[发明专利]一种基于算法变换思想的加密方法

说明书

技术领域

本发明属于信息安全领域，涉及一类新型的加密方法。

背景技术

现有的加密算法都有非常清楚和固定的结构，只有明文、密钥和一些参数是变换的，它们都在固定的算法框架下参与运算，得到密文。由于有确定的结构，进行密码分析会比较容易着手，许多数学的方法可以用于密码的破译。本发明基于这样的观点：1）作为在运算中的变量的密钥的变化对算法的复杂性的影响是有限的，不如算法本身的变化对密码算法的复杂性的影响显著，而且由于许多密码分析是基于固定结构的密码算法，算法的变换使得密码分析的线索会少许多，从而增强密码算法的安全性。2）采用算法变换，相对于增加了算法的复杂性，但是，这并没有直接增加运算量，而传统的方法在增加复杂度和破译难度的同时，往往会增加加密和解密的运算量。这样算法变换的方法在增强安全性的同时并不造成运算量的明显增加。

发明内容

在本发明中先设计一些安全性比较好、运算量小、接近雪崩效应的加密小算法作为加密的部件L，在加密的过程中，总密钥一方面确定算法的结构和调用不同的L的次序和方式以及哪些L被调用，另一方面起到作为传统密钥的作用，即作为参数输入算法参与运算。这些部件可以是S盒、各种运算、各种发生器，也可以是这些的组合或者是一个小型加密算法等。

总密钥对算法结构的影响主要可以通过以下的方式体现：第一，通过密钥决定各个部件运算的顺序，第二，通过密钥决定选用哪些部件；第三，通过密钥决定算法的结构和布局。

由于各个部件接近雪崩效应，所以，这会将各种信息的泄露和线索的暴露降到最低限度。密码分析者也很难通过密文，乃至于选择的明文来确定密码算法的真正结构。

 密钥有两部分的作用，即决定算法和作为传统密钥参与运算，为了增加密钥量，同时增强算法和传统意义密钥参数的独立性，将密钥分成两部分，一部分决定算法的结构，一部分作为参数输入。增加密钥量可以增加算法的自由度和密码系统的不确定性，同时伪密钥的数量也会增加，惟一解距离会加大。这对于保障算法的安全性是有利的。

在每一轮的运算中，有些部分依然是不确定的、随机的，比如某个部分可能是a、b、c、d四个函数之一。

对于一个密码系统，一般将所有的秘密都寓于密钥中，即整个密码系统的不确定性在于密钥中，本发明中虽然算法是不确定的，但是算法在具体的情况下，在密钥已知的情况下却是确定的，这个确定的条件就是密钥。

具体依据这一方法来构造加密算法的时候，可以按照以下步骤：

一、确定加密的算法（函数），函数具有多方面的不确定性和变换形式，包括次序、选择性和其他的变换。算法的设计也考虑传统密码算法的设计原则，保证传统意义上的安全性，并且是可以惟一解密的。这些不同的选择之间得到的密文并没有可区分性，比如不能通过密文就分析确定采用的算法，如算法得到的密文都是没有冗余的，统计特征都是相似的，则不能判定其中的一些随机变换的因子具体是什么。

二、依据算法来确定总密钥的结构，原则为将不同用途的数据进行独立的分块，让算法具有最多的变换方式，同时也方便信息的提取，可以规定每一部分分块的长度。比如，一个12轮的密码算法，其中每一轮的算法都是不一样的，其顺序是可以任意排列的，则决定这一排列次序的那一部分密钥的bit数应该大于等于log₂12！，再比如某一个部分可能是4个函数之一，则决定这一个函数的密钥数应该不小于2bit。依据这种方法，可以设计一个决定加密算法的密钥部分的结构，然后，附加上算法的传统的密钥那一部分，即是完整的总密钥的结构。

 加密时，第一步先解析总密钥，从中提取参数；第二步通过某些参数确定具体的加密算法；第三步利用传统的密钥加密明文。

其中对于随机顺序的结构，确定各个部分顺序的时候，采用以下的方法：对于需要排序的n个部分设定一个初始顺序从1到n，将提取出来的用于确定顺序的密钥部分的那些bit，转换为十进制值K_f，进行转换确定排列顺序。对于n个部件进行排列，有n!种排列。因此首先计算K_m=K_f mod（n！）+1，让其不大于n！。然后根据K_m值确定排列的顺序。

解密的时候，类似地解析密钥结构，对应的可以确定解密算法，利用传统密钥解密密文。