基于加密算法的計算機保護技術

基于加密算法的計算機保護技術

隨著信息安全秘密披露的增加，信息存儲安全在信息安全的重要方面受到了忽視。信息加密技術作為信息安全最有效的方法之一,可通過不同的加密算法來實現,而加密算法的選取直接影響信息的安全程度。數碼鎖正是針對信息存儲安全而研制的產品,他可以提高整個信息資源的安全性。1概念算法1.1省公司的加密算法IDEA是一種數據塊加密算法,加密的數據塊為64b,密鑰長度是128b。該算法在硬件和軟件上均可高速進行加解密,而且加密過程與解密過程相同,僅加密密鑰與解密密鑰不同,他設計了一系列加密輪次,每輪加密都使用從完整的加密密鑰中生成的一個子密鑰,被認為是目前世界公開的最好最安全的加密算法。雖然密碼分析者能對輪數減少的變形做一些分析工作,這么長的密鑰在今后若干年內應該是安全的。IDEA算法既用混亂又用擴散,他的設計原則是一種來自于不同代數群的混合運算,且這個代數群進行的運算,無論用硬件還是軟件都易于實現:算法輸入的64位數據被分成4個16位子分組作為第一輪的輸入,總共有8輪迭代。在每一輪中,相互間進行運算同時也與6個16位的子密鑰進行運算(每輪均不同),最后還與4個16位的子密鑰進行輸出變換,產生輸出,其中共52個16位的子密鑰參與運算。整個算法包括3部分:(1)子密鑰的產生。輸入:128b密鑰;輸出:52個16b的子密鑰。(2)加密過程。輸入:52個子密鑰和64b數據;輸出:64b數據。(3)解密過程。IDEA算法的加密過程與解密過程的子密鑰不相同,且二者是一一對應的。1.2每組的b成分配IDEA共需要52個子密鑰,每一個有16b,由128b密鑰生成。自密鑰將128b分成8組,每組16b,得到k1,k2,…,k8;將128b循環(huán)左移25位后做16b分組,得到子密鑰k9,k10,…,k16;再將這128b循環(huán)左移25位后做同樣的分組得到子密鑰k17,k18,…,k24;以此類推,直到生成所有的子密鑰。1.3迭代運算流程該算法中密鑰為128b,明文分組長度是64b。64b被分為4個16b的子塊:X1,X2,X3,X4作為第一輪的輸入,每一輪中,將4個輸入子塊與6個16b子密鑰分別做模216的加法、模216+1的乘法、異或操作,得到4個輸出作為下一輪的輸入。如此共進行8輪,最后用4個子密鑰作輸出變換。其整體結構如圖1所示。每一輪的迭代運算步驟如下:(1)X1和第1個子密鑰塊做乘法運算;(2)X2和第2個子密鑰塊做加法運算;(3)X3和第3個子密鑰塊做加法運算;(4)X4和第4個子密鑰塊做乘法運算;(5)步驟(1)和步驟(3)的結果做異或運算;(6)步驟(2)和步驟(4)的結果做異或運算;(7)步驟(5)的結果與其本身做乘法運算;(8)步驟(6)和步驟(7)的結果做加法運算;(9)步驟(8)和步驟(6)的結果做乘法運算;(10)步驟(7)和步驟(9)的結果做加法運算;(11)步驟(3)和步驟(9)的結果做異或運算;(12)步驟(2)和步驟(10)的結果做異或運算;(13)步驟(4)和步驟(10)的結果做異或運算。結果的輸出為步驟(10),步驟(11),步驟(12),步驟(13)的運算結果。第8輪結束后,最后輸出變換有四步:(1)X1和第1個子密鑰塊做乘法運算;(2)X2和第2個子密鑰塊做加法運算;(3)X3和第3個子密鑰塊做加法運算;(4)X4和第4個子密鑰塊做乘法運算。1.4加密子密鑰塊的逆或乘子法IDEA算法在硬軟件上均可高速進行加解密,其中的加解密子密鑰關系如下:其中:-Zi表示Zi模216的加法逆元,即-Zi+Zi≡0mod216,Z?1ii-1表示Zi模216+1的乘法逆元,即-ZiZi≡0mod216+1。由上表可見:解密的子密鑰塊是由加密子密鑰的加法逆或乘法逆構成的。解密密鑰可以通過查表法獲得。2文件的長度。對于第20文本編程實現的加解密思路是:先讀入要加密的文件,統計實際文件的長度,依次分塊讀出數據,從文件中讀出的最后一批數據,長度可能會等于0,所以要先判斷,若不為0定有8B以上的空間,將文件的長度存于最后8字節(jié)中,加解密完后將明文寫入文件中。2.1生成密鑰2.2將128b分成8組,再循環(huán)左移25位后做16b分組,依次類推,直到生成所需的52個子密鑰。其關鍵代碼如下:INT32idea_makekey(ULONG32*inkey,ULONG16*outkey)/*子密鑰的生成*/{ULONG32i,j,k;ULONG16Pkey=(ULONG16)inkey;for(i=0;i<6;i++){k=i<<3;for(j=0;j<8;j++)/*生成8組密鑰*/{outkey[k+j]=Pkey[j];}key_leftmove(inkey);/*128位密鑰左環(huán)移25位*/}for(i=0;i<4;i++){outkey[48+i]=Pkey[i];}returnSUCCESS;}INT32key_leftmove(ULONG32*inkey)/*密鑰左環(huán)移25位*/{ULONG32itmpfirst=0,itmp=0;ULONG32i;inkey=(inkey<<25)|(inkey>>7);/*取低25位,因為前面已經做了環(huán)移,原始的低7位已經移到了高位,保存*/itmpfirst=inkey&0x1ffffff;inkey&=0xfe000000;/*低25位清0*/for(i=1;i<4;i++){inkey[i]=(inkey[i]<<25)|(inkey[i]>>7);itmp=inkey[i]&0x1ffffff;inkey[i-1]|=itmp;inkey[i]&=0xfe000000;/*低25位清0*/}inkey[i-1]|=itmpfirst;/*把最高25位移到最低25位*/returnSUCCESS;2.2u3000上的強制地位/變異性將明文4個子塊與6個子密鑰分別做模216的加法、模216+1的乘法、異或操作,得到4個輸出作為下一輪的輸入,進行8輪迭代,再將4個子密鑰做輸出變換。其源代碼如下:INT32idea_enc(ULONG16*data,ULONG16*outkey)/*加密*/{ULONG32i;ULONG16tmp;if(NULL==data||NULL==outkey){returnFAIL;}for(i=0;i<48;i+=6)/*8輪變換*/{handle_data(data,&outkey[i]);/*輪變換函數*//*交換中間兩個*/tmp=data;data=data;data=tmp;}tmp=data;/*最后一輪不交換*/data=data;data=tmp;data=MUL(data,outkey);/*(a*b)*/data+=outkey;data+=outkey;data=MUL(data,outkey);returnSUCCESS;}2.3tmp/2.2解密過程是加密過程的逆,只是子密鑰不同而已,其實現的源代碼如下:INT32idea_dec(ULONG16*data,ULONG16*outkey)/*解密*/{ULONG32i;ULONG16tmp;if(NULL==data||NULL==outkey){returnFAIL;}for(i=0;i<48;i+=6)/*8輪*/{handle_data(data,&outkey[i]);/*交換中間兩個*/tmp=data;data=data;data=tmp;}tmp=data;/*最后一輪不交換*/data=data;data=tmp;data=MUL(data,outkey);data+=outkey;data+=outkey;data=MUL(data,outkey);returnSUCCESS;}2.4轉相除法IDEA算法中對實現速度影響最大的是模乘部分,即求乘法逆元,該算法中利用輾轉相除法來求得逆元,提高了整個算法的執(zhí)行效率:INT32j=1,i=0,c=a,x,y;INT32b=maxin;While(c!=0){x=b/c;y=b-x*c;b=c;c=y;y=j;j=i-j*x;i=y;}3加解密芯片admmIDEA算法加密速度快,密鑰產生方法簡單,硬件、軟件均容易實現。該算法若采用搜索破譯要2