專利名稱：用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的攪動加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域中的加解密，尤其涉及用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的加密 方法。
背景技術(shù)：
寬帶網(wǎng)絡(luò)的應用非常廣泛，安全威脅也越來越多，尤其是寬帶接入量大 面廣，經(jīng)濟、高效解決數(shù)據(jù)安全問題具有重要意義。由于攪動算法具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn) 的特點，在最高速率為622Mbps的寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)(Α/ΒΡ0Ν)系統(tǒng)(ITU-T G. 983建議)中， 采用了攪動算法進行加密。專利“用于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的三重攪動方法”中則采用了三個級聯(lián) 的攪動器，采用了 M比特密鑰，相比ITU-T G. 983建議中的攪動算法，安全性有所提高。由于ITU-T G. 983建議以及專利“用于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的三重攪動方法”提出的攪動 算法均采用了逐字節(jié)(8位)加密方法，其應用速率有限，難以支持10(ibpS及以上的高速網(wǎng) 絡(luò)數(shù)據(jù)的加密。而且，上述攪動方法的攪動密鑰位長較短而且固定，窮搜索就可能攻破，安 全性不高。隨著人們對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求日益提高，網(wǎng)絡(luò)的速率越來越高，高速網(wǎng)絡(luò)應用日益 廣泛。本發(fā)明提出了一種基于多字節(jié)方式的攪動算法，攪動密鑰位長可以設(shè)置(即可選擇 較長位數(shù))，具備支持高速網(wǎng)絡(luò)加密應用的能力，而且有效提高了算法的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的攪動加密方法，采用多字節(jié)輸入，增加攪 動密鑰位長，能夠大幅度擴展密鑰空間，解決現(xiàn)有攪動算法逐字節(jié)加密速度不高、密鑰空間 小而易被破譯的問題，能夠安全、經(jīng)濟地適用于高速網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)加密。根據(jù)本發(fā)明一方面，提出了一種用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的多字節(jié)攪動加密方法，所述 的攪動加密方法對數(shù)據(jù)進行一輪η字節(jié)數(shù)據(jù)地加密，其中η = 2k，k為自然數(shù)；對數(shù)據(jù)中第N 輪η字節(jié)D_in [N]執(zhí)行以下步驟利用h = 2k+3比特的攪動密鑰K對輸入加密數(shù)據(jù)D_in [N] 進行第一級攪動加密，其中N為自然數(shù)；第一級攪動加密后的數(shù)據(jù)D_in [N]與i個η字節(jié)前 的并行攪動加密后的輸出數(shù)據(jù)0_0此例-1]以及前一個輸入加密η字節(jié)D_in[N-l]異或，其 中i為自然數(shù)，i彡2，并且如果N彡1，則0_0肚例-1] =Oito;對異或后的第一級攪動加密 數(shù)據(jù)進行字節(jié)交換；將攪動密鑰K的高h/2比特與低h/2比特移位，并利用比特移位后的攪 動密鑰對字節(jié)交換后的異或第一級攪動加密η字節(jié)數(shù)據(jù)進行第二級攪動加密，得到并行攪 動加密后的數(shù)據(jù)0_0此^]。其中，如果當前攪動加密的η字節(jié)數(shù)據(jù)0」11 [N]為第一個η字 節(jié)加密數(shù)據(jù)，則0」11[幻為將所述的攪動密鑰K。其中，通過采用兩級攪動，不僅使密鑰空間擴展為h比特，還由于兩級攪動中引入 了時域相關(guān)，增加了隨機的更新算子，提高了破譯的難度。并且優(yōu)選地，i = 3，使得每輪加 密的數(shù)據(jù)緊密的與前后數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的并行攪動的加密裝置，所 述加密裝置包括第一攪動加密單元，用于利用h比特的攪動密鑰K對輸入加密的η字節(jié)數(shù) 據(jù)D_in[N]進行第一級攪動加密，其中η = 2k，k為自然數(shù)，并且N為自然數(shù)；異或單元，用 于將所述第一攪動加密單元的輸出與i個η字節(jié)前的多重攪動加密后的輸出η字節(jié)數(shù)據(jù)D_out[N-i]以及前一個輸入加密η字節(jié)數(shù)據(jù)0_化例-1]進行異或，其中i為自然數(shù)，i彡2， 并且如果N彡i，則D_out [N-i] = O8n ；字節(jié)交換單元，用于對所述異或單元的輸出進行字節(jié) 交換；第二攪動加密單元，用于利用第二攪動密鑰對所述的字節(jié)交換單元的輸出進行第二 級攪動加密，其中通過對所述的攪動密鑰K的高h/2比特與低h/2比特移位而得到所述第 二攪動密鑰；其中，如果當前攪動加密的η字節(jié)數(shù)據(jù)D_in[N]為第一個η字節(jié)加密數(shù)據(jù)，則 D_in[N]為將所述的攪動密鑰K。如

圖1所示。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的多字節(jié)解攪動解密方法， 所述的解攪動解密方法對數(shù)據(jù)進行每輪η字節(jié)數(shù)據(jù)地解密，其中η = 2k，k為自然數(shù)；對數(shù) 據(jù)中第N輪η字節(jié)D_in[N]執(zhí)行以下步驟將h比特的解攪動密鑰K的高h/2比特與低h/2 比特移位；用比特移位后的解攪動密鑰對輸入解密數(shù)據(jù)D_in[N]進行第一級解攪動解密， 其中N為自然數(shù)；對第一級解攪動解密后的數(shù)據(jù)進行字節(jié)交換；將字節(jié)交換后的第一級解 攪動解密數(shù)據(jù)與i個η字節(jié)數(shù)據(jù)前的輸入解密數(shù)據(jù)D_in [N-i] in以及一個η字節(jié)數(shù)據(jù)前的 多重解攪動解密后的輸出數(shù)據(jù)0_0肚例-1]異或，其中如果N彡ijjD_in[N-i] =(Γ;利用 所述解攪動密鑰K對異或后的η字節(jié)數(shù)據(jù)進行第二級解攪動解密，得到多重解攪動解密后 的輸出η字節(jié)數(shù)據(jù)0_0此[幻；其中，如果當前解攪動解密的η字節(jié)數(shù)據(jù)0」11 [N]為第一個η 字節(jié)解密數(shù)據(jù)，則D_in[N]為將所述的攪動密鑰K。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的逐η字節(jié)解密裝置，所述 解密裝置包括第一解攪動解密單元，用于利用第一解攪動密鑰對輸入解密的η字節(jié)數(shù)據(jù) D_in[N]進行第一級攪動加密，其中η = 2k，k為自然數(shù)，并且N為自然數(shù)，通過對h比特的解 攪動密鑰K的高h/2比特與低h/2比特移位而得到所述第一解攪動密鑰；字節(jié)交換單元，用 于對所述第一解攪動解密單元的輸出進行字節(jié)交換；異或單元，用于對所述字節(jié)交換單元 的輸出與i個η字節(jié)前的輸入解密η字節(jié)數(shù)據(jù)D_in [N-i]以及一個η字節(jié)前的并行解攪動 解密后的輸出η字節(jié)數(shù)據(jù)D_out [Ν-1]進行異或，其中i為自然數(shù)，i ^ 2，比且如果N彡i， 則D_in[N-i] = O8n ；第二解攪動解密單元，用于利用所述解攪動密鑰K對所述的異或單元 的輸出進行第二級解攪動解密，以輸出并行解攪動解密后的η字節(jié)解密數(shù)據(jù)D_out[N]；其 中，如果當前解攪動解密的η字節(jié)數(shù)據(jù)0」11 [N]為第一個η字節(jié)解密數(shù)據(jù)，則D_in [N]為將 所述的攪動密鑰K。如圖2所示。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的多字節(jié)的攪動器，所述的 攪動器對數(shù)據(jù)進行逐η字節(jié)數(shù)據(jù)地攪動，其中η = 2k，k為自然數(shù)；對數(shù)據(jù)中第N輪η字節(jié) D_in[N]執(zhí)行以下步驟對h = 2k+3比特密鑰進行邏輯運算，計算出相應的攪動鍵(其中，將 初始攪動密鑰h比特劃分為X類型和P類型；攪動鍵劃分為K類型和P類型)。當對η字 節(jié)數(shù)據(jù)進行攪動加密時，其中n = 2k，k為自然數(shù)；共需2m個基本運算符；所需攪動鍵為每 個基本運算符有k-m+5個攪動鍵，攪動k-m+4比特的數(shù)據(jù)，其中< k-m+5 ( 21+2，則一個 基本運算符需要3 = 21比特K類型和b = (k-m+5-21)比特P類型的攪動鍵，總共2m個運 算符共需要kl，k2，…，Ma共加比特K類型和Pl，p2，/ %共2mb比特P類型的攪動鍵； 經(jīng)過比特移位后的輸出需要與η字節(jié)長的K類型攪動鍵(k2a+l，k2a+2,…，k2a+8n)逐比 特運算。其中，kl、k2、…、k2a中每位K類型攪動鍵均由兩比特的P類型初始密鑰和四比 特的X類型初始密鑰生成，其生成規(guī)則如下
權(quán)利要求
1.一種用于高速網(wǎng)絡(luò)加密的多字節(jié)攪動方法，其特征在于，所述的攪動加密算法對數(shù) 據(jù)進行每輪多字節(jié)加密，其中，對數(shù)據(jù)中的第N個η (n = 2k，k、N為自然數(shù))字節(jié)數(shù)據(jù)D_ in [N]執(zhí)行以下步驟利用攪動密鑰K對η字節(jié)的輸入加密數(shù)據(jù)D_in[N]進行第一級攪動加密；第一級攪動加密后的數(shù)據(jù)與i個η字節(jié)前的攪動加密后的輸出數(shù)據(jù)D_out[N-i]以及 前一個輸入加密η字節(jié)D_in[N-l]異或，其中i為自然數(shù)，i≥2，并且如果N≤i，則D_ out[N-i] = O8n ；對異或后的第一級攪動加密數(shù)據(jù)進行字節(jié)交換；將攪動密鑰K高h/2比特與低h/2比特移位，并利用移位后的攪動密鑰對字節(jié)交換后 的異或第一級攪動加密η字節(jié)數(shù)據(jù)進行第二級攪動加密，得到多字節(jié)攪動加密后的數(shù)據(jù)D_ out[N]。其中，如果當前攪動加密的η字節(jié)數(shù)據(jù)0」11 [N]為第一個η字節(jié)加密數(shù)據(jù)，則當攪 動密鑰K的比特數(shù)h < 8n, D_in[N]為將所述的攪動密鑰K低位補0所達到的8η比特；當 攪動密鑰K的比特數(shù)h ≥8n,則D_in[N]為將所述的攪動密鑰K低8η比特。
2.一種用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)逐η字節(jié)的加密裝置，所述加密裝置包括第一攪動加密單元，用于利用h比特的攪動密鑰K對輸入加密η字節(jié)數(shù)據(jù)D_in[N]進 行第一級攪動加密，其中η = 2k，k為自然數(shù)，N為自然數(shù)；異或單元，用于將所述第一攪動加密單元的輸出與i個η字節(jié)前的雙重攪動加密后的 輸出數(shù)據(jù)η字節(jié)D_out[N-i]以及前一個輸入加密η字節(jié)數(shù)據(jù)D_in[N_l]進行異或，其中i 為自然數(shù)，i≥2，并且如果N≤iJjD_out[N-i] = 08n；字節(jié)交換單元，用于對所述異或單元的輸出進行字節(jié)交換；第二攪動加密單元，用于利用第二攪動密鑰對所述的字節(jié)交換單元的輸出進行第二級 攪動加密，其中通過對所述的攪動密鑰K高h/2比特與低h/2比特移位而得到所述第二攪 動密鑰；其中，如果當前攪動加密的η字節(jié)數(shù)據(jù)D_in [N]為第一個η字節(jié)加密數(shù)據(jù)，則當攪動密 鑰K的比特數(shù)h < 8n, D_in[N]為將所述的攪動密鑰K低位補0所達到的8η比特；當攪動 密鑰K的比特數(shù)h≥Sn,則D_in[N]為將所述的攪動密鑰K低8η比特。
3.一種用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的并行解攪動解密方法，所述解攪動解密方法對數(shù)據(jù)進行逐 多字節(jié)地解密，其中對多字節(jié)攪動加密后的數(shù)據(jù)中第N次η字節(jié)D_in[N]執(zhí)行以下步驟將h比特的解攪動密鑰K高h/2比特與低h/2比特移位；用移位后的解攪動密鑰對輸入解密數(shù)據(jù)D_in[N]進行第一級解攪動解密，其中N為自 然數(shù)；對第一級解攪動解密后的數(shù)據(jù)進行字節(jié)交換；將字節(jié)交換后的第一級解攪動解密數(shù)據(jù)與i個η字節(jié)數(shù)據(jù)前的輸入解密數(shù)據(jù)D_ in[N-i]in以及一個η字節(jié)數(shù)據(jù)前的雙重解攪動解密后的輸出數(shù)據(jù)D_out[N-l]異或，其中 如果 N ≤ iJUD_in[N-i] = 08n；利用所述解攪動密鑰K對異或后的η字節(jié)數(shù)據(jù)進行第二級解攪動解密，得到雙重解攪 動解密后的輸出η字節(jié)數(shù)據(jù)D_out[N]；其中，如果當前解攪動的η字節(jié)數(shù)據(jù)D_in [N]為第一個η字節(jié)加密數(shù)據(jù)，則當攪動密鑰 K的比特數(shù)h < 8n,D_out[N]為將所述的攪動密鑰K低位補0所達到的8η比特；當攪動密鑰K的比特數(shù)h彡Sn,則D_out [N]為將所述的攪動密鑰K低8η比特。
4.一種用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的逐η字節(jié)解密裝置，所述解密裝置包括第一解攪動解密單元，用于第一解攪動密鑰對輸入解密η字節(jié)數(shù)據(jù)D_in[N]進行第一 級解攪動解密，其中N為自然數(shù)，通過對h比特的解攪動密鑰K高h/2比特與低h/2比特移 位而得到所述第一解攪動密鑰；字節(jié)交換單元，用于對所述第一解攪動解密單元的輸出進行字節(jié)交換； 異或單元，用于對所述字節(jié)交換單元的輸出與i個η字節(jié)前的輸入解密η字節(jié)數(shù)據(jù)D_ in[N-i]以及一個η字節(jié)前的雙重解攪動解密后的輸出η字節(jié)數(shù)據(jù)D_out[N-l]進行異或， 其中i為自然數(shù)，i彡2，比且如果N彡iJUD_in[N-i] = O8n ；第二解攪動解密單元，用于利用所述解攪動密鑰K對所述的異或單元的輸出進行第二 級解攪動解密，以輸出雙重解攪動解密后的η字節(jié)解密數(shù)據(jù)D_out[N]；其中，如果當前解攪動的η字節(jié)數(shù)據(jù)D_in [N]為第一個η字節(jié)加密數(shù)據(jù)，則當攪動密鑰 K的比特數(shù)11 < 8n,D_out[N]為將所述的攪動密鑰K低位補0所達到的8η比特；當攪動密 鑰K的比特數(shù)h彡Sn,則D_out [N]為將所述的攪動密鑰K低8η比特。
5.一種適用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的攪動器，所述的攪動器對數(shù)據(jù)進行逐多字節(jié)數(shù)據(jù)地攪 動。該攪動器一次對η字節(jié)數(shù)據(jù)攪動，其中η = 2k，k為自然數(shù)；對數(shù)據(jù)中第N次η字節(jié)D_ in [N]執(zhí)行以下步驟攪動鍵生成對h比特密鑰進行邏輯運算(h = 8η)，計算出相應的攪動鍵； 基本運算符對η字節(jié)輸入加密數(shù)據(jù)D_in [N]按高低順序分為2"1.1組(m為自然數(shù))，每 組2k_m+4比特，所述的2"1-1組輸入加密數(shù)據(jù)分別經(jīng)過四個基本運算符攪動進行第一次攪動加 密；第一次攪動單元每個基本運算符利用k-m+5個攪動鍵攪動每組的2k_m+4比特輸入加密 數(shù)據(jù)；比特移位單元對第一次攪動加密后的數(shù)據(jù)進行比特移位；比特移位后的8η比特數(shù)據(jù) 與攪動鍵中的8η比特異或；第二次攪動單元對比特移位后的異或第一次攪動8η比特數(shù)據(jù)進行第二次攪動，得到 單重攪動加密后的數(shù)據(jù)D_out[N]。
6.一種適用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的解攪動器，所述的解攪動器對數(shù)據(jù)進行逐多字節(jié)數(shù)據(jù)地 解攪動。所述的解攪動器對數(shù)據(jù)進行逐η字節(jié)數(shù)據(jù)地解攪動，其中η = 2k，k為自然數(shù)；對 數(shù)據(jù)中第N次η字節(jié)D_in[N]執(zhí)行以下步驟攪動鍵生成器對h比特密鑰進行邏輯運算，計算出相應的攪動鍵； 基本運算符對2k+3比特輸入解密數(shù)據(jù)D_in[N]按高低順序分為2"組，每組2k_m+4比 特，所述的四組輸入解密數(shù)據(jù)分別經(jīng)過2"1-1個基本運算符攪動進行第一次解攪動解密；第一次解攪動單元每個基本運算符利用k-m+5個攪動鍵解攪動每組的2k_m+4比特輸入 解密數(shù)據(jù)；比特移位單元對第一次解攪動解密后的數(shù)據(jù)進行比特移位； 密鑰異或單元比特移位后的8η比特數(shù)據(jù)與攪動鍵中的8η比特異或； 第二次解攪動單元對比特移位后的異或第一次解攪動8η比特數(shù)據(jù)進行第二次解攪 動解密，得到單重解攪動解密后的數(shù)據(jù)D_out[N]。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種適用于高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的多字節(jié)攪動加密方法，通過增加攪動密鑰位長，擴展密鑰空間，能夠解決現(xiàn)有攪動算法逐字節(jié)加密速度不高、密鑰空間小而易被破譯的問題，能夠安全、經(jīng)濟地適用于高速網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)加密。
文檔編號H04L9/06GK102075326SQ20101058480
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者寧帆, 壽國礎(chǔ), 毛澤湘, 白巖, 胡怡紅, 郭志剛, 錢宗玨, 陳祥花 申請人:北京郵電大學