基于混沌映射進(jìn)行數(shù)據(jù)加密的安全電子郵件系統(tǒng)研究

李小明

（河南廣播電視大學(xué)，河南 鄭州 450046）

0 引 言

隨著網(wǎng)絡(luò)信息中電子郵件傳輸規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電子郵件的安全性受到人們的關(guān)注，需要對(duì)電子郵件進(jìn)行安全加密設(shè)計(jì)，構(gòu)建安全電子郵件系統(tǒng)，采用加密方法進(jìn)行安全電子郵件的加密設(shè)計(jì)，構(gòu)造安全電子郵件加密的密鑰協(xié)議，采用多重加密和量化編碼的方法進(jìn)行安全電子郵件系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。對(duì)安全電子郵件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建立在對(duì)加密算法設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，本文提出混沌映射加密算法，構(gòu)建基于混沌映射加密算法的安全電子郵件系統(tǒng)，采用混沌映射方法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密中的信息傳輸協(xié)議控制設(shè)計(jì)，采用公鑰編碼配置的方法建立安全電子郵件系統(tǒng)編碼和信息融合模型，結(jié)合加密密鑰和解密密鑰的構(gòu)造[2]，實(shí)現(xiàn)安全電子郵件系統(tǒng)傳輸?shù)幕煦缬成浼用埽詈筮M(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析，展示了本文方法在提高安全電子郵件加密性能方面的優(yōu)越性能。

1 電子郵件加密密鑰協(xié)議構(gòu)造

1.1 電子郵件信息傳輸協(xié)議控制

為了實(shí)現(xiàn)安全電子郵件系統(tǒng)加密，首先需要構(gòu)建安全電子郵件的數(shù)據(jù)加密密鑰協(xié)議，采用混沌映射方法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密過程中的信息傳輸協(xié)議控制設(shè)計(jì)[3]，采用公鑰加密技術(shù)進(jìn)行安全電子郵件的訪問控制，在有限域中構(gòu)建安全電子郵件加密的長消息的加密密文協(xié)議，得到密文傳輸協(xié)議為Decrypt(sk,c?)A-1=T=(t i,j)mi,j=1，使用公鑰加密技術(shù)進(jìn)行電子郵件系統(tǒng)的加密傳輸控制[4]，構(gòu)造系統(tǒng)主密鑰，得到安全電子郵件安全加密的動(dòng)態(tài)密鑰為：

采用異構(gòu)簽密算法對(duì)安全電子郵件中的未加密數(shù)據(jù)進(jìn)行授權(quán)加密，建立電子郵件加密的異構(gòu)簽密方案[5]，構(gòu)建安全電子郵件的結(jié)構(gòu)化分析模型，得到安全電子郵件的代理重加密密鑰協(xié)議：

考慮到參數(shù)的隨機(jī)性，輸入安全參數(shù)k、對(duì)稱密鑰K，進(jìn)行安全電子郵件系統(tǒng)加密密鑰重置，得到密鑰長度為n，根據(jù)接收者的私鑰SB進(jìn)行安全電子郵件傳輸數(shù)據(jù)信息算術(shù)編碼，輸入全部子密鑰進(jìn)行密鑰重構(gòu)，得到電子郵件的密鑰擴(kuò)展序列X=x1,x2,…,x n，采用一組二元離散型隨機(jī)變量進(jìn)行密文搜索，生成長度為的位向量，得到安全電子郵件的加密密文序列為S n=x1+x2+…+x n，使用代理重簽的方法進(jìn)行數(shù)字標(biāo)簽結(jié)構(gòu)分析，得到電子郵件傳輸數(shù)據(jù)的密鑰構(gòu)造為：

采用關(guān)鍵字加密算法進(jìn)行安全電子郵件的隨機(jī)線性處理[6]，構(gòu)建安全電子郵件的公鑰加密明文序列為：

采用混沌映射方法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密過程中的信息傳輸協(xié)議控制設(shè)計(jì)，建立安全電子郵件的混沌映射加密控制協(xié)議[7]，得到安全電子郵件的混沌特征分布值e=h(m)，采用模糊統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行安全電子郵件的量化編碼，得到雙線性編碼方程為：

由此構(gòu)建安全電子郵件安全傳輸?shù)拿芪膮f(xié)議，結(jié)合私鑰詢問模式[7]進(jìn)行安全電子郵件加密的密文傳輸控制，得到密鑰擴(kuò)展模型如圖1所示。

圖1 安全電子郵件加密的密鑰擴(kuò)展模型

根據(jù)圖1所示的密鑰擴(kuò)展模型進(jìn)行電子郵件信息傳輸協(xié)議控制，以提高安全電子郵件加密的可靠性。

1.2 電子郵件混沌映射加密的密鑰設(shè)計(jì)

在上述進(jìn)行電子郵件信息傳輸協(xié)議控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)行電子郵件的混沌映射加密的密鑰設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)的密文分布[8]進(jìn)行電子郵件混沌映射加密，輸入系統(tǒng)參數(shù)，得到安全電子郵件加密的分布式重構(gòu)函數(shù)P?value為：

若解簽密的密鑰統(tǒng)計(jì)量P?value≥0.01，隨機(jī)選取混沌密鑰參數(shù)，當(dāng)滿足KS∈{0,1}，表示為一個(gè)1位的編碼映射，通過相關(guān)列表檢索的方法，得到安全電子郵件加密的線性編碼分布函數(shù)：

式中：I表示安全電子郵件發(fā)送方的私鑰，設(shè)定初始值I=[0,1]，輸入密碼體制分布向量v∈Zμ×μ，計(jì)算安全電子郵件傳輸數(shù)據(jù)信息加密的公鑰pk=私 鑰，得到安全電子郵件安全傳輸?shù)墓€加密協(xié)議為：

式中：P i(i=1,2,…,n)表示安全電子郵件的密文分布概率區(qū)間，采用量化編碼的方法構(gòu)造公鑰協(xié)議，采用密鑰構(gòu)造模式[9]得到安全電子郵件加密傳輸?shù)男畔㈧兀瑵M足：

式中j=rmod 128，結(jié)合鏈路層密鑰重組的方法，對(duì)f(x)取反函數(shù)，得到安全電子郵件加密傳輸?shù)囊莆缓瘮?shù)為：

采用密文序列重排的方法[10]，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全電子郵件的密鑰構(gòu)造，如圖2所示。

圖2 電子郵件混沌映射加密的密鑰構(gòu)造設(shè)計(jì)

2 電子郵件的混沌映射加密算法優(yōu)化

2.1 電子郵件系統(tǒng)編碼

在上述構(gòu)建安全電子郵件的數(shù)據(jù)加密密鑰協(xié)議，并采用混沌映射方法進(jìn)行數(shù)據(jù)加密過程中的信息傳輸協(xié)議控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行安全電子郵件系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，本文提出基于混沌映射加密算法的安全電子郵件系統(tǒng)。采用公鑰編碼配置方法進(jìn)行安全電子郵件系統(tǒng)編碼和信息融合處理[11]，構(gòu)建安全電子郵件安全加密的隨機(jī)線性比特序列流模型為根據(jù)公鑰機(jī)制選擇安全電子郵件傳輸數(shù)據(jù)信息，得到對(duì)稱加密密鑰為：

根據(jù)公鑰協(xié)議建立安全電子郵件加密的傳輸控制模型，得到電子郵件加密的適應(yīng)性函數(shù)為：

通過參數(shù)密鑰構(gòu)造協(xié)議，以p為約束參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全電子郵件安全傳輸中的加密傳輸控制，構(gòu)造隨機(jī)量化編碼模型[12]進(jìn)行密鑰構(gòu)造，得到統(tǒng)計(jì)信息特征量為I(x i)=-logp i，信息熵為：

構(gòu)建電子郵件傳輸?shù)碾S機(jī)編碼模型，得到電子郵件穩(wěn)態(tài)加密的密鑰特征滿足，且：

計(jì)算鏈路層中的電子郵件動(dòng)態(tài)密鑰特征分布集，進(jìn)行安全電子郵件動(dòng)態(tài)對(duì)稱密鑰設(shè)計(jì)[13]，構(gòu)建橢圓重加密鑰特征量rkij，通過KeyGen( 1λ)產(chǎn)生密鑰對(duì)（sk,pk），令得到電子郵件系統(tǒng)編碼輸出為：

令電子郵件加密的詢問密文為t i=H1(IDi,upki)，得：

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，構(gòu)建電子郵件系統(tǒng)編碼模型，根據(jù)系統(tǒng)編碼方案進(jìn)行安全電子優(yōu)化的混沌映射加密[14]。

2.2 郵件混沌映射加密系統(tǒng)

在Logistics混沌映射體系下進(jìn)行安全電子郵件傳輸數(shù)據(jù)信息防篡改加密設(shè)計(jì)，Logistic混沌映射為：

通過向量量化編碼的方法，得到安全電子郵件加密的雙線性映射擴(kuò)展序列加密密鑰的分段混沌映射序列為：

式中：S n∈S,n=1,2,…,N，根據(jù)密鑰構(gòu)造方法，進(jìn)行電子郵件傳輸?shù)幕煦缬成浼用苊荑€x=(x1,x2,…,x m)T∈GF(2n)m，通過密鑰映射，得到安全電子郵件安全傳輸?shù)慕饷苊荑€構(gòu)造為：

在有限域進(jìn)行混沌編碼設(shè)計(jì)[15]，得到解密密鑰為：RkeyGen(param,rskIDi,IDi,IDj)，安全電子郵件的碼元組合序列為x1x2x3…x r，采用Logistic映射迭代方式，得到安全電子郵件的第N個(gè)加密的傳輸公鑰k i,l i∈Z*q，安全電子郵件加密的密鑰rkij，令同態(tài)公鑰t0=H1(g,g1,g2,g3,h)，得到安全電子郵件加密的算術(shù)編碼協(xié)議如下：

綜上實(shí)現(xiàn)了混沌映射加密的加密和解密密鑰設(shè)計(jì)，根據(jù)密鑰構(gòu)造實(shí)現(xiàn)電子郵件傳輸?shù)幕煦缬成浼用軆?yōu)化。

3 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

通過仿真測試驗(yàn)證本文方法在實(shí)現(xiàn)安全電子郵件加密中的應(yīng)用性能，實(shí)驗(yàn)采用Matlab設(shè)計(jì)，電子郵件碼元比特序列傳輸?shù)膸挒閷?duì)安全電子郵件信息采樣的頻率為24 MHz，電子郵件加密的公鑰尺寸為1.24 MB，電子郵件信息傳輸?shù)淖畲蟛蓸宇l率為12 kHz，對(duì)電子郵件加密的碼元序列為：

1010101001010010100100010100110010010101001010 0101011101001001010010100101010010100010100101 000001111111011111100100010010100100111

相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

根據(jù)上述參數(shù)設(shè)定進(jìn)行電子郵件加密，得到加密前的數(shù)據(jù)如圖3所示。

采用本文方法進(jìn)行安全電子郵件系統(tǒng)加密，得到加密輸出如圖4所示。

圖3 加密前數(shù)據(jù)

圖4 加密輸出

分析圖4得知，采用本文方法進(jìn)行電子郵件加密的安全加密性能較好。測試不同方法進(jìn)行電子郵件加密的抗攻擊能力，得到對(duì)比結(jié)果如表2所示，分析表2得知，采用本文方法進(jìn)行電子郵件加密的抗攻擊能力較強(qiáng)。

表2 電子郵件加密的抗攻擊強(qiáng)度測試 dB

4 結(jié) 語

本文提出基于混沌映射加密算法的安全電子郵件系統(tǒng)。采用公鑰加密技術(shù)進(jìn)行安全電子郵件的訪問控制，并建立電子郵件加密的異構(gòu)簽密方案，通過安全電子郵件的結(jié)構(gòu)化分析模型及安全電子郵件的混沌映射加密控制協(xié)議，構(gòu)建電子郵件系統(tǒng)編碼模型，通過向量量化編碼的方法，得到安全電子郵件加密的雙線性映射擴(kuò)展序列。在Logistic混沌映射體系下實(shí)現(xiàn)安全電子郵件傳輸數(shù)據(jù)信息防篡改加密設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)混沌映射加密的加密和解密密鑰設(shè)計(jì)，根據(jù)密鑰構(gòu)造實(shí)現(xiàn)電子郵件傳輸?shù)幕煦缬成浼用軆?yōu)化。研究得知，本文方法進(jìn)行電子郵件加密的抗攻擊能力較強(qiáng)，加密可靠性較好。