專利名稱：遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)cad的加密算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于編碼學(xué)，密碼學(xué)和計(jì)算機(jī)安全等技術(shù)領(lǐng)域，是一種利用魔尺編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)加解密的數(shù)據(jù)處理方法及其器件.對本發(fā)明的描述，我們將使如下術(shù)語■明文具有特定含義的文本，程序，圖象和聲音等數(shù)據(jù)。
■密文一串看似無任何含義，但可通過某種方式得到的有意義的數(shù)據(jù)。
■密鑰一不定長的隨機(jī)字符串。
■加密算法在密鑰控制下，將明文轉(zhuǎn)化為密文的算法。
■解密算法在密鑰控制下，將密文轉(zhuǎn)化為明文的算法。
■密碼算法在密鑰控制下，將明文轉(zhuǎn)化為密文，又能密文轉(zhuǎn)化為明文的算法。
■熵編碼無信息丟失的編碼方法。
■塊密碼按塊進(jìn)行分組加解密的密碼算法■流密碼按比特位進(jìn)行加解密的密碼算法■模型一種概率統(tǒng)計(jì)方法。
自二戰(zhàn)以來，美國就一直主導(dǎo)著密碼技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，并把其高強(qiáng)度的密碼技術(shù)列入國家精端武器類，對外則實(shí)行限長密鑰控制制度.1997年，美國首先推出了用于商業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(Data Encryption Standard)DES.DES系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相當(dāng)完善，它首先由IBM的兩位學(xué)者在1976年提出，后經(jīng)美國國家安全局的修改出籠.歷經(jīng)密碼學(xué)界十幾年的攻擊，尚未完全破譯.在服役的十年中，DES為美國政府部門輸送了大量的秘密資金，與之相關(guān)的安全產(chǎn)品有100種之多.1998年美國終止了DES的服役期限，并非因?yàn)樗黄谱g了，而是因?yàn)槠?6比特密鑰已無法抵御強(qiáng)大的計(jì)算能力.1998年5月，美國EFF(ElectronicFrontier Foundation)宣布，用一臺價(jià)值20萬美圓的專用解密機(jī)，強(qiáng)力攻擊了56小時(shí)就找到了DES密鑰，由此可見，在目前的計(jì)算能力下，低于64比特的密碼體制已經(jīng)不安全了。
1997年4月，美國開始征集(Advance Encryption Standard)AES的侯選者，歐洲，日本和韓國的學(xué)者也參與了競爭，這些算法有美國的HPC、MARS、RC6、SAFER+和TWOFISH；加拿大的CAST和DEAL；澳大利亞的LOKI 97；比利時(shí)的RIJNDAEL；哥斯達(dá)黎加的FROG；法國的DFC；德國的MAGENTA；日本的E2；韓國的CRYPTON以及由英國、以色列和挪威聯(lián)合設(shè)計(jì)的SERPENT。這些算法都是采用分塊體制和輪回迭代，分組長度為128比特，密鑰長度為128/196/256比特不等。然而，限長密鑰將最終導(dǎo)致DES的命運(yùn)，即無論多優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，隨計(jì)算能力的提高都會喪失安全性，從而淡出歷史舞臺.
本發(fā)明則采用了非分塊方式的流機(jī)制且其密鑰無限長。從操作上看也只是簡單的算術(shù)加法和移位，因此特別適應(yīng)于低成本的硬件開發(fā)。同時(shí)還能對明文做大約50％左右的壓縮，增強(qiáng)了統(tǒng)計(jì)安全性，節(jié)約了存儲成本，開辟了壓縮與加密相結(jié)合的典范。該密碼的另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是密文隨加密環(huán)境而改變，從而大大提高了加密強(qiáng)度。
對本發(fā)明的描述，我們采用了如下附圖附

圖1顯示魔尺編碼與測量問題的聯(lián)系附圖2顯示魔尺編碼器的控制邏輯與流程附圖3顯示魔尺解碼器的控制邏輯與流程附圖4顯示統(tǒng)計(jì)模型的記數(shù)邏輯與流程附圖5顯示魔尺加密器的控制邏輯與流程附圖6顯示魔尺解密器的控制邏輯與流程附圖7顯示自反饋魔尺加密器的控制邏輯與流程附圖8顯示自反饋魔尺解密器的控制邏輯與流程本發(fā)明包括算法部分和硬件設(shè)計(jì)部分，算法部分的基礎(chǔ)是魔尺編碼，如圖1所示。這里所謂的正規(guī)尺就是各種刻度等距的尺，如同我們使用的米尺；只不過這里的尺無單位，且具有無限精度。所謂的變形尺則是各種刻度不等距的尺，同樣具有無限精度。所謂的魔尺，不僅各種刻度不等距，其標(biāo)號也是雜亂無章的。
魔尺編碼過程類似于測量問題，如說明書付圖1所示。任何信息可以看成
上的一個(gè)實(shí)數(shù)用正規(guī)尺測量的結(jié)果，魔尺編碼則是利用魔尺測量的結(jié)果。魔尺的刻度則是根據(jù)符號的統(tǒng)計(jì)概率來構(gòu)造的。如果統(tǒng)計(jì)模型足夠好，魔尺編碼將會有效地壓縮被編碼數(shù)據(jù)。如果我們不公開構(gòu)造魔尺的刻度，那么編碼算法就變成了一種加密過程。當(dāng)然，利用變形尺編碼，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保密；但由于沒有采用亂刻度，其安全性能會有所下降。
在理論上，魔尺編碼可100％逼近信息熵，因此是一種最優(yōu)的編碼器。實(shí)際上，由于魔尺編碼涉及無限精度算術(shù)運(yùn)算，具有很高的實(shí)現(xiàn)難度。為此，本設(shè)計(jì)提供一種新型有限精度魔尺編碼算法，該編碼算法只對二元符號流進(jìn)行操作。實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)如下假設(shè)A，C是二個(gè)N位無符號變量，C0，C1是兩個(gè)大小為M(M＜＝N)比特的記數(shù)器變量。這里的魔尺是二進(jìn)制的，C0和C1表征了各層刻度的劃分；C是編碼變量，A是魔尺區(qū)間長度變量；R是大小為1比特的混亂變量，通過它來調(diào)節(jié)刻度值的隨機(jī)位置。為描述簡單，我們在此采用C語言中的一些符號，！表示求反，＜＜＝1表示左移一位，～表示二進(jìn)制補(bǔ)，++表示累加1，^表示異或。
魔尺編碼算法1.輸入符號S(邏輯0或1)，C0，C1和R(0或1)2.如果C0＞C1，交換C0和C1的值，S＝！S3.若A＜＝C1，循環(huán)執(zhí)行a)輸出C最高比特位.
b)C＜＜＝1，A＜＜＝1.
c)若A＞～C，則A＝～C+1.
4.如果R為0，則C0＝A-C0，S＝！S。
5.如果S＝0，A＝C0；否則A＝A-C0，C＝C+C0。
編碼算法中變量A和C的初值可以任選。由于算法按比特輸出，在計(jì)算過程中需要把比特流打包成字或字節(jié)，編碼結(jié)束需要把變量C的所有位輸出。
相應(yīng)的解碼算法與編碼算法類似，但需要一個(gè)額外的解碼變量V來存儲待解碼流，其長度與變量C相同。其程序列表如下
魔尺解碼算法1.輸入C0，C1和R(1或0)2.S＝邏輯03.如果C0＞C1，交換C0和C1的值，S＝！S4.若A＜＝C1，循環(huán)執(zhí)行a)C＜＜＝1，A＜＜＝1，V＜＜＝1.
b)V|＝讀入下一比特c)若A＞～C，則A＝～C+1.
5.如果R為0，則C0＝A-C0，S＝！S。
6.如果V-C＜C0，A＝C0；否則A＝A-C0，C+＝C0，S＝！S。
解碼算法中沒有最后的清理步，其參數(shù)的各種限制和取法必須與編碼算法一致且V＝0，否則解不出正確的編碼流。但從上述算法不難發(fā)現(xiàn)，明文的長度在編碼時(shí)必須保存，以便通知解碼算法何時(shí)結(jié)束。
盡管上述編碼算法采用了流機(jī)制，每次只能編碼一個(gè)二元符號，通過多次編碼也可以實(shí)現(xiàn)字符機(jī)制或塊機(jī)制。在通常的實(shí)現(xiàn)中采用字符接口，為了實(shí)現(xiàn)該接口，需要一個(gè)結(jié)構(gòu)記載編碼的當(dāng)前狀態(tài)，這不是本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，故不多贅述。
魔尺編解碼算法，需要很多控制參數(shù)，譬如C0，C1和R，對于C0和C1需要一種專門的統(tǒng)計(jì)算法模型來實(shí)現(xiàn)，才能達(dá)到壓縮的目的。為此，我們需要引進(jìn)兩塊K位統(tǒng)計(jì)數(shù)組，P0和P1和一個(gè)L位地址變量W，P0和P1的長度為2L，則統(tǒng)計(jì)算法如下模型統(tǒng)計(jì)算法1.輸入S(0或1)2.C0＝P0[W]，C1＝P1[W]；3.如果S為0，則P0[W]++；否則P1[W]++4.W左移一位，W|＝S；5.輸出C0和C1為了避免0概率問題P0和P1每個(gè)單元的初值必須為1，但W的初值可以任意定義。
利用魔尺編碼算法和統(tǒng)計(jì)模型可以很好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮與加密，密鑰控制是用上述編碼算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密的關(guān)鍵。在本設(shè)計(jì)中最長密鑰不限。密鑰的作用是隨機(jī)地初始化編碼算法的統(tǒng)計(jì)緩沖P0和P1以及緩沖指針變量W和偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，因此密鑰控制是在編碼和解碼初始化階段完成的。加解密過程可描述如下魔尺加密算法1.用戶按比特輸入密鑰序列K1，K2，...，Kn2.機(jī)器產(chǎn)生與密鑰等長的隨機(jī)序列R1，R2，...，Rn
3.初始化地址變量W，初始化編碼算法的其他參數(shù)。
4.初始化偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生R的流5.對j＝1，2，...，n循環(huán)執(zhí)行a)如果Kj＝0；P0[W]++；否則P1[W]++b)對Kj調(diào)用模型統(tǒng)計(jì)算法，輸出C0和C1c)在編碼算法當(dāng)前狀態(tài)下，利用R的輸出，C0和C1編碼Rj.
d)利用Rj作為輸入，調(diào)用模型統(tǒng)計(jì)算法6.在編碼算法當(dāng)前狀態(tài)下，利用R的輸出并調(diào)用模型算法依次編碼所有明文比特a)在模型當(dāng)前狀態(tài)下，利用R的輸出，取C0＝P0[W]和C1＝P1[W]，利用魔尺編碼算法編碼當(dāng)前明文比特b)利用當(dāng)前明文比特，調(diào)用模型統(tǒng)計(jì)算法修改模型當(dāng)前狀態(tài)。
不難發(fā)現(xiàn)，加密算法在密鑰控制下，首先編碼一段隨機(jī)數(shù)，從而導(dǎo)致一個(gè)刻度不確定的魔尺，同時(shí)也把所有編碼變量初試化為隨機(jī)狀態(tài)。只有通過密鑰才能恢復(fù)編碼狀態(tài)和魔尺的刻度，從而恢復(fù)明文。
注意不論是初始化還是編碼過程，混亂變量R的內(nèi)容由偽隨機(jī)序列產(chǎn)生，每編碼一個(gè)符號R的值都會改變?？梢岳镁幋a輸出作為偽隨機(jī)序列，從而產(chǎn)生帶反饋的加密算法。
魔尺解密算法1.用戶按比特輸入密鑰序列K1，K2，...，Kn2.初始化地址變量W，初始化解碼算法的其他參數(shù)。
3.初始化偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生R的流4.對j＝1，2，...，n循環(huán)執(zhí)行a)如果Kj＝0；P0[W]++；否則P1[W]++b)對Kj調(diào)用模型統(tǒng)計(jì)算法，輸出C0和C1c)在解碼算法當(dāng)前狀態(tài)下，利用R的輸出C0和C1，解碼Rj.
d)利用Rj作為輸入，調(diào)用模型統(tǒng)計(jì)算法。
5.在解碼算法當(dāng)前狀態(tài)下，利用R的輸出并調(diào)用模型算法依次解碼所有明文a)在模型當(dāng)前狀態(tài)下，利用R的輸出，取C0＝P0[W]和C1＝P1[W]，利用魔尺解碼算法解碼當(dāng)前明文比特b)利用當(dāng)前明文比特，調(diào)用模型統(tǒng)計(jì)算法修改模型當(dāng)前狀態(tài)。
在上述加解密過程中使用了隨機(jī)序列，在軟件實(shí)現(xiàn)中可用鼠標(biāo)事件模擬，在硬件實(shí)現(xiàn)中可采用密鑰流比特倒置來實(shí)現(xiàn)。編碼寄存器C和W的初值可以任選或用密鑰控制，但必須保持編解碼一致，否則得不到正確結(jié)果。加解密器所使用的偽隨機(jī)序列必須相同。
本發(fā)明各種算法的實(shí)現(xiàn)需要借助于一個(gè)物理實(shí)體，該實(shí)體可能是一臺PC機(jī)或者是一個(gè)專用芯片，或者是一個(gè)通訊媒體或者是一個(gè)數(shù)字信號。
圖2顯示了魔尺編碼乘載的物理實(shí)體的結(jié)構(gòu)圖，這個(gè)實(shí)體至少包含8個(gè)部件，即主處理器5，輸入寄存器1，混亂寄存器2，兩個(gè)計(jì)數(shù)器3和4，輸出緩沖6，編碼寄存器7和控制寄存器8.主處理器5，至少可以完成三個(gè)功能，即寄存器加減，寄存器移位和簡單邏輯判斷。該實(shí)體的置動(dòng)需執(zhí)行如下操作1.輸入寄存器1，混亂寄存器2，兩個(gè)計(jì)數(shù)器3和4同時(shí)輸入主處理器52.兩個(gè)計(jì)數(shù)器3和4進(jìn)入主處理器5的判決器，如果計(jì)數(shù)器3的值大于計(jì)數(shù)器4的值，交換二者的內(nèi)容，同時(shí)倒置輸入寄存器1的內(nèi)容。即如果輸入寄存器1的值為0，則倒置后的值為1；如果輸入寄存器1的值為1，則倒置后的值為0。
3.計(jì)數(shù)器4和控制寄存器8同時(shí)送入主處理器5的判決器，如果計(jì)數(shù)器4的值大于或等于控制寄存器8的值，循環(huán)執(zhí)行a)編碼寄存器7的高位輸出到輸出緩沖6，(如果輸出緩沖6滿，產(chǎn)生滿中斷)，b)編碼寄存器7和控制寄存器8同時(shí)送入主處理器5的移位器，產(chǎn)生一位左移。
c)如果控制寄存器8的值大于編碼寄存器7值的補(bǔ)碼，則把編碼寄存器7值的補(bǔ)碼并加1送入控制寄存器8。
4.循環(huán)執(zhí)行完，混亂寄存器2送入主處理器5的判決器。如果混亂寄存器2的值為0，倒置輸入寄存器1的內(nèi)容，把計(jì)數(shù)器3和控制寄存器8送入主處理器5的加法器，制寄存器8的值減去計(jì)數(shù)器3的值，其結(jié)果放入計(jì)數(shù)器3。
5.把輸入寄存器1的值送入主處理器5的判決器，如果為0，復(fù)制計(jì)數(shù)器3的值到控制寄存器8；否則，把編碼寄存器7、計(jì)數(shù)器3和控制寄存器8同時(shí)送入主處理器5的加法器，制控制寄存器8的值減去計(jì)數(shù)器3的值，其結(jié)果放入控制寄存器8，編碼寄存器7的值加上計(jì)數(shù)器3的值，其結(jié)果放入編碼寄存器7。
圖3顯示了魔尺解碼乘載的物理實(shí)體的結(jié)構(gòu)圖，這個(gè)實(shí)體至少包含9個(gè)部件，即主處理器15，輸入緩沖11，混亂寄存器12，兩個(gè)計(jì)數(shù)器13和14，輸出寄存器16，編碼寄存器17，控制寄存器18和解碼寄存器19.主處理器15，至少可以完成三個(gè)功能，即寄存器加減，寄存器移位和簡單邏輯判斷。該實(shí)體的置動(dòng)需執(zhí)行如下操作1.輸出寄存器16置0，混亂寄存器12，兩個(gè)計(jì)數(shù)器13和14同時(shí)輸入主處理器152.兩個(gè)計(jì)數(shù)器13和14進(jìn)入主處理器15的判決器，如果計(jì)數(shù)器13的值大于計(jì)數(shù)器14的值，交換二者的內(nèi)容，同時(shí)倒置輸出寄存器16的內(nèi)容。
3.計(jì)數(shù)器14和控制寄存器18同時(shí)送入主處理器15的判決器，如果計(jì)數(shù)器14的值大于或等于控制寄存器18的值，循環(huán)執(zhí)行a)把輸入緩沖11的當(dāng)前位送入解碼寄存器19，(如果輸入緩沖16空，產(chǎn)生空中斷。
b)解碼寄存器19，編碼寄存器17和控制寄存器18同時(shí)送入主處理器15的移位器，產(chǎn)生一位左移。
c)如果控制寄存器18的值大于編碼寄存器17值的補(bǔ)碼，則把編碼寄存器17值的補(bǔ)碼并加1送入控制寄存器18。
4.循環(huán)執(zhí)行完，混亂寄存器12送入主處理器15的判決器，如果混亂寄存器12的值為0，倒置輸出寄存器16的內(nèi)容，把計(jì)數(shù)器13和控制寄存器18同時(shí)送入主處理器15的加法器，控制寄存器18的值減去計(jì)數(shù)器13的值，其結(jié)果放入計(jì)數(shù)器13。
5.把解碼寄存器19，編碼寄存器17和計(jì)數(shù)器13的值同時(shí)送入主處理器15的判決器，如果解碼寄存器19的值減去編碼寄存器17的值小于計(jì)數(shù)器13的值，復(fù)制計(jì)數(shù)器13的值到控制寄存器18；否則，倒置輸出寄存器16的值，把編碼寄存器17、計(jì)數(shù)器13和控制寄存器18同時(shí)送入主處理器15的加法器，制寄存器18的值減去計(jì)數(shù)器13的值，其結(jié)果放入控制寄存器18，編碼寄存器17的值加上計(jì)數(shù)器13的值，其結(jié)果放入編碼寄存器17。
圖4顯示了模型統(tǒng)計(jì)算法乘載的物理實(shí)體的結(jié)構(gòu)圖，這個(gè)實(shí)體至少包含6個(gè)部件，即輸入寄存器21，地址寄存器22，兩個(gè)存儲器23和24，兩個(gè)輸出計(jì)數(shù)器25和26。該實(shí)體的置動(dòng)需執(zhí)行如下操作1.地址寄存器22是指向兩個(gè)存儲器23和24的地址，兩個(gè)輸出計(jì)數(shù)器25和26則分別是兩個(gè)存儲器23和24在地址寄存器22的映射。
2.如果輸入寄存器21的值為0，則地址寄存器22所指的存儲器23的存儲單元的值加1，否則地址寄存器22所指的存儲器23的存儲單元的值加1。
3.地址寄存器22左移一位，然后加上輸入寄存器21的值。
圖5顯示了魔尺加密算法乘載的物理實(shí)體的結(jié)構(gòu)圖，這個(gè)實(shí)體至少包含7個(gè)部件，即明文33，密文32，魔尺編碼器35，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器37，偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器34，統(tǒng)計(jì)模型36和密鑰31。該實(shí)體的置動(dòng)需執(zhí)行如下操作1.密鑰31控制隨機(jī)數(shù)發(fā)生器37，產(chǎn)生與之等長的隨機(jī)序列，該隨機(jī)序列作為編碼輸入流進(jìn)入魔尺編碼器35，每一個(gè)密鑰位通過統(tǒng)計(jì)模型36控制模型中當(dāng)前內(nèi)存單元值的改變，然后編碼一個(gè)隨機(jī)比特。執(zhí)行如下a)如果當(dāng)前密鑰位0，則模型中當(dāng)前內(nèi)存單元0位置加1，否則1位置加1。
b)魔尺編碼器35把當(dāng)前的密鑰位送入統(tǒng)計(jì)模型36，同時(shí)取回兩個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)C0和C1，從偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器34獲取一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)比特，利用這些參數(shù)，編碼一個(gè)隨機(jī)數(shù)比特，輸出到密文32，然后用該隨機(jī)比特調(diào)整統(tǒng)計(jì)模型36。
2.一旦密鑰位輸入完畢，魔尺編碼器35利用當(dāng)前編碼參數(shù)按如下順序編碼每個(gè)明文比特a)對于每個(gè)明文比特33，編碼器35利用統(tǒng)計(jì)模型36，并從偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器34獲取一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)比特做編碼并輸出到密文32。
b)利用當(dāng)前明文比特33，修正統(tǒng)計(jì)模型36。
圖6顯示了魔尺解密算法乘載的物理實(shí)體的結(jié)構(gòu)圖，這個(gè)實(shí)體至少包含6個(gè)部件，即明文43，密文42，魔尺解碼器45，偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器44，統(tǒng)計(jì)模型46和密鑰41。該實(shí)體的置動(dòng)需執(zhí)行如下操作1.輸入密文42到魔尺解碼器45，并初始化解碼器的寄存器。
2.密鑰41的每一個(gè)密鑰位通過統(tǒng)計(jì)模型46控制模型中當(dāng)前內(nèi)存單元值的改變，然后解碼一個(gè)隨機(jī)比特，并丟掉。具體執(zhí)行如下a)如果當(dāng)前密鑰位0，則模型中當(dāng)前內(nèi)存單元0位置加1，否則1位置加1。
b)魔尺解碼器45把當(dāng)前的密鑰位送入統(tǒng)計(jì)模型46取回兩個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)C0和C1，再從偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器44獲取一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)比特，利用這些參數(shù)，解碼一個(gè)隨機(jī)比特，同時(shí)把解碼出的比特送入統(tǒng)計(jì)模型46。
3.一旦密鑰位輸入完畢，魔尺解碼器45利用當(dāng)前解碼參數(shù)按如下順序解碼密文。
a)解碼器45利用統(tǒng)計(jì)模型46取回兩個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)C0和C1，并從偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器44獲取一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)比特做解碼得到明文比特43。
b)利用當(dāng)前明文比特43，修正統(tǒng)計(jì)模型46。
上述物理實(shí)體可以組合為一體，以共享存儲器，寄存器和處理器，降低成本；也可分體工作，使用各自獨(dú)立的存儲器和處理器，完成不同的任務(wù)要求。另外考慮到偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的需要額外成本，結(jié)合加密輸出流的高度隨機(jī)性，我們采用了輸出反饋的方式，實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)序列的輸入。為此我們引進(jìn)了一個(gè)反饋移位寄存器，因此該模式也稱為自反饋模式。
自反饋加密裝置如圖7所示，它包含7個(gè)單元。該裝置的制動(dòng)原理如下1.密鑰49控制隨機(jī)數(shù)發(fā)生器48，產(chǎn)生與之等長的隨機(jī)序列，該隨機(jī)序列作為編碼輸入流進(jìn)入魔尺編碼器51，每一個(gè)密鑰位通過統(tǒng)計(jì)模型52控制模型中當(dāng)前內(nèi)存單元值的改變。如果當(dāng)前密鑰位0，則模型中當(dāng)前內(nèi)存單元0位置加1，否則1位置加1。魔尺編碼器51把當(dāng)前的密鑰位送入統(tǒng)計(jì)模型36，同時(shí)取回兩個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)C0和C1，再用它編碼一個(gè)隨機(jī)比特，并用當(dāng)前隨機(jī)比特修正統(tǒng)計(jì)模型52。直到密鑰位輸入完畢。
2.對于每個(gè)明文比特47，先輸入編碼器51。編碼器51利用反饋移位寄存器50的最高位作為偽隨機(jī)比特，通過統(tǒng)計(jì)模型取得兩個(gè)記數(shù)，對明文比特47進(jìn)行編碼。
3.編碼器51的輸出通過反饋移位寄存器50，依次從低位進(jìn)入，高位移出到密文53。
4.編碼器51把明文比特47通過統(tǒng)計(jì)模型52，做模型調(diào)整。
自反饋解密裝置如圖8所示，它包含6個(gè)單元。該裝置的制動(dòng)原理如下1.密文54同時(shí)輸入解碼器57和反饋移位寄存器56，并初始化解碼器。
2.密鑰55控制統(tǒng)計(jì)模型58，解出隨機(jī)比特，并丟掉。
3.密文54通過反饋移位寄存器56，依次從低位進(jìn)入，高位移出。
4.解碼器57利用反饋移位寄存器50的最高位作為偽隨機(jī)比特，通過統(tǒng)計(jì)模型取得兩個(gè)記數(shù)解碼一個(gè)明文比特59。
5.最后解碼器57明文比特57通過統(tǒng)計(jì)模型58，做模型調(diào)整。
本裝置可以用于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)CAD的，提供快速數(shù)據(jù)壓縮和加密處理。由于其算法簡單，兼顧了軟件和硬件的實(shí)現(xiàn)，為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)CAD的安全提供了保障。
權(quán)利要求
1.一種對稱密鑰加密裝置，使用戶通過密鑰把明文信息轉(zhuǎn)換為密文信息，其特征在于該加密裝置包含一個(gè)魔尺編碼器，一個(gè)模型統(tǒng)計(jì)器，一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器；密鑰控制隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，產(chǎn)生與之等長的隨機(jī)序列，該隨機(jī)序列作為編碼輸入流進(jìn)入魔尺編碼器，每一個(gè)密鑰位通過模型統(tǒng)計(jì)器控制模型中當(dāng)前內(nèi)存單元值的改變。魔尺編碼器把當(dāng)前的密鑰位送入模型統(tǒng)計(jì)器，同時(shí)取回兩個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，再從偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器獲取一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)比特，利用這些參數(shù)編碼一個(gè)隨機(jī)比特，并用當(dāng)前隨機(jī)比特修正模型統(tǒng)計(jì)器，直到密鑰位輸入完畢，然后編碼明文；對于每個(gè)明文比特，先輸入編碼器，編碼器利用一個(gè)偽隨機(jī)比特，通過模型統(tǒng)計(jì)器取得兩個(gè)記數(shù)，對明文比特進(jìn)行編碼；編碼器把明文比特通過模型統(tǒng)計(jì)器，做模型調(diào)整。
2.一種對稱密鑰解密裝置，使用戶通過密鑰把密文信息轉(zhuǎn)換為明文信息，其特征在于該裝置包含一個(gè)魔尺解碼器，一個(gè)模型統(tǒng)計(jì)器，一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器；密鑰的每一個(gè)密鑰位通過模型統(tǒng)計(jì)器控制模型中當(dāng)前內(nèi)存單元值的改變；魔尺解碼器把當(dāng)前的密鑰位送入模型統(tǒng)計(jì)器取回兩個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，再從偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器獲取一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)比特，利用這些參數(shù)，解碼一個(gè)隨機(jī)比特，同時(shí)把解碼出的比特送入模型統(tǒng)計(jì)器，做模型調(diào)整；一旦密鑰位輸入完畢，魔尺解碼器利用當(dāng)前解碼參數(shù)按如下順序解碼密文，解碼器利用模型統(tǒng)計(jì)器取回兩個(gè)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，并從偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器獲取一個(gè)偽隨機(jī)數(shù)比特做解碼得到明文比特，然后利用當(dāng)前明文比特，修正模型統(tǒng)計(jì)器。
3.如上述權(quán)利要求1和2所述之加解密裝置，其特征在于模型統(tǒng)計(jì)器包含一個(gè)輸入寄存器，一個(gè)地址寄存器，左右兩個(gè)存儲器，左右兩個(gè)輸出計(jì)數(shù)器；每統(tǒng)計(jì)一個(gè)符號，按順序把地址寄存器指向的左右兩個(gè)存儲器的內(nèi)容分別輸出到左右兩個(gè)計(jì)數(shù)器；如果輸入寄存器的值為0，則地址寄存器所指的左存儲器的存儲單元的值加1，否則地址寄存器所指的右存儲器的存儲單元的值加1；地址寄存器左移一位，然后加上輸入寄存器的值。
4.如上述權(quán)利要求1和2所述之加解密裝置，其特征在于密鑰位對模型統(tǒng)計(jì)器的控制按如下操作，如果當(dāng)前密鑰位為邏輯0，則模型中當(dāng)前內(nèi)存單元0位置加一個(gè)常數(shù)，否則1位置加一個(gè)固定常數(shù)。
5.如上述權(quán)利要求1和2所述之加解密裝置，其特征在于偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可由一個(gè)反饋移位寄存器取代，它是密文比特流上的一個(gè)滑動(dòng)窗，依次從低位進(jìn)入，高位移出，每次編解碼所需的偽隨機(jī)比特，可通過反饋移位寄存器的最高位得到。
6.如上述權(quán)利要求1所述之加密裝置，其特征在于魔尺編碼器包含一個(gè)輸入寄存器，一個(gè)混亂寄存器，左右兩個(gè)計(jì)數(shù)器，一個(gè)輸出緩沖，一個(gè)編碼寄存器和一個(gè)控制寄存器；其特征在于每編碼一個(gè)符號，按順序計(jì)算如果左計(jì)數(shù)器的值大于右計(jì)數(shù)器的值，交換二者的內(nèi)容，同時(shí)倒置輸入寄存器的內(nèi)容；如果右計(jì)數(shù)器的值大于或等于控制寄存器的值，循環(huán)執(zhí)行編碼寄存器的高位輸出到輸出緩沖；編碼寄存器和控制寄存器同時(shí)產(chǎn)生一位左移；如果控制寄存器的值大于編碼寄存器值的補(bǔ)碼，則把編碼寄存器值的補(bǔ)碼并加1送入控制寄存器；循環(huán)執(zhí)行完，如果混亂寄存器的值為0，倒置輸入寄存器的內(nèi)容，控制寄存器的值減去左計(jì)數(shù)器的值，其結(jié)果放入左計(jì)數(shù)器；如果輸入寄存器為0，復(fù)制左計(jì)數(shù)器的值到控制寄存器；否則，制控制寄存器的值減去左計(jì)數(shù)器的值，其結(jié)果放入控制寄存器，編碼寄存器的值加左上計(jì)數(shù)器的值，其結(jié)果放入編碼寄存器。
7.如上述權(quán)利要求2所述之解密裝置，其特征在于魔尺解碼器包含一個(gè)輸入緩沖，一個(gè)混亂寄存器，左右兩個(gè)計(jì)數(shù)器，一個(gè)輸出寄存器，一個(gè)編碼寄存器，一個(gè)控制寄存器和一個(gè)解碼寄存器；每解碼一個(gè)符號，按順序計(jì)算如果左計(jì)數(shù)器的值大于右計(jì)數(shù)器的值，交換二者的內(nèi)容，同時(shí)倒置輸出寄存器的內(nèi)容；如果右計(jì)數(shù)器的值大于或等于控制寄存器的值，循環(huán)執(zhí)行把輸入緩沖的當(dāng)前位送入解碼寄存器；解碼寄存器，編碼寄存器和控制寄存器同時(shí)產(chǎn)生一位左移；如果控制寄存器的值大于編碼寄存器值的補(bǔ)碼，則把編碼寄存器值的補(bǔ)碼并加1送入控制寄存器；循環(huán)執(zhí)行完，如果混亂寄存器的值為0，倒置輸出寄存器的內(nèi)容，控制寄存器的值減去左計(jì)數(shù)器的值，其結(jié)果放入左計(jì)數(shù)器；如果解碼寄存器的值減去編碼寄存器的值小于左計(jì)數(shù)器的值，復(fù)制左計(jì)數(shù)器的值到控制寄存器；否則，倒置輸出寄存器的值，制寄存器的值減去左計(jì)數(shù)器的值，其結(jié)果放入控制寄存器，編碼寄存器的值加上左計(jì)數(shù)器的值，其結(jié)果放入編碼寄存器。
全文摘要
隨著遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)CAD的發(fā)展，密碼技術(shù)受到了普遍的重視。本發(fā)明利用魔尺編碼技術(shù)提出了一種無乘法編碼方法，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了一種新型的數(shù)據(jù)加密算法和相應(yīng)裝置，如摘要附圖1所示。該算法不是塊體制，而是一種基于統(tǒng)計(jì)編碼的流加密技術(shù)。其特征在于密文比明文短50％左右，可有效地節(jié)約存儲空間和信道，特別適用于數(shù)據(jù)的安全保存和傳輸；加法和移位操作，使硬件設(shè)計(jì)相當(dāng)簡單；變長密鑰技術(shù)，則使加密強(qiáng)度完全依賴于密鑰長度。
文檔編號H04L9/06GK1741446SQ200410053938
公開日2006年3月1日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月23日
發(fā)明者江啟成 申請人:江啟成