◆衛(wèi)祥 白宇 周永博

互聯(lián)網(wǎng)信息安全優(yōu)化加密算法設計

◆衛(wèi)祥 白宇 周永博

（國網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司 甘肅 730050）

隨著信息時代的到來，信息安全技術逐漸成為人們重點關注和研究的對象。為了保證在通信的過程中能夠增加相應的安全性和保密性，可以利用加密算法的設計進行改善?，F(xiàn)階段互聯(lián)網(wǎng)信息安全優(yōu)化過程中加密算法有很多種，例如，量子加密算法和超混沌加密算法是現(xiàn)階段信息安全優(yōu)化過程中的常見算法類型，針對量子加密算法進行設計，能夠保證通過密碼學原理增加通信通道在傳輸信息過程中的安全性、秘密性及準確性。而使用超混沌加密算法進行設計時，因為其可以呈現(xiàn)出三維現(xiàn)象，所以在一定程度上提升了空間的復雜性，但是這也決定了在信息傳輸?shù)倪^程中能夠提升其加密效能。

互聯(lián)網(wǎng)；信息安全；加密算法；設計

當前，隨著信息技術的不斷發(fā)展，信息通信過程中的安全性和保密性越發(fā)重要，尤其是在軍事和國家機密方面，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)通信保密等級的提升，能夠保障我國的國家機密及軍事機密得到更好的保護。

1 量子加密算法設計分析

目前為了保障互聯(lián)網(wǎng)信息安全能夠得到更好的優(yōu)化，可以使用量子加密算法，并且以量子密碼學作為相應的理論基礎，對算法進行合理的設計和優(yōu)化。量子力學的理論基礎是通過作出不同的假設，然后使用邏輯推理的方法對假設進行推理和演算，確保其能夠驗證出假設是否具備準確性[1]。第1個量子力學的假設是，物理狀態(tài)為空間中的一個態(tài)勢量，并且對質(zhì)量進行完全描述，因為在量子力學中根據(jù)概率進行詮釋和粒子相伴的波函數(shù)平方具有一定的概率密度意義，而波函數(shù)因為自身不表示任何概率及物理量，所以，其主要表示概率的幅值在量子力學中使用概率幅值。其根本區(qū)別是能夠優(yōu)于任何一種經(jīng)典的傳統(tǒng)設計方法，波函數(shù)的物理意義是能夠準確描述出系統(tǒng)測量的結果概率性的分布情況，同時還可以記錄出系統(tǒng)在制備過程中的不同信息，根據(jù)不同的態(tài)對物理性質(zhì)做出相應的響應。第2個量子力學的假設是在經(jīng)典的力學中每一個力學值都可以去寫相應的算符的本征值，在描述了一個系統(tǒng)的態(tài)勢量以后，將本征值和該粒子的力學量進行測量，保證其數(shù)值能夠相等。第3個量子力學的假設是通過演化和推算，根據(jù)時間的順序利用方程對系統(tǒng)的算符進行演算。第4個量子力學的假設是因為測量力學量F的可能值譜就是算符F的本征值譜，所以可以將系統(tǒng)統(tǒng)一的規(guī)劃為一個態(tài)勢量，并且將其所描述的狀態(tài)利用力學之和算符本征值進行描述，然后通過展開系數(shù)進行相應的計算。

在使用量子加密算法設計之前，要明確量子態(tài)的基本性質(zhì)，其基本性質(zhì)體現(xiàn)在以下幾點，首先是具有量子態(tài)的疊加原理，如果將量子系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的態(tài)進行疊加，則會形成整個系統(tǒng)的疊加態(tài)。在經(jīng)典的物理學中疊加態(tài)主要是指振幅進行疊加，并且其可以呈現(xiàn)出線性的疊加趨勢，然后是量子相干性，在任何一個微觀世界中，相關性都是量子態(tài)的基本屬性，量子的相干性能夠保證在疊加的過程中可以互相干涉，進而使量子比特，能夠攜帶更多的量子信息。其次是量子態(tài)還具有不可克隆的特性，利用量子加密算法在進行加密設計的過程中，通過量子的不可克隆定理，能夠保證量子所攜帶的信息更加具備保密性和安全性，從而避免其他黑客對所攜帶的信息進行篡改[2]。然后針對以上分析對量子加密算法進行相應的設計，首先要明確量子密鑰的分發(fā)協(xié)議，主要使用了BB84協(xié)議，這種協(xié)議是現(xiàn)階段利用量子密碼學提出的第1個分發(fā)協(xié)議，也是現(xiàn)階段使用最多的協(xié)議之一，其主要包含的編碼機分別是z基和x基。通過光子的4種不同偏振態(tài)，對程序進行相應的編碼，其中，z基的偏振態(tài)為|00》與|900》，x線的偏振態(tài)為|450》與|1350》，然后將在z上的偏振光子與x線上的偏振光子在不同的狀態(tài)上進行正交，可以明確兩個不同線上的偏振光子狀態(tài)互不相交，其編碼的規(guī)則如下所示：

BB84協(xié)議主要有兩個通信信道，第1個通信信道為經(jīng)典信道，利用這個信道接收信息和發(fā)送信息的雙方能夠?qū)⒁恍┍匾男畔⑦M行交換，然后是量子信道，在傳輸過程中主要依據(jù)量子態(tài)進行隨機性的信息傳輸，，并且量子信道的傳輸具有一定的隨機性。其協(xié)議的實現(xiàn)流程如下所示，第1步是利用Alice制備長度為（4+δ）n的隨機密鑰串，然后同樣使用Alice，制備長度為（4+δ）n的隨機輸出串b，然后對比特串的比特進行分析，如果其數(shù)值為0，則使用z基編碼對密鑰串a(chǎn)進行編碼，而如果比特幣的比特率為1，則應該使用Alice，x基編碼對密鑰串a(chǎn)進行編碼。在編碼完成以后需要通過Alice，將量子態(tài)發(fā)送給Bob，這時Bob則能隨機的選擇z基和x基，對測量出的比特串進行發(fā)送，利用經(jīng)典信道能夠?qū)㈦S機數(shù)串b的信息傳輸給Bob。通過對Bob和Alice的編碼及測量機進行相應的對比，并且將其比特值記錄下來，如果其編碼器和測量的數(shù)值不相同則丟棄掉，而如果其數(shù)值相同并且都大于2n，則應該將數(shù)值進行記錄并且傳輸，如果其長度小于2n，仍然要重新開始以上傳輸流程，直到其長度大于2n則結束整個協(xié)議的實現(xiàn)流程[3]。

在正常環(huán)境下，BB84協(xié)議具有良好的運輸效果，但是在噪聲環(huán)境下，可能會對BB84分配協(xié)議產(chǎn)生一定的影響，由于Alice和Bob在錯誤區(qū)分的過程中，導致竊聽錯誤，主要因為噪聲，所以在通信的第2個階段中可能會出現(xiàn)信息的傳輸錯誤，目前帶有噪聲的BB84協(xié)議主要由無噪聲協(xié)議和4個階段組成，并且其在公共的信道上進行傳輸。在進行信息傳輸任務時，a和b主要是從原始的密鑰中將錯誤的位進行剔除，然后保證公共密鑰中的數(shù)碼串能夠保持無誤，第一步是需要通過Alice，通過公共頻道與Bob進行公開性的討論，然后對奇偶進行校驗，如果位的奇偶性出現(xiàn)了錯誤則應該再一次進行比較，如果仍然出現(xiàn)錯誤，則將最后一位進行丟棄，然后是可以使用二分法的方式來進行錯誤的尋找，即將錯誤的字塊分為兩個部分，如果兩個字塊的奇偶性校驗一直出現(xiàn)錯誤，則將不一致的字塊進行丟棄，然后刪除掉錯誤的位。因為使用奇偶校驗的方法只能夠發(fā)現(xiàn)奇數(shù)位上出現(xiàn)的錯誤，所以在后期信息傳輸?shù)倪^程中，偶數(shù)位上也可能會存在小部分錯誤，所以還需要反復執(zhí)行上一操作流程，保證重新排列后的原始密鑰能夠具有更高的準確性和安全性。通過以上協(xié)議的分析和現(xiàn)實系統(tǒng)的應用，即使沒有竊聽者，其通信的過程，也可能會存在一定的差錯，所以為了保證密鑰能夠具有絕對安全的性質(zhì)，還應該在合法通信的前提下將所有的差錯進行檢測，并且估算出Lve中的最大信息量以及泄漏的信息量。

2 超混沌加密算法設計分析與優(yōu)化

當前超混沌加密算法也是現(xiàn)階段改善計算機信息傳輸過程中安全性的主要算法之一，在超混沌算法之前，常見的混沌系統(tǒng)為三維現(xiàn)象，其最為明顯的特征是主要包含了李雅普諾夫指數(shù)，因為其運行的軌跡較為固定，而且不具有相應的穩(wěn)定性，所以，超混沌系統(tǒng)和一般混沌系統(tǒng)的區(qū)別是能夠在一定程度上改善相應的運動軌跡，并且保證運動軌跡不會局限在同一個方向上，但是因為這些應用優(yōu)勢也決定了，超混沌的系統(tǒng)在實際設計過程中空間更為復雜，所以使用超混沌加密算法保證系統(tǒng)不會輕易被入侵者和黑客進行破譯和篡改[4]。目前主要是用了Rossler系統(tǒng)和Lorenz系統(tǒng)對超混沌加密算法進行相應的設計及計算，公式如下所示。

加密端的方程為：

解密端的方程為：

如果保證兩個方程的參數(shù)及初始狀態(tài)值都能夠相同，則在信息傳輸?shù)倪^程中不會出現(xiàn)較大的失誤，因此密文則會準確地轉變?yōu)槊魑摹?/p>

在進行實踐的過程中，首先要在計算機頁面上打開加密設置，然后將所有的數(shù)據(jù)設置為標準的加密強度。在加密、解密的過程中，同時還要選擇加密和解密功能，并且對加密級別的參數(shù)進行設置，在口令輸入完成以后，點擊開始處理進行加密操作。目前為了保證信息能夠具有更高的安全性和隱秘性，主要對音頻和視頻文件進行加密處理，在加密處理后無法觀看或者聽到原始的文件信息，并且文件信息主要有噪音或者亂碼取代，只有通過解密完成以后，才可以獲取原始的準確信息，因此對一些相對較為重要的視頻文件或者音頻文件進行保密時，利用超混沌加密算法具有重要的意義。

3 結語

由于很多互聯(lián)網(wǎng)黑客在使用竊聽技術、篡改技術和偽造技術等對國家機密信息進行攻擊的過程中，使我國的保密機制受到了嚴重的損害。通過設計合理的加密算法，改變傳統(tǒng)加密算法的局限性，能夠使互聯(lián)網(wǎng)的信息安全得到優(yōu)化，從而不僅為我國國家機密信息的保護奠定良好的基礎，還能夠保障國民在使用互聯(lián)網(wǎng)時，其隱私權可以得到更好的保護。

[1]張大鵬. 計算機網(wǎng)絡信息安全優(yōu)化加密算法設計[J]. 數(shù)字通信世界，2018，160（04）：128+202.

[2]鐘錚. 計算機網(wǎng)絡信息安全中數(shù)據(jù)加密技術的探討[J]. 技術與市場，2019，026（003）：152.

[3]雷國雨，姜穎. 典型加密算法分析與信息安全加密體系設計[J]. 西南科技大學學報，2005（04）：26-28.

[4]王威. 互聯(lián)網(wǎng)信息安全管理審計系統(tǒng)中心平臺設計[D]. 吉林大學.