本发明涉及工业数据安全领域，属于xml的安全存储的方法，尤其涉及一种高效的rsa算法加密元数据文件的方法。
背景技术：
随着制造业信息化时代的到来，信息共享与数据互操作成为信息化、智能化发展的重要技术。xml作为w3c协会制定的一种结构嵌套、自描述、格式独立、与平台及应用无关的可拓展标记语言，为信息共享和数据互操作带来了极大的便利。但随着xml技术在制造业领域日渐广泛的应用，越来越多的元数据文件产生，而紧随此过程的是，信息和数据的安全越发重要，所以xml加密存储技术在制造业信息化安全方面起着重要的作用。
从现阶段的加密算法种类来说，加密算法分为对称加密算法和非对称加密算法。对称加密算法是指发送方和接收方使用相同的密钥密码，该算法的主要优点是加密和解密速度快，加密强度高，且算法公开，但其最大的缺点是实现密钥的分发困难，在存在很多用户的情况下，密钥管理复杂，而且无法完成身份认证等功能，不便于广泛的应用于制造业信息化开放的环境中。目前最著名的对称加密算法有数据加密标准des和欧洲数据加密标准idea等。非对称加密是指接收方和发送方使用不同的密码，该加密算法的优点是能适应信息化开放环境的需求，密钥管理简单，并且可方便地实现数字签名和身份认证等功能，是目前电子商务等技术的核心基础，但其缺点是算法复杂，加密数据的速度和效率较低。因此在实际应用中，通常将对称加密算法和非对称加密算法结合使用，把传统加密算法和非对称加密算法结合在一起，即运用对称加密算法来加密要传输的数据，运用非对称加密算法来对对称加密算法的密钥进行保护。例如：利用des或者idea等对称加密算法来进行大容量数据的加密，而采用rsa等非对称加密算法来传递对称加密算法所使用的密钥，通过这种方法可以有效地提高加密的效率并能简化对密钥的管理。
rsa算法是由rivest，shamir和adleman提出的一种常用的非对称加密算法，该算法的既能用于数据加密，也能用于数字签名，主要原理是通过生成两个大素数来增加因数分解的难度，从而防止窃听者破解密码。
本发明正是基于以上分析背景，通过对xml安全技术的深入研究，发明了一种改进的rsa加密方法加密元数据文件，即先用des算法加密元数据文件，再使用改进的rsa算法加密des秘钥，此发明既能保证加密文件的安全性，又能提高加解密的效率，对推动制造业信息化安全快速发展有着实际的应用价值和深远意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提高rsa算法加密元数据文件的速率，由于传统rsa加密算法需要随机生成足够大的素数来确保因式分解的难度，增加解密的难度，从而保证加密的安全性，但大整数分解运用了大量的模乘和模幂运算，这就使得运算时间变长、效率降低，而此加密方法在保证加密安全性的同时，大大提高了加密的效率。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
1.一种基于高效的rsa算法加密元数据文件的方法，其特征在于：通过随机生成n个小素数代替传统rsa算法中随机生成两个大素数，并采用类似凯撒密码的加密思想，对每个字符进行迭代加密，在此基础上，采用对称加密算法对xml文件加密，再采用改进的rsa算法对对称加密生成的秘钥加密，从而实现对元数据文件的加密，主要包括以下步骤：
a.对称加密算法des加密xml文件；
b.miller-rabin测试法来生成n个小素数；
c.改进rsa算法；
d.改进的rsa算法加密由对称加密算法加密xml文件生成地秘钥。
2.步骤a中对称加密算法des加密xml文件，des采用分块加密方式，将明文分割成64bit的块，使用56bit密钥对数据块进行加密，并对64bit的数据块进行16轮编码。
①输入64比特明文数据；
②初始置换ip；
③在秘钥控制下16轮迭代；
④交换左右32比特；
⑤初始逆置换ip-1；
⑥输出64比特密文数据。
3.步骤b中miller-rabin测试法来生成n个小素数，其生成小素数的具体步骤为：
①利用随机数发生器生成随机数；
②将随机数高低两位设置成为1，保证输出的为奇数；
③进行n次miller-rabin测试，若通过转到④，否则返回①；
miller-rabin算法的实现：
miller-rabin(n，t)
in：n和t(n为大于3的奇整数；t为大于等于1的安全参数)；
out：素数n。
1)将n-1表示成2sr(r为奇数)；
2)1≦i≦t：
2.1)选择一个随机整数a(2≦a≦n-2)；
2.2)计算y←armodn；
2.3)如果y≠1并且y≠n-1，转至下一步，否则转到3)：
2.3.1)j←1；
2.3.2)当j≦s-1并且y≠n-1循环作下面的操作，否则转到2.3.3)：
计算y←y2modn；
如果y＝1返回“合数”；
否则j←1+1；
2.3.3)如果y≠n-1则直接返回“合数”。
3)返回“素数”。
④输出小于500的素数。
4.步骤c中分别从rsa内部和外部来改进rsa算法，即用n个小素数来代替传统的rsa算法中随机生成两个大素数，再采用类似凯撒密码的加密思想，对每个字符进行迭代加密，具体表示如下：
①计算n和φ(n)，其中n＝p×q×r×……×z，φ(n)＝(p-1)(q-1)(r-1)……(z-1)，φ(n)表示n的欧拉函数；
②生成一个随机数e作为加密秘钥，e满足1<e<φ(n)，且gcd(e，φ(n))＝1；
③求解d作为解密密钥，其中d满足e×d×mod(φ(n))＝1；
④以pk＝(e，n)作为公钥，sk＝(d，n)作为私钥；
⑤对每个字符的ascii码均采用类似凯撒密码的迭代加密过程，即对每个字符的ascii码移动位数比上一个字符的ascii码移动的位数多一位，首个字符的ascii码移动的位数为随机数；
⑥对数据进行加密运算：c＝me(modn)(m表示明文，c表示密文)；
⑦对数据进行解密运算：m＝cd(modn)(m表示明文，c表示密文)。
5.步骤d中使用改进的rsa算法加密由对称加密算法加密xml文件生成地秘钥，具体加密过程参照步骤b和步骤c。
附图说明
图1为本发明的改进rsa算法流程图；
图2为本发明的des算法加密xml文件的过程图；
图3为本发明的应用改进的rsa算法加解密的流程图；
具体实施方式
本发明提出了一种高效的rsa算法加密元数据文件的方法，该方法完成了对传统的非对称加密算法rsa算法地改进，通过随机生成n个小素数代替传统rsa算法中随机生成两个大素数，并采用类似凯撒密码的加密思想，对每个字符进行迭代加密，在此基础上，采用对称加密算法对xml文件加密，再采用改进的rsa算法对对称加密生成地秘钥加密，从而完成加密元数据文件的过程。以下将参照附图并结合实例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的改进rsa算法流程图完成了从传统的rsa算法到改进的rsa算法的过程，该改进的rsa算法可以保证数据的安全性的同时提高加密效率，主要包括以下步骤：
①利用随机数发生器生成随机数，并通过miller-rabin测试法来生成n个小素数：
a.利用随机数发生器生成随机数；
b.将随机数高低两位设置成为1，保证输出的为奇数；
c.进行n次miller-rabin测试，若通过转到④，否则返回①；
miller-rabin算法的实现：
miller-rabin(n，t)
in：n和t(n为大于3的奇整数；t为大于等于1的安全参数)；
out：素数n。
1)将n-1表示成2sr(r为奇数)；
2)1≦i≦t：
2.1)选择一个随机整数a(2≦a≦n-2)；
2.2)计算y←armodn；
2.3)如果y≠1并且y≠n-1，转至下一步，否则转到3)：
2.3.1)j←1；
2.3.2)当j≦s-1并且y≠n-1循环作下面的操作，否则转到2.3.3)：
计算y←y2modn；
如果y＝1返回“合数”；
否则j←1+1；
2.3.3)如果y≠n-1则直接返回“合数”。
3)返回“素数”。
d.输出小于500的素数。
②计算n和φ(n)，其中n＝p×q×r×……×z，φ(n)＝(p-1)(q-1)(r-1)……(z-1)，φ(n)表示n的欧拉函数；
③生成一个随机数e作为加密秘钥，e满足1<e<φ(n)，且gcd(e，φ(n))＝1；
④求解d作为解密密钥，其中d满足e×d×mod(φ(n))＝1；
⑤以pk＝(e，n)作为公钥，sk＝(d，n)作为私钥；
⑥对每个字符的ascii码均采用类似凯撒密码的迭代加密过程，即对每个字符的ascii码移动位数比上一个字符的ascii码移动的位数多一位，首个字符的ascii码移动的位数为随机数；
⑦对数据进行加密运算：c＝me(modn)(m表示明文，c表示密文)；
⑧对数据进行解密运算：m＝cd(modn)(m表示明文，c表示密文)。
如图2所示，本发明的des算法加密xml文件的过程，主要包括如下步骤：
①输入64比特明文数据；
②初始置换ip；
③在秘钥控制下16轮迭代；
④交换左右32比特；
⑤初始逆置换ip-1；
⑥输出64比特密文数据。
如图3所示，应用改进的rsa算法加解密的流程如下：
①alice通过使用改进的rsa算法生成一对秘钥(公钥和私钥)；
②alice公开公钥；
③bob获得alice发布的公钥，并使用模幂运算对des算法加密xml文件生成地秘钥进行加密；
④bob将加密后的密文发送给alice；
⑤alice获得bob发来的密文，使用私钥对密文进行解密，获得明文。
根据上述具体实施方案可知，本发明通过先使用des算法加密xml文件，然后通过改进的rsa算法，即随机生成n个小素数代替传统rsa算法中随机生成两个大素数，并采用类似凯撒密码的加密思想，对每个字符进行迭代加密，有更高的安全性，并且通过降低模幂难度提高了加密的效率，更适用于工业大数据安全领域对元数据文件加密。