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        基于Chen-Mobius算法的信息加密系統(tǒng)的設(shè)計

        2017-07-01 15:46:03施志榮漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系福建漳州363000
        長春師范大學(xué)學(xué)報 2017年6期
        關(guān)鍵詞:文本信息系統(tǒng)

        施志榮(漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系,福建漳州 363000)

        基于Chen-Mobius算法的信息加密系統(tǒng)的設(shè)計

        施志榮
        (漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子工程系,福建漳州 363000)

        本文從網(wǎng)絡(luò)安全及應(yīng)用的可行性出發(fā),基于Chen-Mobius變換理論,在LabVIEW平臺開發(fā)了一套新型的信息加密系統(tǒng),給出對文本信息進行加密的效果,并對其性能進行分析。

        Chen-Mobius變換;LabVIEW;信息加密系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)傳輸

        隨著計算機技術(shù)高速發(fā)展及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用日益普及,計算機網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為政府部門、教育機構(gòu)和金融機構(gòu)等諸多領(lǐng)域重要信息的交換手段,網(wǎng)絡(luò)上流通的信息量也呈幾何級數(shù)增加。然而,利用網(wǎng)絡(luò)進行信息交換還存在著諸多不安全因素,比如信息被竊聽、篡改和偽造等。因此,數(shù)據(jù)加密是確保計算機網(wǎng)絡(luò)安全的重要機制。本文利用LabVIEW平臺開發(fā)了一套基于Chen-Mobius算法的信息加密系統(tǒng)。

        1 Mobius加密算法及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        1.1 Mobius變換

        在數(shù)論中,Mobius函數(shù)[1-3]定義為:

        (1)

        對于定義在(-∞,+∞)上的兩個函數(shù)G(x)和g(x),有

        (2)

        通過Chen-Mobius變換,可以求出了sin(ωt)按該周期信號展開的逆變換式:

        (3)

        那么,對任意奇函數(shù)Q(t),也就可以將其展開為該周期信號的疊加。

        (4)

        令mn=k,就有

        (5)

        其中,

        (6)

        1.2 信息加密系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)

        信息加密系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)主要是文本信息,實現(xiàn)文本信息的加密可以用多種不同的方法,本系統(tǒng)驗證的方法是利用通信系統(tǒng)里面的鍵控原理,即利用字符的ASCII碼產(chǎn)生一組包含文本信息的數(shù)組,并將該數(shù)組加載在Chen-Mobius加密函數(shù)上。

        加密系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu):在服務(wù)器端,用戶利用Chen-Mobius加密函數(shù)對重要數(shù)據(jù)進行加密形成密文,然后通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸;在客戶端,利用Chen-Mobius解密函數(shù)對接收到的加密信息進行解密,還原出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。文本信息在密碼學(xué)里面被稱為明文,加載加密函數(shù)的信息為密文,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸就是密文。整個系統(tǒng)框圖如圖1所示。

        圖1 文本信息加密的原理圖

        2 基于LabVIEW平臺的信息加密系統(tǒng)的實現(xiàn)

        2.1 LabVIEW平臺

        LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。它是建立在Windows Server 2008/2012 R2(64位)、Windows 10/8.1/8/7 SP1(32位和64位)基礎(chǔ)上的圖形化儀器開發(fā)系統(tǒng)(也可以用于Mao OS,Sun,HP-UX等)。與傳統(tǒng)文本編程語言相比,用LabVIEW編程易學(xué)易懂、省時省力,可以節(jié)省大量系統(tǒng)開發(fā)時間,即使對于沒有文本編程語言基礎(chǔ)的非軟件工程師來說,也可以很快學(xué)習、掌握并應(yīng)用LabVIEW來開發(fā)虛擬儀器。

        采用LabVIEW作為信息加密系統(tǒng)的開發(fā)平臺,是因為圖形化編程環(huán)境LabVIEW滿足建立靈活的可擴展式應(yīng)用系統(tǒng)的要求,同時滿足以最小成本、最快速地開發(fā)系統(tǒng)的需求。利用LabVIEW簡單易用的GUI控件,可以完全按照使用者的需求進行界面設(shè)計。LabVIEW支持多任務(wù),同時對外設(shè)有C語言接口,選用LabVIEW開發(fā)還可以提高程序的可靠性。

        2.2 文本信息的數(shù)據(jù)加密

        信息加密系統(tǒng)處理的對象主要是文本信息。實現(xiàn)文本信息的加密可以用多種不同的方法,本系統(tǒng)驗證的方法是利用通信系統(tǒng)里面的鍵控原理,即利用字符的ASCII碼產(chǎn)生一組包含文本信息的數(shù)組,并將該數(shù)組加載在Chen-Mobius加密函數(shù)上實現(xiàn)信息加密。加密函數(shù)由Chen-Mobius變換計算得出,其部分程序代碼如圖2所示。

        圖2 加密程序部分代碼

        根據(jù)前面板的輸入可以得到加密函數(shù)的密鑰頻率、加密階數(shù)、密鑰類型。文本信息經(jīng)過字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換函數(shù)可得到一個數(shù)組,根據(jù)該數(shù)組的長度可計算求得加密函數(shù)的采樣點數(shù)。加密函數(shù)的采樣頻率可由密鑰頻率乘上加密階數(shù)后再乘以常數(shù)計算求得。最后,將包含文本ASCII碼信息的數(shù)組加載在加密函數(shù)上就實現(xiàn)了字符信息的數(shù)據(jù)加密。

        2.3 密文數(shù)據(jù)的解密

        解密函數(shù)也是由Chen-Mobius變換的計算方法得出,其部分程序代碼如圖3所示。

        圖3 解密程序部分代碼

        在客戶端,接收到的密文經(jīng)過一個數(shù)組大小函數(shù)就可以計算出解密函數(shù)的采樣點數(shù),根據(jù)采樣點數(shù)和前面板定好的鑰頻率、加密階數(shù)可計算求得解密函數(shù)的采樣頻率。將加密信息加載在解密函數(shù)上并經(jīng)過低通濾波器濾波之后,便可以獲得文本解密后的波形。

        3 運行結(jié)果

        加密系統(tǒng)的運行結(jié)果如圖4和圖5所示。

        圖4 服務(wù)器端前面板

        圖5 客戶端前面板

        4 與其它加密算法比較

        (1)DES算法:DES是一種對稱密碼算法。除了密鑰輸入順序之外,其加密和解密的步驟完全相同,容易標準化。但由于時間久遠,目前黑客已經(jīng)可以在短時間內(nèi)成功地將其破解。而Chen-Mobius加密算法還沒有標準化,屬于比較新的領(lǐng)域,它的破解還需一段時間。

        (2)RSA算法:在非對稱密碼系統(tǒng)中,最常用的就是RSA算法。這種算法的保密性非常好,因此在國際上得到了廣泛的應(yīng)用。其缺點是由于RSA涉及高次冪運算,所以實現(xiàn)速度比較慢。

        (3)Chen-Mobius算法:Chen-Mobius加密屬于非對稱密鑰密碼系統(tǒng),加密和解密的函數(shù)是相互正交的函數(shù)族,兩個函數(shù)族滿足千變?nèi)f化的不同函數(shù)變化,因此加密系統(tǒng)有很高的保密性;Chen-Mobius算法沒有涉及到高次冪運算,即使采用普通計算機,系統(tǒng)也可以實現(xiàn)實時傳輸。

        5 結(jié)語

        本文把Chen-Mobius算法應(yīng)用于信息加密,并利用LabVIEW軟件平臺以及結(jié)合PC機的網(wǎng)絡(luò)端口,開發(fā)了一套保密性很高且實際可行、可隨機加密的系統(tǒng)。整個加密理論和系統(tǒng)說明了Chen-Mobius函數(shù)是一個保密性很高且易于實現(xiàn)和應(yīng)用的加密函數(shù)。

        [1]Chen Nan-xian.Modified mobius inverse formula and its applications in physics[J].Phys Rev Lett,1990, 64(11):1193-1195.

        [2]John M.Mobius and problems of inversion[J].Nature,1990,344(29):377.

        [3]Wei,Yi-chuan,Chen Nan-xian.Square wave analysis[J].Math Phys,1998,39(8):4226-4245.

        [4]蘇武潯,陳方,魏滕雄.Chen-Mobius四路載波數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真[J].華僑大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2007,28(3):246-251.

        [5]蘇武潯,魏騰雄.一種信息加密與唯一識別的全新方法——Chen-Mobius變換的一種新應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2008(18):20-21,23.

        [6]魏騰雄,孫桂杰,蘇武潯.一種新型的文本信息加密與識別系統(tǒng)——Chen-Mobius變換的一種新應(yīng)用[J].福州大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2008,36(3):347-353.

        [7]陳錫輝,張銀鴻.LabVIEW 8.2程序設(shè)計從入門到精通[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:2-7.

        [8]LabVIEW(2013)中文版虛擬儀器從入門到精通[M].北京:機械工業(yè)出版社,2014.

        Design of Information Encryption System Based on Chen-Mobius Algorithm

        SHI Zhi-rong

        (Electronic Department,Zhangzhou Institute of Technology,Zhangzhou Fujian 363000,China)

        As far as the network safety and application feasibility are concerned, this paper develops a new information encryption system on LabVIEW platform based on the Chen-Mobius transformation theory,shows the encrypted result of text information and analyzes its functions.

        Chen-Mobius transformation;LabVIEW;information encryption system;network transmission

        2016-11-03

        漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院2015年校級科研項目“基于RS-485網(wǎng)絡(luò)的智能實驗室信息管理系統(tǒng)的開發(fā)”(ZZY1511)。

        施志榮(1980- ),男,講師,碩士研究生,從事通信技術(shù)與人工智能技術(shù)研究。

        TP309

        A

        2095-7602(2017)06-0043-05

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