互聯(lián)網(wǎng)信息安全優(yōu)化加密算法設(shè)計(jì)

◆衛(wèi)祥 白宇 周永博

互聯(lián)網(wǎng)信息安全優(yōu)化加密算法設(shè)計(jì)

◆衛(wèi)祥 白宇 周永博

（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司 甘肅 730050）

隨著信息時(shí)代的到來(lái)，信息安全技術(shù)逐漸成為人們重點(diǎn)關(guān)注和研究的對(duì)象。為了保證在通信的過(guò)程中能夠增加相應(yīng)的安全性和保密性，可以利用加密算法的設(shè)計(jì)進(jìn)行改善?，F(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)信息安全優(yōu)化過(guò)程中加密算法有很多種，例如，量子加密算法和超混沌加密算法是現(xiàn)階段信息安全優(yōu)化過(guò)程中的常見(jiàn)算法類(lèi)型，針對(duì)量子加密算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠保證通過(guò)密碼學(xué)原理增加通信通道在傳輸信息過(guò)程中的安全性、秘密性及準(zhǔn)確性。而使用超混沌加密算法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)槠淇梢猿尸F(xiàn)出三維現(xiàn)象，所以在一定程度上提升了空間的復(fù)雜性，但是這也決定了在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中能夠提升其加密效能。

互聯(lián)網(wǎng)；信息安全；加密算法；設(shè)計(jì)

當(dāng)前，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，信息通信過(guò)程中的安全性和保密性越發(fā)重要，尤其是在軍事和國(guó)家機(jī)密方面，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通信保密等級(jí)的提升，能夠保障我國(guó)的國(guó)家機(jī)密及軍事機(jī)密得到更好的保護(hù)。

1 量子加密算法設(shè)計(jì)分析

目前為了保障互聯(lián)網(wǎng)信息安全能夠得到更好的優(yōu)化，可以使用量子加密算法，并且以量子密碼學(xué)作為相應(yīng)的理論基礎(chǔ)，對(duì)算法進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。量子力學(xué)的理論基礎(chǔ)是通過(guò)作出不同的假設(shè)，然后使用邏輯推理的方法對(duì)假設(shè)進(jìn)行推理和演算，確保其能夠驗(yàn)證出假設(shè)是否具備準(zhǔn)確性[1]。第1個(gè)量子力學(xué)的假設(shè)是，物理狀態(tài)為空間中的一個(gè)態(tài)勢(shì)量，并且對(duì)質(zhì)量進(jìn)行完全描述，因?yàn)樵诹孔恿W(xué)中根據(jù)概率進(jìn)行詮釋和粒子相伴的波函數(shù)平方具有一定的概率密度意義，而波函數(shù)因?yàn)樽陨聿槐硎救魏胃怕始拔锢砹?，所以，其主要表示概率的幅值在量子力學(xué)中使用概率幅值。其根本區(qū)別是能夠優(yōu)于任何一種經(jīng)典的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，波函數(shù)的物理意義是能夠準(zhǔn)確描述出系統(tǒng)測(cè)量的結(jié)果概率性的分布情況，同時(shí)還可以記錄出系統(tǒng)在制備過(guò)程中的不同信息，根據(jù)不同的態(tài)對(duì)物理性質(zhì)做出相應(yīng)的響應(yīng)。第2個(gè)量子力學(xué)的假設(shè)是在經(jīng)典的力學(xué)中每一個(gè)力學(xué)值都可以去寫(xiě)相應(yīng)的算符的本征值，在描述了一個(gè)系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)量以后，將本征值和該粒子的力學(xué)量進(jìn)行測(cè)量，保證其數(shù)值能夠相等。第3個(gè)量子力學(xué)的假設(shè)是通過(guò)演化和推算，根據(jù)時(shí)間的順序利用方程對(duì)系統(tǒng)的算符進(jìn)行演算。第4個(gè)量子力學(xué)的假設(shè)是因?yàn)闇y(cè)量力學(xué)量F的可能值譜就是算符F的本征值譜，所以可以將系統(tǒng)統(tǒng)一的規(guī)劃為一個(gè)態(tài)勢(shì)量，并且將其所描述的狀態(tài)利用力學(xué)之和算符本征值進(jìn)行描述，然后通過(guò)展開(kāi)系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。

在使用量子加密算法設(shè)計(jì)之前，要明確量子態(tài)的基本性質(zhì)，其基本性質(zhì)體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)，首先是具有量子態(tài)的疊加原理，如果將量子系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的態(tài)進(jìn)行疊加，則會(huì)形成整個(gè)系統(tǒng)的疊加態(tài)。在經(jīng)典的物理學(xué)中疊加態(tài)主要是指振幅進(jìn)行疊加，并且其可以呈現(xiàn)出線(xiàn)性的疊加趨勢(shì)，然后是量子相干性，在任何一個(gè)微觀(guān)世界中，相關(guān)性都是量子態(tài)的基本屬性，量子的相干性能夠保證在疊加的過(guò)程中可以互相干涉，進(jìn)而使量子比特，能夠攜帶更多的量子信息。其次是量子態(tài)還具有不可克隆的特性，利用量子加密算法在進(jìn)行加密設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)量子的不可克隆定理，能夠保證量子所攜帶的信息更加具備保密性和安全性，從而避免其他黑客對(duì)所攜帶的信息進(jìn)行篡改[2]。然后針對(duì)以上分析對(duì)量子加密算法進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，首先要明確量子密鑰的分發(fā)協(xié)議，主要使用了BB84協(xié)議，這種協(xié)議是現(xiàn)階段利用量子密碼學(xué)提出的第1個(gè)分發(fā)協(xié)議，也是現(xiàn)階段使用最多的協(xié)議之一，其主要包含的編碼機(jī)分別是z基和x基。通過(guò)光子的4種不同偏振態(tài)，對(duì)程序進(jìn)行相應(yīng)的編碼，其中，z基的偏振態(tài)為|00》與|900》，x線(xiàn)的偏振態(tài)為|450》與|1350》，然后將在z上的偏振光子與x線(xiàn)上的偏振光子在不同的狀態(tài)上進(jìn)行正交，可以明確兩個(gè)不同線(xiàn)上的偏振光子狀態(tài)互不相交，其編碼的規(guī)則如下所示：

BB84協(xié)議主要有兩個(gè)通信信道，第1個(gè)通信信道為經(jīng)典信道，利用這個(gè)信道接收信息和發(fā)送信息的雙方能夠?qū)⒁恍┍匾男畔⑦M(jìn)行交換，然后是量子信道，在傳輸過(guò)程中主要依據(jù)量子態(tài)進(jìn)行隨機(jī)性的信息傳輸，，并且量子信道的傳輸具有一定的隨機(jī)性。其協(xié)議的實(shí)現(xiàn)流程如下所示，第1步是利用Alice制備長(zhǎng)度為（4+δ）n的隨機(jī)密鑰串，然后同樣使用Alice，制備長(zhǎng)度為（4+δ）n的隨機(jī)輸出串b，然后對(duì)比特串的比特進(jìn)行分析，如果其數(shù)值為0，則使用z基編碼對(duì)密鑰串a(chǎn)進(jìn)行編碼，而如果比特幣的比特率為1，則應(yīng)該使用Alice，x基編碼對(duì)密鑰串a(chǎn)進(jìn)行編碼。在編碼完成以后需要通過(guò)Alice，將量子態(tài)發(fā)送給Bob，這時(shí)Bob則能隨機(jī)的選擇z基和x基，對(duì)測(cè)量出的比特串進(jìn)行發(fā)送，利用經(jīng)典信道能夠?qū)㈦S機(jī)數(shù)串b的信息傳輸給Bob。通過(guò)對(duì)Bob和Alice的編碼及測(cè)量機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比，并且將其比特值記錄下來(lái)，如果其編碼器和測(cè)量的數(shù)值不相同則丟棄掉，而如果其數(shù)值相同并且都大于2n，則應(yīng)該將數(shù)值進(jìn)行記錄并且傳輸，如果其長(zhǎng)度小于2n，仍然要重新開(kāi)始以上傳輸流程，直到其長(zhǎng)度大于2n則結(jié)束整個(gè)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)流程[3]。

在正常環(huán)境下，BB84協(xié)議具有良好的運(yùn)輸效果，但是在噪聲環(huán)境下，可能會(huì)對(duì)BB84分配協(xié)議產(chǎn)生一定的影響，由于Alice和Bob在錯(cuò)誤區(qū)分的過(guò)程中，導(dǎo)致竊聽(tīng)錯(cuò)誤，主要因?yàn)樵肼?，所以在通信的?個(gè)階段中可能會(huì)出現(xiàn)信息的傳輸錯(cuò)誤，目前帶有噪聲的BB84協(xié)議主要由無(wú)噪聲協(xié)議和4個(gè)階段組成，并且其在公共的信道上進(jìn)行傳輸。在進(jìn)行信息傳輸任務(wù)時(shí)，a和b主要是從原始的密鑰中將錯(cuò)誤的位進(jìn)行剔除，然后保證公共密鑰中的數(shù)碼串能夠保持無(wú)誤，第一步是需要通過(guò)Alice，通過(guò)公共頻道與Bob進(jìn)行公開(kāi)性的討論，然后對(duì)奇偶進(jìn)行校驗(yàn)，如果位的奇偶性出現(xiàn)了錯(cuò)誤則應(yīng)該再一次進(jìn)行比較，如果仍然出現(xiàn)錯(cuò)誤，則將最后一位進(jìn)行丟棄，然后是可以使用二分法的方式來(lái)進(jìn)行錯(cuò)誤的尋找，即將錯(cuò)誤的字塊分為兩個(gè)部分，如果兩個(gè)字塊的奇偶性校驗(yàn)一直出現(xiàn)錯(cuò)誤，則將不一致的字塊進(jìn)行丟棄，然后刪除掉錯(cuò)誤的位。因?yàn)槭褂闷媾夹ｒ?yàn)的方法只能夠發(fā)現(xiàn)奇數(shù)位上出現(xiàn)的錯(cuò)誤，所以在后期信息傳輸?shù)倪^(guò)程中，偶數(shù)位上也可能會(huì)存在小部分錯(cuò)誤，所以還需要反復(fù)執(zhí)行上一操作流程，保證重新排列后的原始密鑰能夠具有更高的準(zhǔn)確性和安全性。通過(guò)以上協(xié)議的分析和現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用，即使沒(méi)有竊聽(tīng)者，其通信的過(guò)程，也可能會(huì)存在一定的差錯(cuò)，所以為了保證密鑰能夠具有絕對(duì)安全的性質(zhì)，還應(yīng)該在合法通信的前提下將所有的差錯(cuò)進(jìn)行檢測(cè)，并且估算出Lve中的最大信息量以及泄漏的信息量。

2 超混沌加密算法設(shè)計(jì)分析與優(yōu)化

當(dāng)前超混沌加密算法也是現(xiàn)階段改善計(jì)算機(jī)信息傳輸過(guò)程中安全性的主要算法之一，在超混沌算法之前，常見(jiàn)的混沌系統(tǒng)為三維現(xiàn)象，其最為明顯的特征是主要包含了李雅普諾夫指數(shù)，因?yàn)槠溥\(yùn)行的軌跡較為固定，而且不具有相應(yīng)的穩(wěn)定性，所以，超混沌系統(tǒng)和一般混沌系統(tǒng)的區(qū)別是能夠在一定程度上改善相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，并且保證運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)局限在同一個(gè)方向上，但是因?yàn)檫@些應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也決定了，超混沌的系統(tǒng)在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中空間更為復(fù)雜，所以使用超混沌加密算法保證系統(tǒng)不會(huì)輕易被入侵者和黑客進(jìn)行破譯和篡改[4]。目前主要是用了Rossler系統(tǒng)和Lorenz系統(tǒng)對(duì)超混沌加密算法進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，公式如下所示。

加密端的方程為：

解密端的方程為：

如果保證兩個(gè)方程的參數(shù)及初始狀態(tài)值都能夠相同，則在信息傳輸?shù)倪^(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)較大的失誤，因此密文則會(huì)準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)槊魑摹?/p>

在進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，首先要在計(jì)算機(jī)頁(yè)面上打開(kāi)加密設(shè)置，然后將所有的數(shù)據(jù)設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)的加密強(qiáng)度。在加密、解密的過(guò)程中，同時(shí)還要選擇加密和解密功能，并且對(duì)加密級(jí)別的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在口令輸入完成以后，點(diǎn)擊開(kāi)始處理進(jìn)行加密操作。目前為了保證信息能夠具有更高的安全性和隱秘性，主要對(duì)音頻和視頻文件進(jìn)行加密處理，在加密處理后無(wú)法觀(guān)看或者聽(tīng)到原始的文件信息，并且文件信息主要有噪音或者亂碼取代，只有通過(guò)解密完成以后，才可以獲取原始的準(zhǔn)確信息，因此對(duì)一些相對(duì)較為重要的視頻文件或者音頻文件進(jìn)行保密時(shí)，利用超混沌加密算法具有重要的意義。

3 結(jié)語(yǔ)

由于很多互聯(lián)網(wǎng)黑客在使用竊聽(tīng)技術(shù)、篡改技術(shù)和偽造技術(shù)等對(duì)國(guó)家機(jī)密信息進(jìn)行攻擊的過(guò)程中，使我國(guó)的保密機(jī)制受到了嚴(yán)重的損害。通過(guò)設(shè)計(jì)合理的加密算法，改變傳統(tǒng)加密算法的局限性，能夠使互聯(lián)網(wǎng)的信息安全得到優(yōu)化，從而不僅為我國(guó)國(guó)家機(jī)密信息的保護(hù)奠定良好的基礎(chǔ)，還能夠保障國(guó)民在使用互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，其隱私權(quán)可以得到更好的保護(hù)。

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[2]鐘錚. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息安全中數(shù)據(jù)加密技術(shù)的探討[J]. 技術(shù)與市場(chǎng)，2019，026（003）：152.

[3]雷國(guó)雨，姜穎. 典型加密算法分析與信息安全加密體系設(shè)計(jì)[J]. 西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005（04）：26-28.

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