數(shù)據(jù)塊進行單獨地解密即可，無需對所有的被加密數(shù)據(jù)進行解密，方便對被加密數(shù)據(jù)的部分數(shù)據(jù)進行解密操作。并且，將需要加密的數(shù)據(jù)進行分塊，可減少生成的混沌序列的長度，從而減少嵌入式系統(tǒng)的運算量，提高數(shù)據(jù)加密的效率。一個優(yōu)選的方案是，生成混沌序列的步驟包括選取混沌系統(tǒng)的函數(shù)后，選取確?；煦缦到y(tǒng)能夠進入混沌狀態(tài)的多個可選系統(tǒng)參數(shù)，確定一個密鑰數(shù)據(jù)，根據(jù)密鑰數(shù)據(jù)選取函數(shù)的初始值及系統(tǒng)參數(shù)，被選取的系統(tǒng)參數(shù)為多個可選系統(tǒng)參數(shù)中的至少一個，應用所選取的系統(tǒng)參數(shù)及初始值迭代運算生成混沌序列。由此可見，通過密鑰選取初始值及系統(tǒng)參數(shù)，能夠增加初始值及系統(tǒng)參數(shù)的隨機性，從而可靈活方便地改變混沌序列以及掩蓋數(shù)組的數(shù)據(jù)，增加被加密數(shù)據(jù)破解的難度。進一步的方案是，生成掩蓋數(shù)組后，對掩蓋數(shù)組進行周期性檢測，判斷掩蓋數(shù)組是否出現(xiàn)周期，若出現(xiàn)周期，重新選取函數(shù)的初始值和/或系統(tǒng)參數(shù)，重新生成掩蓋數(shù)組后再次進行周期性檢測，直至判斷所生成的掩蓋數(shù)組不再出現(xiàn)周期?？梢姡瑢ι傻难谏w數(shù)組進行周期性檢測，能夠避免掩蓋數(shù)組出現(xiàn)周期性，從而增加被加密數(shù)據(jù)被破解的難度。為實現(xiàn)上述的再一目的，本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)包括掩蓋數(shù)組生成單元，用于選取混沌系統(tǒng)的函數(shù)，并根據(jù)混沌系統(tǒng)的函數(shù)生成混沌序列，并應用混沌序列生成掩蓋數(shù)組；數(shù)據(jù)分塊單元，用于對需要加密的數(shù)據(jù)劃分為多個數(shù)據(jù)塊；加密單元，應用掩蓋數(shù)組與多個數(shù)據(jù)塊進行邏輯運算。由上述方案可見，對需要加密的數(shù)據(jù)進行分塊，能夠方便地對被加密數(shù)據(jù)的一部分數(shù)據(jù)進行解密，并且對數(shù)據(jù)分塊后，每一數(shù)據(jù)塊的長度較短，所需的混沌序列也較短，嵌入式系統(tǒng)生成的混沌序列的效率較高，提高了數(shù)據(jù)加密的效率。一個優(yōu)選的方案是，所述掩蓋數(shù)組生成單元包括有可選系統(tǒng)參數(shù)計算模塊，用于計算確保混沌系統(tǒng)能夠進入混沌狀態(tài)的多個可選系統(tǒng)參數(shù)；密鑰計算模塊，用于計算并確定一個密鑰數(shù)據(jù)；混沌序列生成模塊，根據(jù)密鑰數(shù)據(jù)選取函數(shù)的初始值及系統(tǒng)參數(shù)，被選取的系統(tǒng)參數(shù)為多個可選系統(tǒng)參數(shù)中的至少一個，應用取的系統(tǒng)參數(shù)及初始值迭代運算生成混沌序列；掩蓋數(shù)組生成模塊，根據(jù)混沌序列計算生成掩蓋數(shù)組。由此可見，數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)通過密鑰數(shù)據(jù)選取混沌系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)及初始值，能夠增加系統(tǒng)參數(shù)及初始值的隨機性，使生成的混沌序列具有隨機性，增加被加密數(shù)據(jù)的破解難度，從而提高被加密數(shù)據(jù)的安全性。


圖1是本發(fā)明數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)實施例的框圖。
圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)加密方法實施例的流程圖。以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施例方式本發(fā)明的數(shù)據(jù)加密方法以及數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)應用在嵌入式系統(tǒng)中，用于對文本、音頻、視頻、圖像等各種數(shù)據(jù)進行加密。被加密的數(shù)據(jù)通常由多個字節(jié)組成，每一字節(jié)由十六位二進制數(shù)組成。參見圖1，數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)由掩蓋數(shù)組生成單元10、數(shù)據(jù)分塊單元20以及加密單元 30組成，其中掩蓋數(shù)生成單元10用于應用混沌系統(tǒng)生成掩蓋數(shù)組，其具有可選系統(tǒng)參數(shù)生成模塊11、密鑰計算模塊12、混沌序列生成模塊13、掩蓋數(shù)組生成模塊14以及周期性檢測模塊15，下面結合數(shù)據(jù)加密方法對數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)的各個單元、模塊的功能進行描述。參見圖2，對需要加密的數(shù)據(jù)進行加密前，首先由掩蓋數(shù)組生成單元生成一個掩蓋數(shù)組，掩蓋數(shù)組用于與需要加密的數(shù)據(jù)進行邏輯運算，也就是對需要加密的數(shù)據(jù)進行“掩蓋”，防止需要加密的數(shù)據(jù)被識別出。本實施例的掩蓋數(shù)組是應用混沌系統(tǒng)生成的混沌序列來生成的，由于混沌序列具有不規(guī)則性、隨機性的特點，使用混沌序列生成掩蓋數(shù)組能夠增加被加密數(shù)據(jù)破解的難度， 保障被加密數(shù)據(jù)的安全性。生成掩蓋數(shù)組首先需要執(zhí)行步驟Si，選取混沌系統(tǒng)的函數(shù)，本實施例中，選取的函數(shù)是混沌系統(tǒng)最常見的函數(shù)
y = k χ χ χ (l - χ)(式 1)
其中k是混沌系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)，χ是變量，y是混沌系統(tǒng)的輸出值，每計算一次后，將計算出的輸出值y代入式1中作為新的變量χ，不斷迭代計算出一系列的輸出值，從而形成一個混沌序列。對于混沌系統(tǒng)的函數(shù)，并不是選取任意的系統(tǒng)參數(shù)都可以使混沌系統(tǒng)進入混沌狀態(tài)，因此，需要由可選系統(tǒng)參數(shù)生成模塊選取合適的系統(tǒng)參數(shù)及初始值，確?；煦缦到y(tǒng)能夠進入混沌狀態(tài)。例如，式1中，選取初始值X為0. 1，經(jīng)過計算，當系統(tǒng)參數(shù)k取3. 792393時能夠使混沌系統(tǒng)進入混沌狀態(tài)，則3. 792393為一個可選的系統(tǒng)參數(shù)。類似地，對系統(tǒng)參數(shù)k 的取值從0至4進行遍歷，取小數(shù)點后6位數(shù)，得到更多符合要求的可選系統(tǒng)參數(shù)，從這些可選系統(tǒng)參數(shù)中隨機選取256個，形成可選系統(tǒng)參數(shù)集，并對每一可選系統(tǒng)參數(shù)進行編號， 記為ksW]、ks[l]...ks[255]。這樣即完成步驟S2。然后，由數(shù)據(jù)分塊單元對需要加密的數(shù)據(jù)進行分塊，即執(zhí)行步驟S3。假設需要加密的數(shù)據(jù)長度為len，劃分后每一數(shù)據(jù)塊的長度為nblock，則可以通過下面公式計算每一數(shù)據(jù)塊的長度nblock
nblock = len% (9739 - 7523) + 7529(式 2)
式2中，“％”是取余數(shù)的運算符，9739與7523都是10000以內(nèi)隨機選取的兩個素數(shù)，目的是增加劃分后數(shù)據(jù)塊長度的隨機性。確定每一數(shù)據(jù)塊的長度后，對需要加密的數(shù)據(jù)進行分塊，最后不足一塊的部分當作一塊處理。
6
接著，執(zhí)行步驟S4，密鑰生成模塊隨機選取一個初始密鑰數(shù)據(jù)，該初始密鑰數(shù)據(jù)由 16位字節(jié)數(shù)據(jù)構成，然后對初始密鑰數(shù)據(jù)進行MD5 (Message Digest Algorithm，消息摘要算法第五版)運算，得到16個字節(jié)數(shù)據(jù)的密鑰數(shù)據(jù)，對密鑰數(shù)據(jù)的每一字節(jié)數(shù)據(jù)進行編號， 即將該密鑰數(shù)據(jù)的每一字節(jié)數(shù)據(jù)分別記為key_md5
、key_md5[l]…key_md5[15]。對初始密鑰數(shù)據(jù)進行MD5運算能夠提高密鑰數(shù)據(jù)的各個字節(jié)數(shù)據(jù)的相關性，增加破解的難度。并且，由于密鑰數(shù)據(jù)的每一個字節(jié)數(shù)據(jù)均為8位二進制數(shù)，對應的十進制數(shù)的數(shù)值范圍是0到255。密鑰數(shù)據(jù)的多個字節(jié)數(shù)據(jù)組成一個數(shù)組，稱為密鑰數(shù)組。然后，對密鑰數(shù)組進行加權平均值的運算，計算密鑰數(shù)組的算術平均值key_i，以此確定混沌系統(tǒng)的初始值xO
權利要求
1.數(shù)據(jù)加密方法，包括掩蓋數(shù)組生成步驟選取混沌系統(tǒng)的函數(shù)，并根據(jù)所述混沌系統(tǒng)的函數(shù)生成混沌序列， 應用所述混沌序列生成掩蓋數(shù)組； 其特征在于數(shù)據(jù)分塊步驟對需要加密的數(shù)據(jù)劃分為多個數(shù)據(jù)塊； 加密步驟應用所述掩蓋數(shù)組與每一所述數(shù)據(jù)塊進行邏輯運算。
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于生成所述混沌序列的步驟包括選取所述混沌系統(tǒng)的函數(shù)后，選取確保所述混沌系統(tǒng)能夠進入混沌狀態(tài)的多個可選系統(tǒng)參數(shù)，確定一個密鑰數(shù)據(jù)，根據(jù)所述密鑰數(shù)據(jù)選取所述函數(shù)的初始值及系統(tǒng)參數(shù)，所述系統(tǒng)參數(shù)為多個所述可選系統(tǒng)參數(shù)中的至少一個，應用所選取的系統(tǒng)參數(shù)及所述初始值迭代運算生成混沌序列。
3.根據(jù)權利要求2所述的數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于所述掩蓋數(shù)組生成步驟中，選取二個或二個以上的所述可選系統(tǒng)參數(shù)生成二組或二組以上的所述混沌序列，應用多組所述混沌序列生成多組所述掩蓋數(shù)組；所述加密步驟中，應用多組所述掩蓋數(shù)組與所述多個數(shù)據(jù)塊進行邏輯運算。
4.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于生成所述掩蓋數(shù)組后，對所述掩蓋數(shù)組進行周期性檢測，判斷所述掩蓋數(shù)組是否出現(xiàn)周期，若出現(xiàn)周期，重新選取所述函數(shù)的初始值或/和系統(tǒng)參數(shù)，重新生成掩蓋數(shù)組后再次進行周期性檢測，直至判斷所生成的掩蓋數(shù)組不再出現(xiàn)周期。
5.根據(jù)權利要求1至3任一項所述的數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于所述加密步驟中，使用二種或二種以上的邏輯運算方法對所述掩蓋數(shù)組與所述多個數(shù)據(jù)塊進行邏輯運算。
6.數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，包括掩蓋數(shù)組生成單元，用于選取混沌系統(tǒng)的函數(shù)，并根據(jù)所述混沌系統(tǒng)的函數(shù)生成混沌序列，并應用所述混沌序列生成掩蓋數(shù)組； 其特征在于數(shù)據(jù)分塊單元，用于對需要加密的數(shù)據(jù)劃分為多個數(shù)據(jù)塊； 加密單元，應用所述掩蓋數(shù)組與所述多個數(shù)據(jù)塊進行邏輯運算。
7.根據(jù)權利要求6所述的數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，其特征在于 所述掩蓋數(shù)組生成單元包括可選系統(tǒng)參數(shù)計算模塊，用于計算確保所述混沌系統(tǒng)能夠進入混沌狀態(tài)的多個可選系統(tǒng)參數(shù)；密鑰計算模塊，用于計算并確定一個密鑰數(shù)據(jù)；混沌序列生成模塊，根據(jù)所述密鑰數(shù)據(jù)選取所述函數(shù)的初始值及系統(tǒng)參數(shù)，所述系統(tǒng)參數(shù)為多個所述可選系統(tǒng)參數(shù)中的至少一個，應用所選取的系統(tǒng)參數(shù)及所述初始值迭代運算生成混沌序列；掩蓋數(shù)組生成模塊，根據(jù)所述混沌序列計算生成掩蓋數(shù)組。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，其特征在于所述掩蓋數(shù)組生成單元還包括周期性檢測模塊，用于對所生成的掩蓋數(shù)組進行周期性檢測。
9.根據(jù)權利要求6或7所述的數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，其特征在于 所述加密單元存儲有二個或二個以上的邏輯運算式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)據(jù)加密方法及數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)，該方法包括掩蓋數(shù)組生成步驟選取混沌系統(tǒng)的函數(shù)，并根據(jù)混沌系統(tǒng)的函數(shù)生成混沌序列，應用混沌序列生成掩蓋數(shù)組；數(shù)據(jù)分塊步驟對需要加密的數(shù)據(jù)劃分為多個數(shù)據(jù)塊；加密步驟應用掩蓋數(shù)組與每一數(shù)據(jù)塊進行邏輯運算。該系統(tǒng)包括掩蓋數(shù)組生成單元，用于選取混沌系統(tǒng)的函數(shù)，并根據(jù)混沌系統(tǒng)的函數(shù)生成混沌序列，并應用混沌序列生成掩蓋數(shù)組；數(shù)據(jù)分塊單元，用于對需要加密的數(shù)據(jù)劃分為多個數(shù)據(jù)塊；加密單元，應用掩蓋數(shù)組與多個數(shù)據(jù)塊進行邏輯運算。本發(fā)明能方便地對被加密數(shù)據(jù)的一部分數(shù)據(jù)進行解密，且提高數(shù)據(jù)加密的效率，增加被加密數(shù)據(jù)破解的難度，提高被加密數(shù)據(jù)的安全性。
文檔編號G06F21/24GK102306262SQ20111025457
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權日2011年8月31日
發(fā)明者陳文君 申請人:深圳芯智匯科技有限公司