專利名稱：一種共享密鑰生成方法和加解密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加密技術(shù)，特別是涉及一種共享密鑰生成方法和加解密方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著社會經(jīng)濟(jì)生活當(dāng)中信息交流的日益頻繁，信息安全越來越成 為信息交流中一個非常突出的問題，隨著通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是隨著 近年來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，信息交流空前的便利和迅速，通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 逐漸滲透到社會生活的各個層面，因此，對于信息安全提出了更高的要求。
為此，信息安全領(lǐng)域目前普遍采取的是方法公開的各種對稱密鑰加密方
法，來保障交流過程中的信息安全。對稱密鑰加密方法主要有Stream Ciphers 和Block Ciphers兩種，Stream Ciphers力口密方法以字節(jié)為單位，Block Ciphers 加密方法以由一個或多個字節(jié)構(gòu)成的字^: (block)為單位。當(dāng)前流行的對 稱密鑰加密方法有DES ( Data Encryption Standard,數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn))、AES (Advanced Encryption Standard,先進(jìn)力口密才示〉,)禾口 IDEA( International Data Encryption Algorithm,國際數(shù)據(jù)加密方法)等。信息交流過程中，發(fā)送方選 用某種方法對明文進(jìn)行加密得到密文，同時，發(fā)送方和接收方共同約定一個 解密的密鑰，稱為共享密鑰(下文簡稱密鑰)，接收方利用這個密鑰對接收 到的密文進(jìn)行解密，得到初始的明文。由于密鑰僅為信息交流雙方所知，具 有良好的安全性，因此對稱加密方法和密鑰得到了廣泛的采用。但是，該加 密方法的安全性建立在密鑰的基礎(chǔ)上，而密鑰本身并無自動更新的機制，一 般都會長期采用同一個密鑰進(jìn)行信息交流，這無疑會增大密鑰本身泄露的可 能性；同時，信息竊取者或黑客還可以通過攔截足夠多數(shù)量的加密密文，利用計算或密碼學(xué)規(guī)則推測出系統(tǒng)所采用的密鑰。例如，曾經(jīng)普遍使用的64 位共享密鑰由于被黑客破解，現(xiàn)在已經(jīng)無法繼續(xù)使用，盡管現(xiàn)在已將共享密
鑰的長度升級到了 128位，但仍然面臨著被破解的潛在危險。
由上述可見，現(xiàn)有的對稱密鑰加密方法完全公開，其安全性完全依靠信 息交流雙方約定的密鑰且該密鑰無法自動更新，密鑰一旦丟失或泄漏，采取 該加密方法的全部信息都將受到嚴(yán)重的威脅，信息安全存在很大隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例提供一種共享密鑰的生成方法，能夠進(jìn)行共享密鑰的自動 更新。
本發(fā)明實施例提供一種加解密方法，能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行加密和解密。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實現(xiàn)的 一種共享密鑰生成方法，該方法包括
生成包含三個隨機數(shù)的隨機種子組，任取其中兩個為邊隨機種子，表示三 角形的兩條邊；
取另一個為角隨機種子，表示所述兩條邊的夾角；
將由上述隨機種子構(gòu)成的三角形的第三條邊的長度作為共享密鑰。
一種力。密方法，該方法包括
生成兩個邊隨機種子，表示三角形的兩條邊；生成角隨機種子，表示所述 兩條邊的夾角；
將待加密的明文映射為角度集合，集合中每個元素表示的角度代表所述兩 條邊的夾角，計算出角度集合中每個角度與邊隨機種子構(gòu)成的加密三角形的第 三條邊的長度，所述加密三角形的第三條邊的長度的集合構(gòu)成加密后的密文。
一神解密方法，該方法包括
根據(jù)加密過程中生成的初始隨機種子組，用邊隨機種子表示三角形的兩條 邊，用密文集合中的每個元素表示三角形的第三條邊，計算出每個三角形中邊 隨機種子表示的兩條邊之間的夾角；得到的夾角組成角度集合，將該角度集合按照加密過程使用的映射規(guī)則 進(jìn)行反映射，得到解密后的明文。
由上述的技術(shù)方案可見，本發(fā)明實施例的這種共享密鑰生成方法和加解 密方法，采用三角幾何的方法進(jìn)行加解密，利用了已知三角形兩條邊無法唯 一確定該三角形的幾何難題的特點，生成動態(tài)更新的密鑰，消除了密鑰的長 期共享帶來的安全隱患，且加解密時只需進(jìn)行簡單的解三角形運算，降低了 加解密方法的計算復(fù)雜度，提高了加解密方法的安全性。


圖1為本發(fā)明實施例中共享密鑰生成流程示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉
實施例，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)i^明。
本發(fā)明實施例基于幾何三角法來產(chǎn)生自動更新的密鑰和實現(xiàn)加解密。根 據(jù)三角形的特點，假設(shè)已知三角形的兩條邊，設(shè)為A、 B、以及這兩條邊之
間的夾角，設(shè)為根據(jù)兩條邊和夾角，可以唯一的確定第三條邊。 圖1示出了密鑰的生成過程，包括
步驟101:隨機產(chǎn)生三個整數(shù)隨機種子A、 Bi和ai,分別作為三角形的 兩條邊和它們之間的夾角。其中A、 Bi稱為邊隨機種子，ai稱為角隨機種子。
步驟102:根據(jù)隨機種子組Ai、 Bi和ai，計算出它們所對應(yīng)的三角形的 第三條邊，將所述第三條邊設(shè)為密鑰K、
步驟103:隨機種子組經(jīng)過指定周期后進(jìn)行更新，用密鑰KJ替代Ai、 Bi中的任意一個，同時ai通過運算進(jìn)行更新，從而形成新一組的隨機種子組 A1、 B;和(XL
步驟104:判斷通信過程是否結(jié)束。如果結(jié)束，則終止流程，否則返回 步驟102繼續(xù)順序執(zhí)行，直到通信過程結(jié)束。需要說明的是，在上述密鑰生成過程中，步驟101設(shè)置隨機種子組的初
始值，因此僅在準(zhǔn)備開始通信時執(zhí)行；隨機種子組Aj、 Bi和aJ分別代表三 角形的兩邊長和它們之間的夾角，至于生成的隨機種子組中哪兩個作為邊隨 機種子，哪個作為角隨機種子，可以完全任意選擇，只需要保證通信雙方按 照同樣的規(guī)則進(jìn)行選擇。
步驟103中密鑰Ki可以替代Aj、 B'中的任意一個，較佳地，可以進(jìn)一 步約定邊規(guī)則，如規(guī)定每次用密鑰Ki替代A、 Bi中較小/較大的一個，或者
用密鑰Ki交替替代Ai、 Bi等等，總之只要保證通信雙方用密鑰Ki替代邊隨
機種子時按照同樣規(guī)則進(jìn)行選擇即可，并不限制具體采用何種方式。
夾角ai進(jìn)行角度的更新，可以選用各種角規(guī)則進(jìn)行例如將初始ai進(jìn) 行移位運算以得到新的角度ai,也可以通過布爾異或運算等方式進(jìn)行更新。
此外，步驟103所述的指定周期表示可以根據(jù)實際應(yīng)用的需要進(jìn)行設(shè) 置，該周期在缺省情況下設(shè)置為一次通信過程的時長。這種情況下，系統(tǒng)在 每次通信結(jié)束后進(jìn)行隨機種子組的更新，顯然此時不必再進(jìn)行步驟104的判 斷，這種方式下，系統(tǒng)釆用的是離線進(jìn)行隨機種子組更新的方式，雖然隨機 種子組更新頻率并不高，但由于離線模式可以完全隔離外界影響，因此具有 較高的安全性；同時，由于更新周期適中，不用耗費大量的系統(tǒng)資源和時間 進(jìn)行隨機種子組的更新計算，因此系統(tǒng)的加解密速度也較快。
若周期設(shè)置小于一次通信過程的時長，可以約定為通信雙方每發(fā)送一定 的字節(jié)數(shù)據(jù)，隨機種子組進(jìn)行一次更新，或者約定每隔一定的時間隨機種子 組進(jìn)行一次更新等等。也可以設(shè)置為大于一次通信過程的時長，例如每天或 若干次通信過程后再進(jìn)行隨機種子組的更新。具體的規(guī)則由通信雙方根據(jù)安 全級別和運算速度的要求設(shè)置，本發(fā)明實施例中并不進(jìn)行具體限定。
采用上述方法，可以得到一種能夠自動更新的密鑰，因此，本發(fā)明實施 例中的密鑰可以應(yīng)用于現(xiàn)有技術(shù)中的眾多加密方法，替代這些方法原本使用 的密鑰，由于該密鑰生成方法具備每通信過程結(jié)束后自動更新的功能，消除 了長期使用同一個共享密鑰存在的潛在風(fēng)險，因此為現(xiàn)有加解密方法提供了更高的安全性。
進(jìn)一步地，所述密鑰通過進(jìn)行更新實現(xiàn)更高安全性的原理，也可以用來
對數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密處理。其原理為將待加密的明文轉(zhuǎn)換為角度集合，隨機 產(chǎn)生整數(shù)角隨機種子和兩個整數(shù)邊隨機種子；將邊隨機種子作為三角形的兩 邊，角度集合中的各角度元素分別作為所述三角形的兩邊的夾角，構(gòu)成一組 三角形，稱為加密三角形；邊隨機種子與角隨機種子構(gòu)成一個三角形，稱為 更新三角形；分別計算加密三角形和更新三角形的第三邊，其中加密三角形 的第三邊構(gòu)成的集合即為加密后的密文，更新三角形的第三邊稱作更新元。 具體加密流程包括
步驟l:隨機產(chǎn)生兩個邊隨機種子Ai和Bj，作為加密三角形的兩條邊； 同時，隨機產(chǎn)生角隨機種子ai。
步驟2:對需要加密的明文進(jìn)行處理，將明文中的各元素按照一定的規(guī) 則分別映射得到角度集合{卩;}。
步驟3:由A、 BJ和ai計算得出更新元Kj,對由A、 Bi和Pi構(gòu)成的加 密三角形進(jìn)行運算，求得加密三角形的第三條邊的長度Pi。
步驟4:每經(jīng)過預(yù)先設(shè)置的指定周期，更新元KJ采用邊規(guī)則替換邊隨機 種子，角隨機種子采用角規(guī)則進(jìn)行更新，得到新一組的隨機種子組A、 BJ 禾口 a1。
步驟5:判斷是否遍歷完角度集合(PJ中的所有元素，若否，則返回繼 續(xù)執(zhí)行步驟3;若是，則結(jié)束加密流程，得到的集合(PJ即為明文經(jīng)過加密 處理后得到的密文。
較佳地，上述步驟1和步驟2的順序還可以互換。
需要說明的是，加密過程中所述的指定周期的設(shè)置與前文共享密鑰生成 方法中所述相同，可以根據(jù)安全級別的不同，釆用離線或在線更新隨機種子 組的方式進(jìn)行加解密運算。在線更新方式下，系統(tǒng)設(shè)置的周期小于一次加密 過程的時長；而離線方式下，系統(tǒng)設(shè)置的指定周期為一次加密過程，加密方 采用一組隨機種子組完成加密后，再進(jìn)行隨機種子組的更新，相應(yīng)地，此時的加密流程不必執(zhí)行步驟5。
本發(fā)明實施例所述的解密過程與加密過程相互獨立，因此既可以與加密
過程同步，對生成的密文進(jìn)行實時解密；也可以離線對接收到的密文進(jìn)行解
密。進(jìn)行解密時，需要預(yù)先獲取加密過程中最初產(chǎn)生的初始隨機種子組A、 Bi和ai，以便隨機種子組進(jìn)行后續(xù)更新時能夠與加密過程對應(yīng)。具體的解密
處理流程包括
步驟1:將加密過程時產(chǎn)生的初始隨機種子Ai和B4殳為解密三角形的 兩條邊，a4殳為它們的夾角。
步驟2:由A、 Bi和ai計算得出更新元Kj，將密文集合(PJ中的元素 Pi作為解密三角形的第三條邊，對由A1、 BJ和Pi構(gòu)成的解密三角形進(jìn)行運 算，求得AJ和Bi之間的夾角卩i。
步驟3:每經(jīng)過預(yù)先設(shè)置的指定周期，更新元Ki采用邊規(guī)則替換邊隨機 種子，角隨機種子采用角規(guī)則進(jìn)行更新，得到新一組的隨機種子組Aj、 Bi 和a1。
步驟4:判斷是否遍歷完密文集合(PJ中的所有元素，若否，則返回繼 續(xù)執(zhí)行步驟2;若是，則得到角度集合很}并繼續(xù)執(zhí)行步驟5。
步驟5:將角度集合《PJ按照與加密過程相同的映射關(guān)系進(jìn)行反映射處 理，得到各角度所對應(yīng)的原始信息，則該原始信息即為解密得到的明文。
需要說明的是，解密過程中所述的指定周期的設(shè)置原理與前文加密過程 中指定周期的設(shè)置原理相同，且解密過程中的隨機種子組更新方式需要與加 密方的規(guī)則保持一致。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置的指定周期為一次解密過程，解密方采用 一組隨機種子組完成解密后，再進(jìn)行隨機種子組的更新，此時的解密流程相 應(yīng)地不必執(zhí)行步驟4。
加解密過程中可能出現(xiàn)各種導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)故障的意外情況，從而使得加解密 雙方的隨機種子組不同步，當(dāng)通信連接恢復(fù)后加解密方由于隨機種子組不同 步而無法繼續(xù)通信。為了解決該問題，順利完成加解密流程，較佳地，本發(fā) 明實施例還進(jìn)一步設(shè)置了隨機種子組同步方法，其具體的實現(xiàn)機制如下系統(tǒng)預(yù)先給加密方分配身份標(biāo)識信息IDS，在加密方設(shè)置隨機種子組更
新次數(shù)計數(shù)器Is，在解密方設(shè)置隨機種子組更新次數(shù)計數(shù)器Ir。在加密過程
中，生成的初始隨機種子組加解密雙方經(jīng)過通信后共同持有，隨機種子組每
進(jìn)行一次更新，計數(shù)器Is自加l,并發(fā)起同步過程使Ir保持與Is相等。
若網(wǎng)絡(luò)保持正常狀態(tài)，Is與Ir的值始終相等；若網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障導(dǎo)致通 信中斷，則在通信恢復(fù)后，Is與Ir的值有可能不同。加密方將Is的值與加 密方身份標(biāo)識信息IDs進(jìn)行哈希運算得到一個效驗值，采用約定的加密算法 將該效驗值連同Is和IDs —起進(jìn)行加密后，將加密后得到的結(jié)果發(fā)送給解密 方。
解密方使用對應(yīng)的解密方法對所述的加密結(jié)果進(jìn)行解密，得到所述效驗 值、IDs和Is的值，使用哈希算法從效驗值得出IDs和Is，與解密得到的IDs 和Is進(jìn)行比對，如果兩組IDs和Is相同，則能夠確認(rèn)它們在傳輸過程中沒 有被篡改。
將Is的值與Ir的值進(jìn)行比較，若兩者相等，則表示加解密方當(dāng)前使用 的隨機種子組相同，則繼續(xù)使用當(dāng)前隨機種子組進(jìn)行后續(xù)通信；若兩者不同， 計算lls-lrl,其中I l表示取絕對值運算。lls-lrl的值表示在通信恢復(fù)前的時 間段內(nèi)雙方尚未同步的隨機種子組的更新次數(shù)，則Is與Ir的值較小的一方 使用自身的當(dāng)前隨機種子組進(jìn)行l(wèi)ls-lrl次更新后，得到的即為Is與Ir的值較 大的一方當(dāng)前使用的隨機種子組；或者Is與Ir的值較小的一方也可以利用 初始隨機種子組進(jìn)行Max(Is，Ir)次的更新后，得到Is與Ir的值較大的一方當(dāng) 前使用的隨機種子組，Max(Is,Ir)表示取Is和Ir中的最大值。
舉例來說，如果Is〉Ir,則計算(Is-Ir)，然后解密方利用其當(dāng)前隨機種子
組進(jìn)行(Is-Ir)次更新后或者利用初始隨機種子組進(jìn)行Is次更新后，得到加密
方當(dāng)前使用的隨機種子組；反之，若Ir〉Is,則計算(Ir-Is)，然后加密方利用
其當(dāng)前隨機種子組進(jìn)行(Ir-Is)次更新后或者利用初始隨機種子組進(jìn)行Ir次更
新后，得到解密方當(dāng)前使用的隨機種子組。
此外，加密過程中的明文與角度集合之間的映射關(guān)系并無固定的規(guī)范，任何能夠?qū)⒚魑男畔⒚鞔_且唯一地轉(zhuǎn)換為角度信息的映射都是可以接受的； 同時，將明文轉(zhuǎn)換為角度的映射關(guān)系可以是直接映射，即由明文直接一次映 射得到對應(yīng)的角度，也可以是由明文經(jīng)過兩次或多次映射得到最終的角度， 只要保持加密過程與解密過程中的映射關(guān)系是相互對應(yīng)的即可。
加解密過程中的更新元Kj的生成和更新方法與前文密鑰生成過程中完
全相同，因此具體使用的邊規(guī)則和角規(guī)則，此處不再贅述。
由上述可見，本發(fā)明實施例通過利用已知三角形兩條邊無法唯一確定該 三角形的幾何難題，并配合能夠自動更新的更新元來增加密碼的安全性，保 證通信雙方信息傳遞過程不易被第三方竊聽和破解，從而加強了信息傳遞的 安全性。
同時，由于更新元和加解密算法中的計算過程都是簡單的解三角形運
算，生成的更新元長度遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)中普遍使用的128比特位密鑰的長 度，因此加解密運算速度也比采用現(xiàn)有密鑰進(jìn)行加解密的速度更快。
該加解密方法還特別適合應(yīng)用于計算能力相對不高的無線通信領(lǐng)域，例 如手機終端與網(wǎng)絡(luò)的鑒權(quán)、安全連接的建立等等過程。
應(yīng)該理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限定本發(fā)明的 精神和保護(hù)范圍，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員所做出的等同變化或替換，都 應(yīng)視為涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種共享密鑰生成方法，其特征在于，該方法包括生成包含三個隨機數(shù)的隨機種子組，任取其中兩個為邊隨機種子，表示三角形的兩條邊；取另一個為角隨機種子，表示所述兩條邊的夾角；將由上述隨機種子構(gòu)成的三角形的第三條邊的長度作為共享密鑰。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法進(jìn)一步包括每經(jīng)過 預(yù)先設(shè)置的指定周期，共享密鑰進(jìn)行更新。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述共享密鑰進(jìn)行更新的方 法為按照預(yù)先約定的邊規(guī)則，用得到的共享密鑰替代所述邊隨機種子的其中一 個，形成一組新的邊隨機種子；按照預(yù)先選定的角規(guī)則，角隨機種子進(jìn)行更新；根據(jù)新的邊、角隨機種子，計算出由它們構(gòu)成三角形的第三條邊，作為新 的共享密鑰。
4、 一種加密方法，其特征在于，該方法包括生成兩個邊隨機種子，表示三角形的兩條邊；生成角隨機種子，表示所述 兩條邊的夾角；將待加密的明文映射為角度集合，集合中每個元素表示的角度代表所述兩 條邊的夾角，計算出角度集合中每個角度與邊隨機種子構(gòu)成的加密三角形的第 三條邊的長度，所述加密三角形的第三條邊的長度的集合構(gòu)成加密后的密文。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的加密方法，其特征在于，所述計算出角度集合中 每個角度與邊隨機種子構(gòu)成的加密三角形的第三條邊的長度之后進(jìn)一步包括每經(jīng)過預(yù)先設(shè)置的指定周期，隨機種子組進(jìn)行更新，并繼續(xù)計算角度集合 中其它元素與邊隨機種子構(gòu)成的加密三角形第三條邊的長度，直到遍歷完集合 中所有的元素。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的加密方法，其特征在于，所述隨機種子組進(jìn)行更新的方法為計算出表示邊隨機種子與角隨機種子構(gòu)成的更新三角形第三條邊的更新元；按照預(yù)先約定的邊規(guī)則，用得到的更新元替代所述邊隨機種子的其中一個， 形成一組新的邊隨4幾種子；按照預(yù)先選定的角規(guī)則，角隨機種子進(jìn)行更新。
7、 一種解密方法，其特征在于，該方法包括根據(jù)加密過程中生成的初始隨機種子組，用邊隨機種子表示三角形的兩條 邊，用密文集合中的每個元素表示三角形的第三條邊，計算出每個三角形中邊 隨機種子表示的兩條邊之間的夾角；得到的夾角組成角度集合，將該角度集合按照加密過程使用的映射規(guī)則進(jìn) 行反映射，得到解密后的明文。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的解密方法，其特征在于，所述計算出每個三角形 中邊隨機種子表示的兩條邊之間的夾角之后進(jìn)一 步包括每經(jīng)過預(yù)先設(shè)置的指定周期，隨機種子組進(jìn)行更新，并計算密文中其它元 素與邊隨機種子構(gòu)成三角形中邊隨機種子表示的兩條邊之間的夾角，直到遍歷 完密文中所有的元素。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的解密方法，其特征在于，所述隨機種子組進(jìn)行更 新的方法為計算出表示邊隨機種子與角隨機種子構(gòu)成的更新三角形第三條邊的更新元；按照預(yù)先約定的邊規(guī)則，用得到的更新元替代所述邊隨機種子的其中一個，形成一組新的邊隨4幾種子；按照預(yù)先選定的角規(guī)則，角隨機種子進(jìn)行更新。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種共享密鑰生成方法，包括生成隨機種子組，任取其中兩個為邊隨機種子，表示三角形的兩條邊；取另一個為角隨機種子，表示所述兩條邊的夾角；將由上述隨機種子構(gòu)成三角形第三條邊的長度作為共享密鑰。本發(fā)明還公開了一種加密方法，包括生成邊隨機種子，表示三角形的兩條邊；生成角隨機種子，表示所述兩條邊的夾角；將明文映射為角度集合，集合中每個元素表示的角度代表所述兩條邊的夾角，計算出角度集合中每個角度與邊隨機種子構(gòu)成的加密三角形的第三條邊的長度，所述加密三角形的第三條邊的長度的集合構(gòu)成加密后的密文。本發(fā)明消除了共享密鑰的長期共享帶來的安全隱患，降低了加解密方法的計算復(fù)雜度，提高了加解密方法的安全性。
文檔編號H04L9/18GK101414903SQ200710175938
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月16日
發(fā)明者吳顯平, 李浦東 申請人:吳顯平