专利名称：单钥公开密码体制的制作方法
技术领域：
本发明涉及密码学技术领域，特别是一种单钥公开密码体制。
背景技术：
现代密码体制可分为双钥体制与单钥体制两大类。双钥密码的特点是加密和解密使用不同的密钥，解密密钥是保密的，加密密钥可公开传播而不会危及密码体制的安全性，双钥加密算法最大的缺点是运算速度较慢；大部分双钥体制的安全性可归结为大整数素分解问题的难解性、有限域上离散对数问题的难解 性和椭圆曲线上离散对数问题的难解性等三大类型。典型的双钥算法有RSA、EIGamal和Menezes-Vanstone 等。单钥密码的特点是无论加密还是解密都使用同一个密钥，因此，该密码体制的安全性完全取决于密钥的安全性，如果密钥泄露，则此密码系统便被攻破。典型的单钥算法有DES、AES 和 IDEA 等。单钥密码的优点是运算速度快，但由于通信双方均使用相同的密钥对信息(数据)进行加密和解密，所以为了确保安全，通信双方必须使用另外的安全信道来分发密钥，常用的方法是用专门的信使(或安全信道)来传送密钥；在计算机网络环境下，人们一方面使用网络的公共信道传送加密文件，一方面又需要另外的安全信道分发密钥，这本身就显得矛盾，且代价相当昂贵。另外，在单钥体制中，通信双方每次用单钥加密算法进行信息传送时，都需要使用其他用户不知道的惟一密钥，这会使得通信双方所拥有的密钥数量成几何级数增长，从而带来大量密钥的产生、存储和分配等难以解决的问题。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服以上现有技术存在的缺陷，提供一种新型的单钥公开密码体制，与传统单钥密码体制相比，它的密钥可公开；与传统双钥密码体制相比，它的加密与解密密钥相同，因而兼顾了这两种加密体制的特点。为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是该单钥公开密码体制是选取高斯-马尔科夫过程来产生随机序列集合R = {rjk = 1,2, ···, η ;n <°° },加密与解密算法采用“一次一密”的置换密码。发送方首先选择一个序列号k,然后从R = {rk|k = 1,2,中提取与明文序列m = Hi1Ivms等长的置乱密钥F ,进行加密运算得密文c = msort(r);最后将k和c从公开信道传送给接收方；接收方根据序列号k，从R = {rk|k = 1，2，…，η ;n <°o }中提取置乱密钥F，进行解密运算得明文Hl =
Csort (sort (r)) 具体按以下步骤(I)高斯-马尔科夫随机序列集合的生成
高斯-马尔科夫随机序列可由递推公式Xi = P Xp1+Oi产生，式中COi是一个零均值、独立和同分布的(白色)高斯型随机变量，P是确定Xi和Xp1之间相关程度的一个参数，= pE(xf_t) = ρσ\_χ，O 2 是方差；任选一组P、X(^nt，可生成一个高斯-马尔科夫随机序列X1V Xt，令其等于Γι ；同理可得！^,;^, ···,由此构成高斯-马尔科夫随机序列集合R = {rk|k = 1,2, ···, η ；η<°° };(2)加密与解密算法任选某一随机序列rk e R,从rk中提取与明文m = Hi1Ivms e M等长的一段7=x'x2-xs，做为对明文m进行加密与解密运算的置乱密钥；加密算法1g =，g是将F中元素从小到大排序后的下标向量，则密文c = mg e C，mg表示明文m中的元素根据g进行置换运算； 解密算法/= sort(sort(r))，则明文 m = cf。本发明单钥公开加密体制的优点a、只要选取不同的序列号k，便可做到“一次一密”加密，由香农信息论知，这种密码在理论上是不可破译的；b、k和c可同时从公开信道发送，即使非法用户截获了 k和C，在不知道置乱密钥F的情况下仍然不能恢复出明文m。
图I是本发明单钥公开密码体制的原理图；图2是原始图像的加密与解密结果图。
具体实施例方式本发明的单钥公开加密体制由以下五部分组成a.明文空间M :全体明文的集合；b.密文空间C :全体密文的集合；c.密钥空间R :全体密钥的集合(本发明利用通信双方共同拥有的保密的随机序列集合R = {rk|k = 1,2, ···, η ;n <°° }来构成密钥空间)；d.加密算法E 由密钥控制的加密变换的集合；e.解密算法D 由密钥控制的解密变换的集合。进行保密通信时，发送方从保密的集合R中任选第k个随机序列rk做为通信双方的密钥，进行加密运算得密文^ = AtO )，然后将k和c 一起从公开信道传送给接收方，接收方根据k从R中提取密钥rk，进行解密运算得明文〃 =At(为。由于加密和解密运算只与rk有关，与k无关，所以k可公开，从而得到一种新型的单钥公开密码体制，其原理如图I所示。在本发明中，k只指明通信双方所选取的随机序列rk的序列号，其加密与解密信息完全隐藏于保密的rk中，与k无直接关系，故k可随同密文c 一起从公开信道传送；因此非法用户(攻击者)如果不知rk，即使截获了 c和k，也难以破译得到明文m。该体制的安全性完全取决于随机序列rk的随机性、复杂性、难以分析性和无法预测性。本发明单钥公开密码体制的实施方法
假设发送方要将一幅大小为256X256的保密的原始图像(如图2(a)所示)通过公开信道传送给接收方。一、发送方进行如下操作Step I、任选 P =OJjtl = O-SRAxi= P Xh+ω i，生成随机序列;T1 e R ;Step2、将原始图像转换为明文序列m = In1Ivm6553f^Wr1中提取与明文序列m等长的置乱密钥F= WA5536，进行加密运算得加密结果c = msort(r)(如图2(b)所示)；Setp3、通过公开信道将k = I和密文c传送给接收方。二、接送方进行如下操作St印I、根据k = 1，从R中提取与密文序列c等长的置乱密钥F = AYi65536，进行解密运算得m' Csort (sort (r)) St印2、将V转换为256X256的图像格式得解密结果(如图2(c)所示)。由如图2可知，解密结果(C)已还原为原始图像(a)。
权利要求
1.一种单钥公开密码体制，其特征是发送方首先选择一个序列号k，然后从R= IrkIk= 1,2, ···, η ；n <°° }中提取与明文序列m = IH1Ivms等长的置乱密钥F，进行加密运算得密文c = msort(r);最后将k和c从公开信道传送给接收方； 接收方根据序列号k，从R= {rk|k= 1，2，…，n;n<c }中提取置乱密钥F ,进行解密运算得明文m = Csort (sort (r))具体按以下步骤 (1)高斯-马尔科夫随机序列集合的生成 高斯-马尔科夫随机序列可由递推公式Xi = PXi-^oi产生，式中0^是一个零均值、独立和同分布的(白色)高斯型随机变量，P是确定Xi和Xg之间相关程度的一个参数，即EXw1 ) == Pcr^1，σ 2 是方差； 任选一组P、X(^Pt，可生成一个高斯-马尔科夫随机序列XlXf· Xt，令其等于Γι ;同理可得r2,r3, ···,由此构成高斯-马尔科夫随机序列集合R = {rk|k = 1,2, *··,η ；η <°° }； (2)加密与解密算法 任选某一随机序列rk e R,从rk中提取与明文m = In1Iii2…ms e M等长的一段F= X1X2…Xs，做为对明文m进行加密与解密运算的置乱密钥； 加密算法·？ =是将F中元素从小到大排序后的下标向量，则密文C = mge C，mg表示明文m中的元素根据g进行置换运算； 解密算法/ = sort{sort{￥))，则明文 m = Cf。
全文摘要
一种单钥公开密码体制，是发送方首先选择一个序列号k，然后从R＝{rk|k＝1，2，…，n；n＜∞}中提取与明文序列m＝m1m2…ms等长的置乱密钥进行加密运算得密文c＝msort(r)；最后将k和c从公开信道传送给接收方；接收方根据序列号k，从R＝{rk|k＝1，2，…，n；n＜∞}中提取置乱密钥进行解密运算得明文m＝csort(sort(r))；该密码体制解决了传统单钥体制中大量密钥产生、存储和分配的难题。与传统单钥密码体制相比，它的密钥可公开；与传统双钥密码体制相比，它的加密与解密密钥相同，因而兼顾了这两种加密体制的特点；其最大的优点是易于实现理论上不可破译的“一次一密”加密。本发明可广泛应用于各个机要部门，以及政治、经济、文化和社会各领域(包括电子政务、电子商务在内的各相关领域)，为国民经济的发展服务，因而具有广阔的市场应用前景。
文档编号H04L9/30GK102811122SQ20111015170
公开日2012年12月5日 申请日期2011年6月2日 优先权日2011年6月2日
发明者邹阿金, 谢仕义, 刘勇华 申请人:广东海洋大学