专利名称：一种分组加密及解密算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分组加密及解密算法，属于数字防伪和信息安全技术领域。
背景技术：
密码技术是研究加密和解密变换的一门科学技术。一般将待加密保护的文件称为明文，将加密变换后的文件称为密文。把明文变换成密文的过程叫加密，将密文变换成明文的过程称为解密。明文与密文的相互变换是可逆的，并且只存在唯一的、无误差的可逆变换。对明文进行加密时所用的变换规则叫加密算法，对密文进行解密时所用的变换规则叫解密算法，加密算法和解密算法统称为密码算法。通常，加密算法和解密算法都是在密钥的控制下进行，用以增加变换的多样性。加密算法所用密钥(加密密钥)与解密算法所用密钥(解密密钥)相同的密码算法，称为单密钥密码算法。加密密钥与解密密钥不同的密码算法，称为双密钥密码算法。
单密钥密码算法可分为序列密码算法和分组密码算法。对明文按字符(如比特)逐位地加密的密码算法为序列密码算法，对明文进行分组(含有多个字符)，逐组地进行加密的密码算法为分组密码算法。
目前分组加密算法都是按照二进制，逐比特地进行加密的。如1977年美国公布推行的美国数据加密标准(DES)，1990年中国和欧洲学者共同发表的国际数据加密算法(IDEA)，2000年美国推出的用于取代DES的高级加密标准(AES)等。
二进制的分组加密算法，来源于并服务于信息表示与处理的最小单元二进制位(比特位)的计算机及现代数字通信技术。为了信息变换的方便起见，分组密码算法内部都是分为左右(A、B)两部分，以A部分的变换结果来模二加B部分，再用B部分的变换结果模二加A部分，如此循环迭代达到加密保护信息的目的。所以分组长度必须是最小单元的2倍，不满2倍时，填充信息使其达到2倍。最小单元为二进制位既符合计算机处理和数字通信的需要，又以最小填充信息量，达到最高填充效率。
但是一些特殊场合，如10进制数显示的票据数字序列(明文)，当其用二进制分组加密算法加密后，加密结果再变换成10进制的数字序列(密文)，此时的10进制密文数字序列长度比明文要长。如果通过电话拨号将密文传入验证中心进行验证时，密文长度变长使得拨打电话的时间和操作量增加。例如电话电码防伪，通常用二进制加密算法对明码加密后，其结果(防伪码及密文)比明码(明文)长，消费者拨打电话防伪码查询商品的真伪时，同样增加了时间和操作量。
发明内容
为了解决信息安全技术领域中现有的加密算法技术对10进制数加密后密文比明文长，使用如电话等手段进行密文验证时，增加了密文输入的时间和操作量的问题，本发明提供了一种分组加密与解密算法。该分组加密算法完成对10进制数字序列的加密。当明文10进制数字序列为分组长度时，或分组长度等于明文10进制数字序列长度，加密结果的长度等于分组的长度，采用相应的解密算法对密文进行解密。
为实现上述目的，本密码算法的输入明文和密钥为10进制数，算法内的各个函数以10进制数字为基本运算单元，模运算以模10加、模10减，或模100加、模100减为基本运算，这样的处理使得本算法与已出现的各种分组密码算法不同。
本发明的密码算法包括加密算法和解密算法。加密算法和解密算法的步骤基本相同。
本发明一方面涉及一种分组加密算法，对明文进行加密，生成加密的密文，该分组加密算法包括步骤如下1)对明文P进行分组运算；2)加密循环迭代计算；3)位置变换并输出密文，其中2)加密循环迭代计算又包括a、数字扩展运算；b、密钥与变量的混合运算；c、非线性变换运算；d、信息掩盖运算；e、再赋值运算；f、分组加密算法的密钥一次循环右移运算，明文P为一组10进制数字P1、P2、……、Pi、……、Pm，0≤i≤m，且数字Pi取下列a、b的一种值域，
a、0≤Pi≤9b、0≤Pi≤99密钥K为一组10进制数字K1、K2、……、Ki、……、Km，0≤i≤m，且数字Ki取Pi的值域，算法内的各个函数以10进制数字为基本运算单元，其中b、密钥与变量的混合运算中的模运算为模10加运算或模100加运算，d、信息掩盖运算中的模运算为模10加运算或模100加运算，生成一组加密的10进制密文。
本发明另一方面涉及一种分组解密算法，对密文进行解密，生成解密的明文，该分组解密算法包括步骤如下1)对密文C进行分组运算；2)解密循环迭代计算；3)位置变换并输出明文，其中2)解密循环迭代计算包括a、数字扩展运算；b、密钥与变量的混合运算；c、非线性变换运算；d、信息掩盖运算；e、再赋值运算；f、密钥一次循环左移运算，输入密文C为一组10进制数字C1、C2、……、Ci、……、Cm，0≤i≤m，且数字Ci只能取下列a、b的一种值域，a、0≤Ci≤9b、0≤Ci≤99密钥K为一组10进制数字K1、K2、……、Ki、……、Km，0≤i≤m，且数字Ki取Pi的值域，算法内的各个函数以10进制数字为基本运算单元，其中b、密钥与变量的混合运算中的模运算为模10加运算或模100加运算，d、信息掩盖运算中的模运算为模10减运算或模100减运算，生成一组解密的10进制明文。
有益效果采用本方法在信息安全技术领域中对10进制数加密后密文数字序列长度和明文一样长，使用如电话等手段进行密文验证时，减少了密文确认输入的时间和操作量，并采用相应的解密算法进行解密。
图1是为本发明的加解密算法示意图；图2是为本发明的加密算法数学模型示意图；图3是为本发明的解密算法数学模型示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定，本发明的密码算法包括加密算法和解密算法。加密算法和解密算法的结构基本相同。
现有技术中对10进制数显示的票据数字序列(明文)加密都是先将10进制数转换成2进制数，之后用二进制加密算法加密后，加密结果再变换成10进制的数字序列(密文)，此时的10进制密文数字序列长度比明文要长，如果通过电话拨号将密文传入验证中心进行验证时，密文长度变长使得拨打电话的时间和操作量增加，如图1所示，而本发明的算法内的各个函数以10进制数字为基本运算单元，模运算直接采用模10加或模100加运算的加密算法，可解决10进制密文数字序列长度比明文要长的问题，解密时相应步骤的模运算采用模10减或模100减运算。
实施例1在信息安全技术领域中，10进制数显示的票据数字序列(明文)这里设为P，对该明文的分组加密算法的具体运算过程如图2所示，包括对明文P进行分组运算、加密循环迭代计算、位置变换与输出密文等，加密循环迭代计算包含6个子运算过程，分别是数字扩展运算、密钥与变量的混合运算、非线性变换运算、信息掩盖运算、再赋值运算和密钥一次循环右移运算，以上运算过程都是现有技术，不同的是在本实施例中明文P为一组10进制数字P1、P2、……、Pi、……、Pm，0≤i≤m，且数字Pi取下列a、b的一种值域，a、0≤Pi≤9b、0≤Pi≤99密钥K为一组10进制数字K1、K2、……、Ki、……、Km，0≤i≤m，且数字Ki取Pi的值域，算法内的各个函数以10进制数字为基本运算单元，子运算密钥与变量的混合运算中的模运算为模10加运算或模100加运算，子运算信息掩盖运算中的模运算为模10加运算或模100加运算。
该加密算法的数学描述具体为1)对明文P进行分组运算将明文P分为两个长度相等的部分前半部分和后半部分，前半部分是P1、P2、……、Pi、……、Ps，后半部分是Ps+1、Ps+2、……、Pj……、Pm，m等于2S；若m不是偶数，则在明文中增加一个Pi或增加一个Pj，使得m成为偶数，S的2倍数。
2)加密循环迭代计算该加密循环迭代计算包含一组运算过程，循环迭代次数可以设定，在一次循环迭代中，其输入是上次循环计算的结果，设第e次循环计算的输入是Xe，密钥是Ke，输出是Ze，它们的分量分别是X1e、X2e、……、Xme，K1e、K2e、……、Kme，Z1e、Z2e、……、Zse，0≤e≤n，首次循环计算的输入X1为明文P，X11、X21、……、Xm1分别等于P1、P2、……、Pm，加密算法首次循环计算的密钥K1为密钥K，K11、K21、……、Ki1、……、Km1分别等于K1、K2、……、Km；加密循环迭代计算包括的运算过程a、数字扩展运算将Xs+1e、Xs+2e、……Xme共S个变量扩展为S对变量，运算规则是设共有S对Xue、Xwe变量，u和w分别取值S+1、S+2、…、m各1次，且要求在一组变量中，Xue≠Xwe;]]>b、密钥与变量的混合运算密钥与Xue和Xwe按下列(1)、(2)式进行的模运算为模10加(或模100加)运算，Gue=Xue⊕Khe---(1)]]>Que=Xwe⊕Kwe---(2)]]>其中若0≤Pi≤9，则“”具体表示按模10加进行运算；0≤Pi≤99，则“”具体表示按模100加运算，h取值1、2、……、S各1次，u、w取值S+1、S+2、……、m各1次；以下各变量的值域同Pi，下标h、u、w的取值要求、“”的计算方法同本子过程，c、非线性变换运算设存在函数fh，该子运算按下列(3)式进行运算，Yue=fh(Gue,Que),---(3)]]>d、信息掩盖运算按下列(4)式进行的模运算为模10加(或模100加)运算，Zhe=Xhe⊕Yue---(4)]]>e、再赋值运算按下列(5)、(6)式进行；Xhe+1=Xue,---(5)]]>
Xue+1=Zhe---(6)]]>f、密钥一次循环右移运算按下列(7)、(8)式进行；Ki+1e+1=Kie,i=1,,······,m-1---(7)]]>K1e+1=Kme---(8)]]>3)位置变换与输出密文循环迭代计算完成后，其结果的前后两部分位置交换后，赋值给密文C，加密计算结束，亦即当循环迭代计算完成n次后，得到m个Xin+1，将这m个Xin+1的前后两部分交换，进行(9)、(10)式运算。
Ch=Xue+1,---(9)]]>Cu=Xhe+1---(10)]]>采用本方法在对10进制数加密后密文数字序列长度和明文一样长，如明文数字序列长度为9，采用本方法加密后的密文数字序列长度也为9，消费者拨打电话防伪码即密文查询商品的真伪时，只需拨打9位10进制数字即可，而采用现有技术则密文数字序列长度为11，采用本方法减少了消费者时间和操作量。
实施例2本实施例是相应实施例1中输出的密文进行解密运算，解密算法的具体运算过程如图3所示，包括对密文C进行分组运算、解密循环迭代计算、位置变换与输出明文等，解密循环迭代计算包含6个子运算过程，分别是数字扩展运算、密钥与变量的混合运算、非线性变换运算、信息掩盖运算、再赋值和密钥一次循环左移运算，以上运算过程都是与实施例1加密算法相对应，解密算法的输入密文C为一组10进制数字C1、C2、……、Ci、……、Cm，0≤i≤m，且数字Ci只能取下列a、b的一种值域，a、0≤Ci≤9b、0≤Ci≤99解密算法的密钥K为一组10进制数字K1、K2、……、Ki、……、Km，0≤i≤m，且数字Ki取Pi的值域，，算法内的各个函数以10进制数字为基本运算单元，子运算b、密钥与变量进行的混合运算中的模运算为模10加运算或模100加运算，子运算d、使用信息掩盖运算中的模运算为模10减运算或模100减运算。
该解密算法的数学描述具体为1)对密文C进行分组运算将密文C分为两个长度相等的部分前半部分和后半部分，前半部分是C1、C2、……、Ci、……、Cs，后半部分是Cs+1、Cs+2、……、Ci、……、Cm，m等于2S；2)解密循环迭代计算该解密循环迭代计算包含一组运算过程，循环迭代次数可以设定，在一次循环迭代中，其输入是上次循环计算的结果，设第e次循环计算的输入是Xe，密钥是Ke，输出是Ze，它们的分量分别是X1e、X2e、……、Xme，K1e、K2e、……、Kme，Z1e、Z2e、……、Zse，0≤e≤n，首次循环计算的输入X1为密文C，X11、X21、……、Xm1分别等于C1、C2、……、Cm，首次循环计算的密钥K1为密钥K的n次循环右移，即K1为加密算法的Kn；解密循环迭代计算包括的运算过程a、数字扩展运算将Xs+1e、Xs+2e、……Xme共S个变量扩展为S对变量，运算规则是设共有S对Xue、Xwe变量，u和w分别取值S+1、S+2、…、m各1次，且要求在一组变量中，Xue≠Xwe;]]>b、密钥与变量的混合运算密钥与Xue和Xwe按下列(11)、(12)式进行的模运算为模10加(或模100加)运算；Gue=Xue⊕Khe---(11)]]>Que=Xwe⊕Kwe---(12)]]>c、非线性变换运算使用加密算法的函数fh，该子运算按下列(13)式进行运算；Yue=fh(Gue,Que),---(13)]]>d、信息掩盖运算该子运算的模运算为模10减或模100减运算，按下列(14)式进行运算， 其中若0≤Ci≤9，则“”具体表示按模10减进行运算；0≤Ci≤99，则“，，具体表示按模100减进行运算；e、再赋值运算该子运算按下列(15)、(16)式进行；Xhe+1=Xue,---(15)]]>Xue+1=Zhe---(16)]]>f、密钥一次循环左移运算该子运算按下列(17)、(18)式进行循环左移；Kie+1=Ki+1e,i=1,,······,m-1---(17)]]>Kme+1=K1e---(18)]]>3)位置变换与输出明文循环迭代计算完成后，其结果的前后两部分位置交换后，赋值给明文P，解密计算结束，亦即当循环迭代计算完成n次后，得到m个Xin+1，将这m个Xin+1的前后两部分交换，进行(19)、(20)运算。
Ph=Xue+1,---(19)]]>Pu=Xhe+1---(20)]]>验证中心的计算机采用本方法对实施例1中消费者输入的防伪码即密文进行解密。
下面是整个加密解密算法的源代码//生成或验证防伪码的常数(开始)const bcs＝289342928；//防伪码变换的基码bs1array
of byte＝(101，21，93，235，86，206，125，85)；const la0array
of byte＝((9，3，8，0，5，4，7，2，1，6)，(2，6，1，3，8，7，0，5，4，9)，(4，8，3，5，0，9，2，7，6，1)，(5，9，4，6，1，0，3，8，7，2)，(8，2，7，9，4，3，6，1，0，5)，(6，0，5，7，2，1，4，9，8，3)，(3，7，2，4，9，8，1，6，5，0)，(1，5，0，2，7，6，9，4，3，8)，(0，4，9，1，6，5，8，3，2，7)，(7，1，6，8，3，2，5，0，9，4))；la1array
of byte＝((2，5，4，3，7，1，8，9，0，6)，(3，6，5，4，8，2，9，0，1，7)，(4，7，6，5，9，3，0，1，2，8)，(9，2，1，0，4，8，5，6，7，3)，(1，4，3，2，6，0，7，8，9，5)，(8，1，0，9，3，7，4，5，6，2)，(5，8，7，6，0，4，1，2，3，9)，(0，3，2，1，5，9，6，7，8，4)，(6，9，8，7，1，5，2，3，4，0)，(7，0，9，8，2，6，3，4，5，1))；
la2array
of byte＝((8，0，9，4，7，6，3，5，1，2)，(1，3，2，7，0，9，6，8，4，5)，(5，7，6，1，4，3，0，2，8，9)，(3，5，4，9，2，1，8，0，6，7)，(9，1，0，5，8，7，4，6，2，3)，(4，6，5，0，3，2，9，1，7，8)，(7，9，8，3，6，5，2，4，0，1)，(2，4，3，8，1，0，7，9，5，6)，(6，8，7，2，5，4，1，3，9，0)，(0，2，1，6，9，8，5，7，3，4))；la3array
of byte＝((5，8，2，6，3，4，9，1，0，7)，(0，3，7，1，8，9，4，6，5，2)，(9，2，6，0，7，8，3，5，4，1)，(1，4，8，2，9，0，5，7，6，3)，(4，7，1，5，2，3，8，0，9，6)，(8，1，5，9，6，7，2，4，3，0)，(7，0，4，8，5，6，1，3，2，9)，(2，5，9，3，0，1，6，8，7，4)，(3，6，0，4，1，2，7，9，8，5)，(6，9，3，7，4，5，0，2，1，8))；la4array
of byte＝((6，2，8，9，5，1，0，3，7，4)，(3，9，5，6，2，8，7，0，4，1)，(7，3，9，0，6，2，1，4，8，5)，(0，6，2，3，9，5，4，7，1，8)，(5，1，7，8，4，0，9，2，6，3)，(9，5，1，2，8，4，3，6，0，7)，(4，0，6，7，3，9，8，1，5，2)，
(1，7，3，4，0，6，5，8，2，9)，(2，8，4，5，1，7，6，9，3，0)，(8，4，0，1，7，3，2，5，9，6))；cv1＝4；//分组长度的一半，从0开始记cv21＝2*cv1+1；//分组长度，从0开始记ksarray
of byte＝(0，1，2，3，4，5，6，7，8，9)；cvarray
of byte＝((7，9)，(5，8)，(9，5)，(6，7)，(8，6))；lps＝6；//varzs，zt，k，kkt，C，Parray
of byte；sssinteger；procedure encrypt；vari，lp，t1，t2，Xu，Xw，Gu，Quinteger；X，Yu，Zh；array
of byte；begin//加密与全码变换for i＝0 to cv21 do X[i]＝zs[i]；//zs保存10进制加密数据for lp＝0 to lps dobeginfor i＝0 to cv1 do//循环取5个拉丁表begin//取控制向量，查拉丁表t1＝cv[i，0]；t2＝cv[i，1]；Xu＝X[t1]；Xw＝X[t2]；
//密钥与变量混合Gu＝(Xu+k[i])mod 10；//模10加Qu＝(Xw+k[i+cv1+1])mod 10；case i of0Yu[i]＝la0[Gu，Qu]；1Yu[i]＝la1[Gu，Qu]；2Yu[i]＝la2[Gu，Qu]；3Yu[i]＝la3[Gu，Qu]；4Yu[i]＝la4[Gu，Qu]；end；Zh[i]＝(Yu[i]+X[i])mod 10；//模10加end；for i＝0 to cv1 do X[i]＝X[i+cv1+1]；for i＝0 to cv1 do X[i+cv1+1]＝Zh[i]；//左移密钥for i＝0 to(cv21-1)do kkt[i+1]＝k[i]；kkt＝k[cv21]；for i＝0 to(cv21)do k[i]＝kkt[i]；end；//交换for i＝0 to cv1 do C[i]＝X[cv1+1+i]；for i＝0 to cv1 do C[cv1+1+i]＝X[i]；end；procedure dencrypt；vari，lp，t1，t2，Xu，Xw，Gu，Quinteger；X，Yu，Zharray
of byte；begin//解密
for i＝0 to cv21 do X[i]＝C[i]；//C保存10进制密文for lp＝0 to lps dobegin//右移密钥for i＝1 to(cv21)do kkt[i-1]＝k[i]；kkt[cv21]＝k
；for i＝0 to(cv21)do k[i]＝kkt[i]；for i＝0 to cv1 dobegin//取控制向量，查拉丁表t1＝cv[i，0]；t2＝cv[i，1]；Xu＝X[t1]；Xw＝X[t2]；Gu＝(Xu+k[i])mod 10；//模10加Qu＝(Xw+k[i+cv1+1])mod 10；case i of0Yu[i]＝la0[Gu，Qu]；1Yu[i]＝la1[Gu，Qu]；2Yu[i]＝la2[Gu，Qu]；3Yu[i]＝la3[Gu，Qu]；4Yu[i]＝la4[Gu，Qu]；end；if X[i]＞＝Yu[i]then Zh[i]＝X[i]-Yu[i]else Zh[i]＝10+X[i]-Yu[i]；//模10减end；for i＝0 to cv1 do X[i]＝X[i+cv1+1]；for i＝0 to cv1 do X[i+cv1+1]＝Zh[i]；end；for i＝0 to cv1 do P[i]＝X[cv1+1+i]；
for i＝0 to cv1 do P[cv1+1+i]＝X[i]；//P保存10进制解密结果end；上面，已经参照各附图，对本发明的几个典型的实施例进行了详细描述，以便使本发明变得更清楚，而不应认为本发明仅仅限于上述的实施例。本领域的技术人员，通过上述各实施例的启迪，不难对本发明做出各种改进、改变或替换，因而这些改进、改变或替换，不应认为已脱离了本发明的构思，或权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种分组加密算法，对明文进行加密，生成加密的密文，所述分组加密算法包括步骤如下1)对明文P进行分组运算；2)加密循环迭代计算；3)位置变换与输出密文；所述步骤2)加密循环迭代计算包括a、数字扩展运算；b、密钥与变量的混合运算；c、非线性变换运算；d、信息掩盖运算；e、再赋值运算；f、密钥一次循环右移运算；其特征在于，所述明文P为一组10进制数字P1、P2、……、Pi、……、Pm，0≤i≤m，且数字Pi取下列a、b的一种值域，a、0≤Pi≤9b、0≤Pi≤99密钥K为一组10进制数字K1、K2、……、Ki、……、Km，0≤i≤m，且数字Ki取Pi的值域，算法内的各个函数以10进制数字为基本运算单元；所述密钥与变量的混合运算中的模运算为模10加运算或模100加运算，所述信息掩盖运算中的模运算为模10加运算或模100加运算，生成一组加密的10进制密文。
2.一种分组解密算法，对密文进行解密，生成解密的明文，所述分组解密算法包括步骤如下1)对密文C进行分组运算；2)解密循环迭代计算；3)位置变换与输出明文；所述步骤2)解密循环迭代计算包括a、数字扩展运算；b、密钥与变量的混合运算；c、非线性变换运算；d、信息掩盖运算；e、再赋值运算；f、密钥一次循环左移运算；其特征在于，所述输入密文C为一组10进制数字C1、C2、……、Ci、……、Cm，0≤i≤m，且数字Ci只能取下列a、b的一种值域，a、0≤Ci≤9b、0≤Ci≤99密钥K为一组10进制数字K1、K2、……、Ki、……、Km，0≤i≤m，且数字Ki取Pi的值域，算法内的各个函数以10进制数字为基本运算单元，所述密钥与变量的混合运算中的模运算为模10加运算或模100加运算，所述信息掩盖运算中的模运算为模10减运算或模100减运算，生成一组解密的10进制明文。
全文摘要
本发明涉及一种分组加密、解密算法，采用现有技术加密时，10进制密文数字序列长度比明文要长，一些特殊场合，如消费拨打电话防伪码查询商品的真伪时输入密文的操作量较大，本发明提供的算法中明文、密文和密钥为10进制数，算法内的各个函数以10进制数字为基本运算单元，通过加密时采用模10加，解密时采用模10减的方法，这样得到的10进制密文数字序列长度和明文一样长，使用如电话等手段进行密文验证时，减少了密文输入的时间和操作量的问题。
文档编号H04L9/18GK1878059SQ20061009023
公开日2006年12月13日 申请日期2006年7月7日 优先权日2006年7月7日
发明者叶季青 申请人:北京财富投资有限公司