高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法仿真

方友志，張云鳳

(重慶師范大學(xué)涉外商貿(mào)學(xué)院，重慶 401520)

1 引言

人們對高速網(wǎng)絡(luò)中存在的多段支持度數(shù)據(jù)安全的關(guān)注度不斷增高，使多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法成為目前研究的熱點。秘密通信是密碼學(xué)的重要研究內(nèi)容，即通過秘密的變換對傳輸信息進行處理，避免信息被第三者竊取[1]。通信安全保密問題在現(xiàn)在社會中被應(yīng)用在外交、政治和軍事等領(lǐng)域中。信息具有共享性，社會會受到信息擴散的影響，使信息安全的保護問題成為目前亟需解決的問題[2-3]。計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進了密碼學(xué)的進步，私人部門和公共部門數(shù)量的不斷增多，多段支持度數(shù)據(jù)的數(shù)量也隨之增多，因此防止多段支持度數(shù)據(jù)被修改、刪除和泄露等是必須重視的問題[4]。當(dāng)前多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法存在加密效率低和數(shù)據(jù)安全性差的問題，需要對多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法進行研究。

文獻(xiàn)[5]提出基于R-LWE的數(shù)據(jù)自動加密算法，該算法通過R-LWE算法對多段支持度數(shù)據(jù)進行首次加密，根據(jù)密文映射空間區(qū)域中單位比特明文對應(yīng)的重量化對其進行再編碼，將多比特隱藏信息嵌入密文中，完成數(shù)據(jù)的自動加密，該算法將多比特隱藏信息嵌入密文時所用的時間較長，存在加密效率低的問題。文獻(xiàn)[6]提出基于安全信道的數(shù)據(jù)自動加密算法，該算法對信道進行分解，獲得非安全和安全信道集合，通過安全信道發(fā)送的信息加密多段支持度數(shù)據(jù)，并對加密后的數(shù)據(jù)做編碼處理，實現(xiàn)多段支持度數(shù)據(jù)的加密，該算法加密后的多段支持度數(shù)據(jù)的安全指標(biāo)較低，存在數(shù)據(jù)安全性差的問題。文獻(xiàn)[7]提出基于社會網(wǎng)絡(luò)特性的數(shù)據(jù)自動加密算法，該算法將登陸用戶的關(guān)注數(shù)、創(chuàng)建時間和ID當(dāng)作加密函數(shù)的參數(shù)與初始值，結(jié)合Tent映射和Logistic映射混沌系統(tǒng)進行交互式運算，獲得密鑰序列，通過密鑰序列實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動加密，該算法創(chuàng)建加密函數(shù)所用的時間較長，導(dǎo)致數(shù)據(jù)加密的時間較長，存在加密效率低的問題。為了解決上述方法中存在的問題，提出高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法。

2 數(shù)據(jù)去噪算法

高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法通過DHA去噪方法去除多段支持度數(shù)據(jù)中存在的噪聲，消除噪聲對多段支持度數(shù)據(jù)加密造成的影響，減少多段支持度數(shù)據(jù)自動加密所用的時間，提高高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法的加密效率。

DHA算法測試節(jié)點密度，每個節(jié)點在決策網(wǎng)絡(luò)初始化時將含有節(jié)點ID的信息包廣播給高速網(wǎng)絡(luò)中周圍的鄰居，并接收鄰居傳送的信息包，根據(jù)信息包中存在的節(jié)點ID信息，每個節(jié)點對高速網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點初始時的鄰居數(shù)目d進行計算，其表達(dá)式為

(1)

式中，i代表的是當(dāng)前節(jié)點；e代表的是誤差；C代表的是置信度；ρL代表的是最少鄰居節(jié)點總數(shù)。當(dāng)最少鄰居節(jié)點總數(shù)ρL大于節(jié)點i的鄰居節(jié)點數(shù)時，不通過鄰居節(jié)點進行測試，多段支持度數(shù)據(jù)的置信度通過本地多次采樣進行提高[8]。

當(dāng)最少鄰居節(jié)點總數(shù)ρL小于等于節(jié)點i的鄰居節(jié)點數(shù)時，為了降低接收鄰居節(jié)點信息消耗的能量，高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法對鄰居節(jié)點進行抽樣處理，節(jié)點i將消息包傳送給鄰居，根據(jù)接收到的信息包鄰居節(jié)點生成一個隨機數(shù)r，在區(qū)間(0，1)內(nèi)取值，設(shè)N(i)代表的是滿足誤差范圍的節(jié)點i的集合，其表達(dá)式如下

(2)

(3)

(4)

式中，wi，t代表的是權(quán)值，其計算公式如下

(5)

而參數(shù)h可通過下式計算得到

h=wi，t-n+…+wi，t

(6)

(7)

式中，m表示空間維對應(yīng)的加權(quán)指數(shù)。參數(shù)bj，t的計算公式如下

(8)

(9)

3 數(shù)據(jù)自動加密算法

高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法結(jié)合橢圓曲線數(shù)字簽名算法和橢圓曲線加密算法實現(xiàn)多段支持度數(shù)據(jù)的加密。

橢圓數(shù)字簽名算法和橢圓加密算法在ECC機制中是互相獨立的，橢圓曲線數(shù)字簽名算法只能對發(fā)送報文對應(yīng)的合法性進行驗證；橢圓曲線加密算法只具有加密報文和解密報文的功能[9]。公鑰和私鑰在橢圓曲線加密算法中的功能分別是加密和解密；私鑰在橢圓曲線數(shù)字簽名算法中的主要功能是實現(xiàn)報文的數(shù)字簽名[10]。

高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法結(jié)合橢圓曲線數(shù)字簽名算法和橢圓曲線加密算法，提出橢圓曲線混合密碼算法對多段支持度數(shù)據(jù)進行加密，通過簽名算法中存在的參數(shù)值加密明文報文，由明文報文加密算法和明文報文簽名算法組成，通過數(shù)字簽名驗證算法、密文報文解密算法和數(shù)字簽名解密算法實現(xiàn)多段支持度數(shù)據(jù)的解密[11]。高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法的加密過程如下：

① 算法中存在的參數(shù)組元素包括：獲取素數(shù)域Fp中存在的橢圓曲線E(Fp)，橢圓曲線E(Fp)中存在的點P對應(yīng)的素數(shù)階n；橢圓曲線E(Fp)中嵌入的點Pm；需要發(fā)送的明文報文m以及報文發(fā)送方對應(yīng)的私鑰d1。

(10)

(11)

(12)

② 設(shè)r代表的是報文發(fā)送方對應(yīng)的簽名，其計算公式如下

r=H(x1)

(13)

式中，x1描述的是點kP對應(yīng)的x坐標(biāo)，參數(shù)k在區(qū)間[1，n-1]內(nèi)取值，描述的是報文發(fā)送方的消息密碼。

③ 設(shè)s代表的是報文發(fā)送方對應(yīng)的簽名參數(shù)，其計算公式如下

s=(k-w)modn

(14)

其中，w=[r⊕e]modn，e=H(hcert，m)。

④ 對高速網(wǎng)絡(luò)中存在的多段支持度數(shù)據(jù)進行加密時，通過下述公式對參數(shù)C1、C2、C3、C4、α、V進行計算

(15)

(16)

C3=kP

(17)

C4=kQ2

(18)

α=H(C1，C2，C3，C4)

(19)

V=kαQv1+kQv2

(20)

其中，C1、C2、C3、C4即為獲得的密文；Pm、Ps描述的是橢圓曲線中存在的點，將計算得到的密文V傳送給多段支持度數(shù)據(jù)的接收方。

⑤ 數(shù)據(jù)接收方對接收到的密文進行解密處理時，需要對密文的合法性進行驗證，根據(jù)步驟④中計算得到的α，獲得密文V的表達(dá)式

(21)

對上述公式是否成立進行判斷，如果上述公式成立，表明多段支持度數(shù)據(jù)接收方獲取的密文是合理的，接收密文；如果上述公式不成立，表明多段支持度數(shù)據(jù)接收方獲取的密文是不合理的，拒絕接收，對合法的密文進行解密[12]，通過下述公式對Pm、Ps進行計算

(22)

(23)

⑥ 利用恢復(fù)的報文m在驗證時對參數(shù)e、w、v進行計算：

e=H(hcert，m)

(24)

w=[H(f3(C3)⊕e)]modn

(25)

v=H(xsP+wP)

(26)

式中，xsP+wP描述的是點sP+wP對應(yīng)的x坐標(biāo)。

判斷下式是否成立，數(shù)字簽名在下式成立時是合法的，數(shù)字簽名在下式不成立時是不合法的

H(f3(C3))=v

(27)

式中，f3(C3)描述的是點C3對應(yīng)的x坐標(biāo)值。

通過上述過程在高速網(wǎng)絡(luò)中完成多段支持度數(shù)據(jù)的自動加密。

4 實驗結(jié)果與分析

為了驗證高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法的整體有效性，需要對高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法進行測試，本次測試在TinyOS2.0環(huán)境中完成，操作系統(tǒng)為Windows。并采用數(shù)據(jù)跟蹤測試軟件，對實驗所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行全面采集，并收集設(shè)備運行時的相關(guān)信息，包括相關(guān)變量變化、各種事件的觸發(fā)時間以及設(shè)備運行利用率等，其具體的實驗操作平臺如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)自動加密實驗平臺

在圖1中，實驗平臺可記錄實驗產(chǎn)生的信息，并將實驗信息展現(xiàn)出來，圖中服務(wù)器主要為實驗提供通信功能。在數(shù)據(jù)自動加密實驗平臺上，設(shè)置安全指標(biāo)β，在區(qū)間[0，1]內(nèi)取值，安全指標(biāo)的值越高，表明算法的加密效果越好，分別采用高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法、基于社會網(wǎng)絡(luò)特性的數(shù)據(jù)自動加密算法和基于安全信道的數(shù)據(jù)自動加密算法通過安全指標(biāo)進行測試，對比不同算法的有效性，測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同算法的安全指標(biāo)對比結(jié)果

由圖2可知，在多次實驗中所提高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法的安全指標(biāo)均在0.8以上，基于社會網(wǎng)絡(luò)特性的數(shù)據(jù)自動加密算法的安全指標(biāo)在0.6附近取值，基于安全信道的數(shù)據(jù)自動加密算法的安全指標(biāo)在0.5附近取值。對比三種算法的測試結(jié)果可知，高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法的安全指標(biāo)最高，安全指標(biāo)越高表明算法的加密效果越好，其原因是高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法結(jié)合數(shù)字簽名算法和橢圓曲線加密算法對多段支持度數(shù)據(jù)進行加密處理，提高了數(shù)據(jù)的安全性，驗證了高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法的有效性。

為了進一步驗證高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法的整體有效性，分別采用高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法、基于社會網(wǎng)絡(luò)特性的數(shù)據(jù)自動加密算法和基于安全信道的數(shù)據(jù)自動加密算法對多段支持度數(shù)據(jù)進行加密處理，對比上述算法對多段支持度數(shù)據(jù)加密所用的時間，測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同算法的加密時間對比方法

由圖3可知，采用本文高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法對多段支持度數(shù)據(jù)進行加密時，在多次實驗中所用的加密時間均在4s以內(nèi)；采用基于社會網(wǎng)絡(luò)特性的數(shù)據(jù)自動加密算法對多段支持度數(shù)據(jù)進行加密時，在多次實驗中所用的加密時間高達(dá)10s；采用基于安全信道的數(shù)據(jù)自動加密算法對多段支持度數(shù)據(jù)進行加密時，在多次實驗中所用的加密時間高達(dá)8s。對比高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法、基于社會網(wǎng)絡(luò)特性的數(shù)據(jù)自動加密算法和基于安全信道的數(shù)據(jù)自動加密算法的測試結(jié)果可知，高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法所用的加密時間最少，其原因是高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法對數(shù)據(jù)進行加密時對多段支持度數(shù)據(jù)進行了去噪處理，消除了數(shù)據(jù)加密處理過程中噪聲產(chǎn)生的干擾，縮短了加密所用的時間，提高了高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法的加密效率。

5 結(jié)束語

高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密得到越來越多的關(guān)注，社會的不斷發(fā)展，提高了人們對信息的關(guān)注度，社會開始廣泛地關(guān)注信息安全問題，在信息安全領(lǐng)域中密碼技術(shù)是核心技術(shù)之一，被廣泛地應(yīng)用在金融、軍事、商業(yè)和政治等領(lǐng)域中，越來越多的人通過密碼技術(shù)保護個人隱私，使多段支持度數(shù)據(jù)加密算法成為研究的熱點。當(dāng)前多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法存在信息安全性差和加密效率低的問題，提出高速網(wǎng)絡(luò)多段支持度數(shù)據(jù)自動加密算法，可在短時間內(nèi)有效地完成多段支持度數(shù)據(jù)的自動加密。