一種基于明文隨機分割的RSA?Hill混合加密方法技術

一種基于明文隨機分割的RSA?Hill混合加密方法。其是利用生成的Pascal矩陣替換Hill密碼的密鑰，將混合加密算法中會話密鑰轉移為明文的隨機分割數，再使用RSA密碼對其加密。從模擬實驗中可以觀察到，本發明專利技術提出的方法通過隨機分割明文滿足了構造混合加密方法的要求，同時避免了啞元問題的出現，實現了一次一密的加密流程，因此該方法具有較好的加密效率和較強的抗攻擊性。

【技術實現步驟摘要】
一種基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法
本專利技術屬于計算機網絡信息安全
，特別是涉及一種基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法。
技術介紹
在密碼學長期實踐過程中，由于混合密碼的執行效率較高，因此該密碼體制被提出并一直被廣泛使用。在混合加密體系中，常常用對稱密碼加密明文，用公鑰密碼加密會話密鑰。混合加密既利用公鑰密碼的優點避免密鑰配送問題，也利用對稱密碼的優點提升方法處理速度。2001年Cramer和Shoup第一次形式化定義混合加密模型并提出了KEM-DEM結構模型。他們將混合加密分為密鑰封裝機制(keyencapsulationmechanism，KEM)模塊和數據封裝機制(dataencapsulationmechanism，DEM)模塊。KEM模塊利用接收者的公鑰加密隨機生成的會話密鑰K，得到會話密鑰的密文C0。DEM模塊利用會話密鑰K對明文M加密。同時，作者提到構建混合密碼的一個關鍵前提是KEM模塊與DEM模塊必須要兼容，即：會話密鑰K的長度與DEM模塊中對稱密碼密鑰長度相等。因為有了混合密碼的形式化定義，國內外學者開展了大量的研究，但對于很多混合加密方案不能簡單地套用KEM-DEM結構，這些方案也具有較好的執行效率和安全性。如：DHAES模型、REACT模型和FO模型。針對這樣的情況，一種全新的方案TagKEM-DEM被提出，用DEM生成的密文作為TagKEM中的標簽，將兩個模塊關聯起來的同時保證了混合密碼體制的安全性。由于混合密碼形式化結構的限制，使得符合該結構的密碼體制較少。一些密碼體制因密鑰的形式(如：Hill密碼)或安全性限制了其無法依據KEM-DEM結構與其它密碼組合成混合密碼。RSA密碼與Hill密碼構建混合密碼仍處于探索階段。Rahman等提出了Hill++算法增強了Hill密碼對已知明文攻擊的抵抗性，Goel通過Hill密碼改進了RSA密碼的安全性。李文峰提出基于有限域矩陣構造技術的RSA-Sign-Hill算法。該算法以生成Hill密碼加密矩陣時產生的關鍵數字k作為會話密鑰，導致其會話密鑰過于單一，生成加密矩陣算法固定且代價較高，無法抵抗已知明文攻擊等密碼分析手段。上述方法重點是對Hill密碼的改進，但Hill密碼屬于古典密碼，其安全性較弱。同時，上述方法仍存在啞元問題，雖然相關研究已解決啞元問題，但是并未從本質上提高Hill密碼的安全性。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的目的在于提供一種基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法。為了達到上述目的，本專利技術提供的基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法包括按順序進行的下列步驟：步驟1)提交明文階段：用戶提交需要加密的明文，根據字符表將該明文中的字母轉化為數字并統計出數字明文字符數；步驟2)生成明文隨機分割數的階段：根據統計出的數字明文字符數n確定明文隨機分割數的個數k，再依據個數k生成一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk；步驟3)判斷明文隨機分割數是否滿足條件的階段：判斷上述生成的一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk是否滿足條件；若則滿足條件，進入下一步驟；否則返回步驟2)重新生成一組明文隨機分割數；步驟4)實施明文分割的階段：根據上述生成的一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk，將步驟1)中的數字明文隨機分割成k塊，每一塊被分割的數字明文字符數為ni，i＝1,2,…,k；步驟5)生成Pascal矩陣的階段：首先定義Pascal矩陣的階數1,2，…，k，然后用戶根據需要選擇不同階數的Pascal公式，最后生成Pascal矩陣；步驟6)明文加密的階段：將步驟4)中獲得的分割后的數字明文與步驟5)中對應階數的Pascal矩陣采用Hill加密算法進行加密運算，得到加密后的密文列向量，然后通過轉置使其變為密文行向量；步驟7)隨機數加密的階段：用RSA密碼對明文隨機分割數進行加密，得到加密后的明文隨機分割數，最后將加密后的明文隨機分割數與步驟6)中加密后的密文向量組合成最終密文向量。在步驟2)中，所述的確定明文隨機分割數的個數k有兩種方法：第一種方法是人為設定固定的個數k的數值；第二種方法是根據明文字符數確定個數k的數值；對于較小的明文，選取第二種方法；而對于較大的明文，選擇第一種方法。在步驟5)中，所述的生成Pascal矩陣的具體方法是：步驟一：根據上述一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk確定加密所需Pascal矩陣的階數；若某一明文隨機分割數為ni，i＝1,2,…,k,則對其加密所需要的Pascal矩陣的階數也為ni；步驟二：確定使用Pascal公式的階數；若明文隨機分割數ni較大，使用高階的Pascal公式，則能更快生成所需階數的Pascal矩陣；而若明文隨機分割數ni較小，則使用低階的Pascal公式；步驟三：若選擇高階的Pascal公式，需要先逐行生成該Pascal矩陣前數行的數據作為生成完整Pascal矩陣的基礎，然后再根據該階Pascal公式生成完整Pascal矩陣。本專利技術提供的基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法是利用生成的Pascal矩陣替換Hill密碼的密鑰，將混合加密算法中會話密鑰轉移為明文的隨機分割數，再使用RSA密碼對其加密。從模擬實驗中可以觀察到，本專利技術提出的方法通過隨機分割明文滿足了構造混合加密方法的要求，同時避免了啞元問題的出現，實現了一次一密的加密流程，因此該方法具有較好的加密效率和較強的抗攻擊性。附圖說明圖1為本專利技術提供的基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法的流程圖；圖2為經典Hill加密算法流程圖；圖3為不同加密算法對不同大小文件的加密耗時對比圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術提供的基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法進行詳細說明。如圖1所示，本專利技術提供的基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法包括按順序進行的下列步驟：步驟1)提交明文階段：用戶提交需要加密的明文，根據字符表將該明文中的字母轉化為數字并統計出數字明文字符數；例如：明文中的字母Apple轉化成數字為36,25,25,21,14，字符數為5；步驟2)生成明文隨機分割數的階段：根據統計出的數字明文字符數n確定明文隨機分割數的個數k，再依據個數k生成一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk；步驟3)判斷明文隨機分割數是否滿足條件的階段：判斷上述生成的一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk是否滿足條件；若則滿足條件，進入下一步驟；否則返回步驟2)重新生成一組明文隨機分割數；步驟4)實施明文分割的階段：根據上述生成的一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk，將步驟1)中的數字明文隨機分割成k塊，每一塊被分割的數字明文字符數為ni，i＝1,2,…,k；根據生成的明文隨機分割數對明文進行分割可以有效避免啞元問題；啞元的出現是Hill密碼定長分割明文所導致的；當明文長度不是加密矩陣階數的整數倍時，需要補充啞元才可以組合成完整的明文矩陣；但是問題在于Hill密碼中對明文有規律的分割已無法抵抗已知明文攻擊等密碼分析手段。本專利技術使得明文分割不具有規律性，從而保證了密碼體制的安全性。步驟5)生成Pascal矩陣的階段：首先定義Pascal矩陣的階數1,本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于明文隨機分割的RSA?Hill混合加密方法，其特征在于：所述的基于明文隨機分割的RSA?Hill混合加密方法包括按順序進行的下列步驟：步驟1)提交明文階段：用戶提交需要加密的明文，根據字符表將該明文中的字母轉化為數字并統計出數字明文字符數；步驟2)生成明文隨機分割數的階段：根據統計出的數字明文字符數n確定明文隨機分割數的個數k，再依據個數k生成一組明文隨機分割數n

【技術特征摘要】
1.一種基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法，其特征在于：所述的基于明文隨機分割的RSA-Hill混合加密方法包括按順序進行的下列步驟：步驟1)提交明文階段：用戶提交需要加密的明文，根據字符表將該明文中的字母轉化為數字并統計出數字明文字符數；步驟2)生成明文隨機分割數的階段：根據統計出的數字明文字符數n確定明文隨機分割數的個數k，再依據個數k生成一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk；步驟3)判斷明文隨機分割數是否滿足條件的階段：判斷上述生成的一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk是否滿足條件；若則滿足條件，進入下一步驟；否則返回步驟2)重新生成一組明文隨機分割數；步驟4)實施明文分割的階段：根據上述生成的一組明文隨機分割數n1，n2，…，nk將步驟1)中的數字明文隨機分割成k塊，每一塊被分割的數字明文字符數為ni，i＝1,2,…,k；步驟5)生成Pascal矩陣的階段：首先定義Pascal矩陣的階數1,2，…，k，然后用戶根據需要選擇不同階數的Pascal公式，最后生成Pascal矩陣；步驟6)明文加密的階段：將步驟4)中獲得的分割后的數字明文與步驟5)中對應階數的Pascal矩陣采用Hill加密算法進行加密運算，得到加密后的密文列向量，然后通過轉置使其變為密文行向量；步驟7)隨機數加密的階段：...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊宏宇，寧宇光，謝麗霞，
申請(專利權)人：中國民航大學，
類型：發明
國別省市：天津,12