云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密方法研究

劉 迷

（鄭州商學院，河南 鞏義 451200）

0 引 言

針對海量通信信息的機密性問題，傳統(tǒng)的加密方法已經(jīng)無法保證信息的安全，而云計算技術(shù)的出現(xiàn)給海量通信信息加密提供了很好的解決辦法。云計算技術(shù)存在很多計算節(jié)點，可以用于海量通信信息的儲存和處理。同時，云計算技術(shù)的運行環(huán)境比較便于搭建，很多企業(yè)為了保護云端數(shù)據(jù)的隱私性，都會部署屬于自己的私有云計算平臺。然而與個人通信信息不同的是，企業(yè)的通信信息具有較高的商業(yè)價值，且對通信信息的安全性要求也非常高。因此，研究一種海量通信信息無損加密方法至關(guān)重要。

1 云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密方法設計

1.1 引入云計算技術(shù)

設計云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密方法時，首先引入云計算技術(shù)。本文將云計算應用到海量通信信息無損加密中，并對海量通信信息無損加密方法進行全面研究[1]。

云計算技術(shù)體系中物理資源層以硬件為主，也有數(shù)據(jù)庫和軟件。資源池層是對海量通信信息的集成與管理，將大量類型相同的通信信息構(gòu)成同構(gòu)資源池。管理中間層主要負責資源管理、任務調(diào)度管理、用戶管理及安全管理等云計算資源的管理，使云計算技術(shù)安全高效的運行。在云計算技術(shù)體系中，資源池層和管理中間層是技術(shù)的核心組成部分[2]。

1.2 構(gòu)建DES加密算法

DES加密算法的入口參數(shù)包括key、data及mode等3個[3]。進行加密和解密時使用的密匙是key，加密解密的數(shù)據(jù)選擇data為入口參數(shù)，DES加密算法的工作模式為mode。當運行加密模式時，通信信息按照64位分組法形成信息組，經(jīng)過初始置換，把信息組分成左右各32位長的兩個分組。再進行16輪相同的替代和置換運算，這些運算被稱為函數(shù)f。在運算過程中密匙和數(shù)據(jù)相互結(jié)合，16輪后把左右各32位長的兩個分組結(jié)合到一起，經(jīng)過末位置換，得到64位的密文。

1.3 確定通信信息DES加密算法的評價指標

本文基于云計算環(huán)境下對海量通信信息進行無損加密，構(gòu)建DES加密算法后，要確定加密算法的評價指標。

1.3.1 峰值信噪比

峰值信噪比能夠更加直觀地評價通信信息的質(zhì)量。通過計算得出，載密通信信息和載體通信信息之間的MSE相對于最大灰度值的平方的對數(shù)，得出的結(jié)果可以評價海量通信信息的質(zhì)量。計算公式為：

dB是峰值信噪比的單位。峰值信噪比的值越小，表示加密的通信信息質(zhì)量越差，加密對載體通信信息的影響就很大，失真度就越高，反之通信信息質(zhì)量就會更好。如果峰值信噪比值過于低，那么信息質(zhì)量就會非常差，但是一般峰值信噪比的值應該不小于30 dB。

1.3.2 嵌入容量或嵌入率

通信信息能夠嵌入的比特數(shù)最大值為通信信息的嵌入容量。假設一個嵌入容量為Nem，N為通信信息加密個數(shù)，那么為了得到嵌入率C將進行如下計算：

單位bpp為每個密鑰能夠嵌入的通信信息比特數(shù)的單位。嵌入率C值越小，嵌入的信息量就越小，通信信息的失真度就會隨之減小。

峰值信噪比和嵌入容量或嵌入率為通信信息加密域的DES加密算法的評價指標。

1.4 實現(xiàn)云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密

根據(jù)通信信息DES加密算法的評價指標的確定，選擇一個可以準確評價通信信息DES加密算法的指標，基于云計算技術(shù)的引入，構(gòu)建DES加密算法，實現(xiàn)云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密。

其中，構(gòu)建DES加密算法可以實現(xiàn)云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密，其云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密流程如圖1所示。

圖1 云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密流程圖

2 實例驗證

為了驗證本文設計的云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密方法的可靠性，采用傳統(tǒng)通信信息無損加密方法以及云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密方法，制定海量通信信息安全性能對比實驗。

2.1 實驗方法及步驟

為了保證本次實驗結(jié)果具有鮮明的對比性，實驗過程中，選擇同一個通信信息DES加密算法的評價指標，實驗的具體操作步驟如下。選擇20組字符數(shù)相同的通信信息，實驗開始前檢查系統(tǒng)環(huán)境是否安全穩(wěn)定；為了提高本次對比實驗的精準度，引入通信信息安全指數(shù)作為本次實驗的對比指標；將20組通信信息分為10組，分別采用傳統(tǒng)通信信息無損加密方法以及云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密方法，進行海量通信信息安全性能實驗；記錄實驗結(jié)果并繪制海量通信信息安全指數(shù)曲線。

2.2 實驗結(jié)論

根據(jù)采用不同信息無損加密方法得到的海量通信信息安全指數(shù)曲線，如圖2所示。其中，○代表云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密方法；△代表傳統(tǒng)通信信息無損加密方法。

圖2 海量通信信息安全指數(shù)曲線

由圖2可知，兩種信息無損加密方法對通信信息的安全性能有很大差別，本文設計的加密方法對于通信信息具有較高的安全性能，平均安全指數(shù)為84.98，而傳統(tǒng)通信信息無損加密方法對通信信息的安全性能明顯低于本文設計的加密方法，因此可以得出本文設計的加密方法可以完成海量通信信息無損加密工作。

3 結(jié) 論

本文提出了云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密方法研究，基于云計算技術(shù)的引入，構(gòu)建DES加密算法，再結(jié)合通信信息DES加密算法的評價指標的確定，實現(xiàn)云計算環(huán)境下海量通信信息無損加密。實驗數(shù)據(jù)表明，本文設計的加密方法比傳統(tǒng)加密方法對通信信息具有較高的安全性能。