[发明专利]一种云存储系统中可并行计算的文件加密解密方法

摘要

一种云存储系统中可并行计算的文件加密解密方法利用云计算环境的可并行计算机制，如MapReduce并行计算技术，通过对明文数据进行分组加密，利用分块矩阵乘法算法，最终实现对整个文件的加密，并上载到云计算环境的存储系统中。方法包含了对合密钥子矩阵生成，计算密钥计算，数据文件分块，数据加密，数据解密等五个步骤。在加密系统初始化中，方法采用模运算方法，构造了一个随机密钥矩阵，该矩阵具有矩阵等于其逆矩阵的特点；在矩阵分块过程中，通过边界划分的方法，确定了并行计算的每个分块；在数据加密过程中，通过密钥矩阵与明文矩阵的分块乘法，最终实现对明文数据的加密；在解密过程中，根据对合矩阵的性质，通过密文矩阵与密钥矩阵的乘积，再取模获得。

主权项

一种云存储系统中可并行计算的文件加密解密方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一：生成加密矩阵中的子密钥矩阵记密钥矩阵K的阶数为N，N为2的整数次幂，则密钥矩阵共有N²个元素，将该密钥矩阵分为4块：K₁₁,K₁₂,K₂₁,K₂₂，其中每个矩阵的阶数都是N/2的方阵，$K={\left[\begin{array}{cc}{K}_{11}& K_{12}\\ K_{21}& K_{22}\end{array}\right]}_{N\×N}---\left(1\right)$先计算子密钥矩阵K₂₂中的元素x_ij,1≤i,j≤N/2，具体方法为在整数区间(0,127)中取随机数作为矩阵的元素x_ij，即有：$\≤x_{\mathrm{ij}}\≤127(1\≤i,j\≤\frac{N}{2})---\left(2\right)$步骤二：计算密钥矩阵K通过对子密钥矩阵K₂₂的运算可以生成密钥矩阵为K，计算方法如下：$\begin{array}{c}{K}_{11}=-K_{22}\mathrm{mod}127\\ K_{12}=(I+K_{22})\×2\mathrm{mod}127\\ K_{21}=(I+K_{11})\×\frac{1}{2}\mathrm{mod}127\end{array}---\left(3\right)$其中I为阶数为N/2的单位矩阵，K₁₁是子矩阵经过模逆运算得到的，模逆运算具体方法如下：y_ij＝127‑x_ij％127,其中$x_{\mathrm{ij}}\∈K_{22},y_{\mathrm{ij}}\∈K_{11},1\≤i,j\≤\frac{N}{2}---\left(4\right)$K₁₂是先求单位矩阵与K₂₂的和，然后对矩阵和进行取模运算得到；K₂₁是先求单位矩阵与K₁₁的和，然后对矩阵和进行模除运算得到，运算具体方法如下：其中$x_{\mathrm{ij}}\∈K_{11}+I{z}_{\mathrm{ij}}\∈K_{21},1\≤i,j\≤\frac{N}{2}---\left(5\right)$通过计算可以分别计算出密钥矩阵的每一块子矩阵中每一个元素的值，将四个子矩阵组合起来即可得到密钥矩阵K；步骤三：对加密数据文件进行分块对要加密的源数据文件进行矩阵分块，使每一块能够独立与密钥矩阵进行加密运算，保证加密过程的并行性，将要加密的数据文件排为维数为M×N的矩阵P，若明文的长度不是N的整数倍，则以0元素填充，将待加密的数据文件以对应的ASCII码读入明文矩阵P；步骤四：对数据文件进行加密对明文进行加密，加密方法为：C＝PKmodm        (6)即明文矩阵乘以密钥矩阵，在对其中各个元素进行m取模运算，最终得到密文矩阵C；步骤五：对密文矩阵进行解密对生成的密文矩阵可以通过与密钥矩阵的计算获得明文矩阵，由于密钥矩阵是对和矩阵，即K＝K^‑1，则我们有：C＝PKCK^‑1＝PKK^‑1        (7)CK^‑1＝P即，明文矩阵P为：P＝CKmodm         (8)通过密文矩阵与密钥矩阵进行乘积，再取m模运算，由于密文为矩阵结构，每一块能独立与密钥矩阵进行乘法计算，以保证解密过程的并行性。