鄒汪平

（池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息技術(shù)系，安徽 池州247000）

遺傳算法在計(jì)算機(jī)加密解密技術(shù)中的應(yīng)用

鄒汪平

（池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息技術(shù)系，安徽 池州247000）

隨著信息時代的到來，人們對信息的了解逐漸加深，信息的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣，信息的安全性也越來越受到重視，各種加密技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。文章首先介紹了遺傳算法全局尋優(yōu)和強(qiáng)收斂性的特點(diǎn)，然后將遺傳算法特點(diǎn)與加密技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的加密解密應(yīng)用。分析表明,該應(yīng)用設(shè)計(jì)具有良好的安全性和可靠性性。

加密；解密；遺傳算法；應(yīng)用

對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密， 通常要經(jīng)過 Intranet、Extranet和Internet對信息進(jìn)行安全轉(zhuǎn)換，從技術(shù)層面看，加密是指通過數(shù)學(xué)方法，把郵件或是信息設(shè)置為不可讀狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)保護(hù)數(shù)據(jù)的目標(biāo)。研發(fā)具有加密功能的計(jì)算機(jī)軟件，是軟件專員最主要的工作職責(zé)，同樣也是整個軟件研發(fā)程序中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。創(chuàng)建出一種，能從密碼圖表中尋找到最佳解的算法，這是關(guān)系到全局尋優(yōu)和收斂速率高低的重要環(huán)節(jié)，而遺傳算法的出現(xiàn)解決了這一難題。

1 問題的提出

1.1 傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)加密途徑分析

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)加密，一般會采取加密數(shù)據(jù)流的途徑，由于此途徑使用起來較方便，操作簡單，但是此途徑運(yùn)用前，所受局限性較大，只能用于了解到密文和原文的前提下，如果對其中一方面不了解，就會對破譯工作帶來困難，甚至是不可以進(jìn)行的。優(yōu)質(zhì)的傳統(tǒng)加密算法，其使用起來非但對系統(tǒng)性能不會造成影響，還會在使用過程中，將自身的優(yōu)點(diǎn)全能發(fā)揮出來。

1.2 傳統(tǒng)解密法的過程解析

以上所提到的加密算法，都是具有高效加密和破譯功能的，具體從一個例子中說明：假設(shè)要對某些數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，首先基于RSA算法在RSA公鑰的作用下加密密鑰“34567”并將其放置在所需加密數(shù)據(jù)之前配以分隔符或文件長度將其跟加密數(shù)據(jù)區(qū)分。在對稱加密算法的作用下對正文使用密鑰“34567”進(jìn)行加密后，一旦接收到密文就會通過RSA私鑰在確定加密密鑰“34567”的基礎(chǔ)上利用解密數(shù)據(jù)。這就是一個完整的傳統(tǒng)解密數(shù)據(jù)的過程。

1.3 遺傳算法出現(xiàn)的意義

密碼是整個加密解密過程中，最重要的環(huán)節(jié)之一，也是最大的突破點(diǎn)。然而理論上可行的算法，往往實(shí)際上會因?yàn)楹臅r巨大卻又不能滿足需求。因此設(shè)計(jì)既高效又科學(xué)的算法才是數(shù)據(jù)加密的首要問題，而改進(jìn)的算法必須具備強(qiáng)收斂性和全局巡游的特點(diǎn)，恰好遺傳算法(Genetic Algorithms)由于其獨(dú)有的強(qiáng)收斂性、全局尋優(yōu)以及智能搜索等多種特性能夠很好的滿足上述密碼表的生成條件，因此被廣泛應(yīng)用。

2 遺傳算法的解析

2.1 遺傳算法的理論來源

遺傳算法被認(rèn)為是唯一能高效解決優(yōu)化問題的計(jì)算方法[2]。遺傳算法是依據(jù)Morgan的基因原理、Eldridge和Gould的間斷平衡理論而建立的，并涉及到Mayr的邊緣物種理論以及Bertalanffv一般系統(tǒng)思想的并行優(yōu)化算法。這些原理和理論都是源于達(dá)爾文的自然界遺傳學(xué)，其中包含：繼承、進(jìn)化和優(yōu)勝劣汰等相關(guān)理論原理，取名為遺傳算法[3]。其本質(zhì)就是自然界中經(jīng)過自然淘汰、優(yōu)化后得到有機(jī)體的進(jìn)化機(jī)制結(jié)合同一群體間其他所有個體間進(jìn)行信息交換的搜索算法。

2.2 遺傳算法使用過程的解析

求解遺傳算法的最優(yōu)化問題的第一步就是采用二進(jìn)制編碼可行域中的點(diǎn)并從中隨機(jī)選擇一部分構(gòu)造第一代進(jìn)化點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上得到編碼適應(yīng)度較高的點(diǎn)作為一定標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)抽選編碼構(gòu)造下一代進(jìn)化點(diǎn)。這樣的生成機(jī)制中遺傳算法提供交叉和變異兩種方式對進(jìn)化點(diǎn)進(jìn)行交換，其不同之處在于前者交換隨機(jī)兩個編碼而后者是對某一隨機(jī)編碼的某一位進(jìn)行取反操作。在此機(jī)制下循環(huán)往復(fù)，不斷構(gòu)造新的編碼組。

3 遺傳算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密的應(yīng)用

3.1 密碼轉(zhuǎn)表的使用分析

在實(shí)際應(yīng)用后，人們發(fā)現(xiàn)遺傳算法也會存在過早就進(jìn)行最優(yōu)解收斂的問題，這樣就會導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)化的目標(biāo)。通常情況下，利用某一數(shù)字使其生成一個能重復(fù)制造出偽隨機(jī)的數(shù)字序列，若在此過程中會用到128個表項(xiàng)，在產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)列的同時，以隨機(jī)數(shù)序列的形式產(chǎn)生密碼轉(zhuǎn)表[5]。在密碼轉(zhuǎn)表中，有一個存有128個隨機(jī)數(shù)的矩陣，記錄每個數(shù)的初始位置并結(jié)合表中數(shù)據(jù)排序后的每個數(shù)的位置產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)序列表 （數(shù)字在0-127之間）。然后通過映射原理構(gòu)造解碼表。如果有C映射到D,則一定有D映射到C，記為D[C[N]]=N.(其中N是0-127之間任意數(shù))。然后利用循環(huán)賦值生成另外一個解碼表與之前生成的加密表對應(yīng)[6]。此時就構(gòu)造出兩個轉(zhuǎn)換表，加密解密工作順利展開。比如前一個轉(zhuǎn)換表的密文是128字節(jié)表的索引，為達(dá)到增強(qiáng)加密的作用，就可利用多余8位值作為索引字節(jié)。若該表為128*128的字符數(shù)組，則有：

Encrypt1=X[Encrypt0][value]

3.2 變量的研究

在表達(dá)式中共包含兩個變量：變量“Encrypt1”，指加密數(shù)據(jù)，其前驅(qū)就是“Encrypt0”，第一個加密數(shù)據(jù)需要一個隨機(jī)數(shù)“種子”如果使用8個字節(jié)產(chǎn)生表的索引，就要把128位的密鑰作為其初始 “種子”，待產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)表后，方可對數(shù)據(jù)加密，其中最重要的環(huán)節(jié)就是要確保加密和解密兩個過程中所用的加密值表作為索引完全一致[7]。

3.3 探討具體應(yīng)用和算法

利用遺傳法在實(shí)際的加密編碼的實(shí)現(xiàn)過程中，前提是加密的序列的隨機(jī)性必須得以保障。解密的過程均只基于加密時的隨機(jī)序列。任意字符序列都將被加密轉(zhuǎn)化為亂碼并且每個字符的加密又基于其前驅(qū)字符的密鑰而并非其字符本身，這將會有效地隱藏加密文本的實(shí)際內(nèi)容和長度。隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生可以利用各種程序設(shè)計(jì)語言中自帶的函數(shù)或者方法，當(dāng)然也可以通過自定義的方式生成隨機(jī)數(shù)。例如選用的隨機(jī)數(shù)序列值在0到表中的任意數(shù)之間，算法偽碼描述如下：

int process1(void*r1,void*r2){

long**rr1=long**r1；

long**rr2=long**r2；

if(**rr1＜**rr2)return-1；

else if(**rr1＞*rr2)

return 1；

return 0；

}

……

intw1；

long*rand1[128]，rand1[128]；

int result1[128]；

for(w1=0；w1＜128；w1++；{

rand1[w1]=rand1+w1

}

rsort1(rand1,128,size of(*rand1),process1);

for(w1=0;w1＜128;w1++){

result1[w1]=(int)(rand1[w1]-rand)；

}

……

算法中，變量result1是存儲值為0-127之間的一個有序整型數(shù)組。這個整型數(shù)組在使用隨機(jī)數(shù)種子構(gòu)造簡短密鑰的過程中非常有效。該算法在多次優(yōu)化設(shè)計(jì)下有效地降低了隨機(jī)字符出現(xiàn)的重復(fù)率，大大增加了暴力解密的時間，甚至可以實(shí)現(xiàn)在目前現(xiàn)有條件下無法解密。

綜上所述，本文研究了遺產(chǎn)算法的優(yōu)點(diǎn)：全局尋優(yōu)和強(qiáng)收斂性，還經(jīng)過分析具體的操作過程以及運(yùn)算方式，深入探討了這一計(jì)算機(jī)加密技術(shù)的應(yīng)用方法并在加密解密的過程中提高了有效性。

[1]王育欣.數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用[C]//第九屆沈陽科學(xué)學(xué)術(shù)年會論文集:經(jīng)濟(jì)管理與人文科學(xué)分冊，2012.

[2]李曉利.數(shù)據(jù)加密技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全中的應(yīng)用探討[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2011（6）：87-89.

[3]馬書月，王劍.基于自適應(yīng)遺傳算法的數(shù)字混沌加密技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2011(10)：59-60.

[4]鄭曉寧.數(shù)據(jù)加密技術(shù)[J].信息與電腦:理論版,2010(2):31-32.

[5]廉士珍.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信安全中數(shù)據(jù)加密技術(shù)的應(yīng)用分析[J].硅谷，2010（10）：66-66.

[6]徐雁萍.數(shù)據(jù)加密技術(shù)的研究[C]//中國氣象學(xué)會2008年年會第二屆研究生年會分會場論文集,2008:151-158.

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[責(zé)任編輯：桂傳友]

TP312

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1674-1104(2013)06-0051-02

2013-04-21

鄒汪平（1982-），男，安徽安慶人，池州職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息技術(shù)學(xué)講師，碩士，研究方向?yàn)樗惴ㄑ芯颗c設(shè)計(jì)。