基于轉(zhuǎn)置矩陣算法的政務(wù)公文加解密系統(tǒng)

黎甜甜

摘 要：為了防止政務(wù)公文被惡意中斷、竊取、篡改、仿造，人們要求在安全可靠的通道下傳達信息，本文提出一種基于轉(zhuǎn)置矩陣算法的加解密系統(tǒng)，利用Shamir密鑰分配機制結(jié)合特殊的矩陣轉(zhuǎn)置算法來提高信息傳輸?shù)陌踩?，以達到更高的加解密效果，提高數(shù)據(jù)的可靠性。

關(guān)鍵詞：矩陣；PKI；電子政務(wù)；加密解密

中圖分類號：TP301.6

經(jīng)濟越發(fā)展，信息技術(shù)的安全性越重要，如何利用網(wǎng)絡(luò)功能來實現(xiàn)虛擬的、全球性的數(shù)字體系進行信息數(shù)據(jù)的安全傳輸便成為了目前最緊迫又最具有現(xiàn)實意義的研究課題。政務(wù)文檔在應(yīng)用中普遍采用離線密碼加密方式、證書加密和智能電子鑰匙等技術(shù)。其中公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI（Pubic Key Infrastructure）在電子政務(wù)、網(wǎng)絡(luò)交易中是最常見的，比如政府安全保障局利用PKI建立的電子郵件收發(fā)系統(tǒng)、金融界運用PKI實現(xiàn)的網(wǎng)上證券、網(wǎng)上銀行交易業(yè)務(wù)等。但是，PKI仍然存在許多問題，它的算法本身將受到計算機的屬性和數(shù)學(xué)的快速發(fā)展等因素的限制；同時私鑰如果被黑客惡意竊取，那么發(fā)送者的身份將無法得到確認，可靠性較弱。故本文提出基于轉(zhuǎn)置矩陣的算法將有效地改進以上問題，提高計算速度，保證數(shù)據(jù)的可靠性和完整性。

1 一般的電子政務(wù)公文傳輸系統(tǒng)

通常電子公文傳輸系統(tǒng)由文件傳輸終端、電子公文交換服務(wù)器、數(shù)字簽名和密鑰管理等子系統(tǒng)構(gòu)成。用戶通過文件傳輸終端進行政務(wù)公文的發(fā)送與接收，其中對公文的加密和解密、數(shù)字簽名和認證等一系列操作都是在文件傳輸終端上來完成的；當文件到達文件服務(wù)器時，便通過電子公文交換服務(wù)器來實現(xiàn)對政務(wù)公文的中轉(zhuǎn)，完成上級與下級單位間文件的下發(fā)、同級單位之間的轉(zhuǎn)發(fā)工作；此系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶在訪問服務(wù)器上的證書賬號時，都需上傳本用戶的證書，實現(xiàn)“單一的上傳，集中的下載”的交換方式，以下載其他需要的用戶相關(guān)證書。圖1為電子政務(wù)公文傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中包含電子政務(wù)文件的在系統(tǒng)傳輸過程中的加密解密以及認證步驟（共7步）。

2 電子政務(wù)公文的加密方法

本文將電子政務(wù)公文的加密方法分為以下三個步驟：密鑰的生成、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)解密。

2.1 密鑰的生成。將所有矩陣涉及到的維數(shù)都記為n，通常在實際的應(yīng)用中，可以取n=4。一般情況下，密鑰中所包含的公鑰和私鑰可以按照以下方法獲取：隨機選擇一個1024bitRSA模數(shù)N，其中N=pq，p和q都是素數(shù)，并且|p|=|q|=512。另外隨機選擇一個n維矩陣A= ，并且矩陣A在實數(shù)域R上是可逆的，因此本文將逆矩陣記作 ，其中| |取59。再隨機選取3個n維可逆矩陣B、C、D，其中 、 、 ，使其滿足 、 、 、 ，并且條件等式為：

以上矩陣都必須是可逆矩陣，保證該加密算法所對應(yīng)的解密準確，故可以計算：

綜上可知，矩陣E、F和模數(shù)N是該算法的公鑰，則D、 以及p、q構(gòu)成了私鑰。

2.2 數(shù)據(jù)加密。將需要加密的電子政務(wù)公文M的長度記作|M|=L，同時將M劃分成若干個等長的小塊m，其中 =490，并將其記作向量 ，以此形成加密明文M，發(fā)送者可以隨機選取2n個整數(shù)，記為 ； ，此時可計算出發(fā)送者的密文為：

故： ，此時：W便為密文。

2.3 數(shù)據(jù)解密。當電子政務(wù)文件傳送到接收方時，此時接收方收到了密文W，因此接收方可計算： ，并且

故明文可得：

3 密鑰的分配

為了保證密鑰的安全性，通常情況下處理方法就是不斷地更換密鑰，但是如今電子時代這將會是一個復(fù)雜而不現(xiàn)實的問題。在本文研究的電子政務(wù)公文傳輸系統(tǒng)中，通常是以一對多的傳輸-轉(zhuǎn)發(fā)方式，因此需要多人共同管理密鑰。本文將采取Shamir方法解決密鑰的管理問題，它本身提出了關(guān)于密鑰共享的概念，提出了門限體制理論，解決了頻繁更換密鑰的問題。

利用Shamir的密鑰共享理論基礎(chǔ)，本文假設(shè)有一個含n項的多項式P（x）=α0+α1*x+α2*x2+…+αt-1*xt-1，并假定（x1，y1），（x2，y2），…，（x1，y1）是p（x）上的已知點，并且 ≠ ，i ≠ j。那么，這些已知點就可以唯一的確定p（x），并且能夠得到α0、α1、…、αt-1的值，其中多項式的系數(shù)αi就是加密密鑰，p（x）圖上能夠保證這些數(shù)據(jù)都沒有相同的坐標，因此所有數(shù)據(jù)點的集合確定對應(yīng)的密鑰。

4 性能的分析

本文前面所述可知，就公鑰和私鑰的長度而言，因為公鑰是由矩陣E、F和模數(shù)N構(gòu)成，而私鑰則由D、A-1以及p、q組成。它們分別對應(yīng)的長度約為（2n2+1）*1024比特、2n2*1024+2*512比特。但是RSA算法中，其密鑰長度從40到2048比特可變，由此可見本文的公私鑰長度都要大于RSA的密鑰長度，而密鑰越長，加密效果就更好。

本文中所選取的安全大素數(shù)跟RSA是一樣的方法，所以密鑰生成復(fù)雜度基本相同，但在本文的加解密過程中，明文跟密文的長度分別設(shè)定為490n和1024n比特，因此密文擴展為2.08：1，相比較RSA算法而言，它是一種陷門單向性置換算法，它的密文擴展為1：1，故比較本文的密文擴展程度，比RSA算法要大。綜上可見，本文所提出的方法要優(yōu)于RSA的算法。

5 結(jié)束語

本文從廣泛使用的PKI技術(shù)進行了討論分析，比較了目前電子政務(wù)公文在實際應(yīng)用中還存在的相關(guān)問題，借鑒RSA生成密鑰的復(fù)雜程度，并根據(jù)Shamir門限密鑰分割體制的優(yōu)越性，明確給出了基于矩陣算法的具體步驟。為保證傳送電子公文的保密性，在本文的算法中設(shè)計都要復(fù)雜于RSA算法，也彌補了PKI技術(shù)的一些缺陷，有效的提高了電子政務(wù)公文在傳輸過程中的效率，極大的促進電子政務(wù)公文在信息化社會的廣泛運用。

參考文獻

[1]毋夢勛.電子公文加密傳輸系統(tǒng)的技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué)，2009.

[2]史偉奇.PKI技術(shù)的應(yīng)用缺陷研究[J].中國人民公安大學(xué)學(xué)報，2007（03）.

作者單位：西南大學(xué)信息管理系，重慶 402460