固定密文下的船舶通信加密控制方案
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摘要:目前，艦船通信通常是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密來(lái)有效保護(hù)數(shù)據(jù)安全，但，是對(duì)數(shù)據(jù)本身加密，其存在密文變化規(guī)律泄露問(wèn)題，不能滿(mǎn)足艦船對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕^對(duì)安全要求。針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一種新型海上船舶通信固定密文長(zhǎng)度加密控制方案。通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)位，建立要發(fā)送的混淆數(shù)據(jù)，生成密鑰和加密文件。所提方案將使截獲者不能通過(guò)截獲數(shù)據(jù)挖掘出艦船通信異常信息、偏差信息、趨勢(shì)信息等，極大的保證信息的安全。
關(guān)鍵詞:艦船通信;固定密文長(zhǎng)度;信息安全;加密控制
在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，艦船通信的信息安全在海戰(zhàn)中起到非常重要的地位，甚至起到?jīng)Q定勝負(fù)的作用，所以保護(hù)信息安全傳輸而不泄露任何有價(jià)值的信息擺在突出的位置。又隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的高速發(fā)展，當(dāng)前對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)本身，其中隱含的、尚未被發(fā)現(xiàn)的和有用的信息都有可能通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)泄露，一定程度上降低了數(shù)據(jù)通信安全［1］。為避免上述情況的發(fā)生，通過(guò)固定密文長(zhǎng)度隱藏密文通信數(shù)據(jù)規(guī)律性信息等技術(shù)手段。本文介紹了幾種傳統(tǒng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)，并在這些方案的比較下設(shè)計(jì)了一種基于固定密文加密通信方案，并介紹了該方案的原理及工作流程，對(duì)于保護(hù)艦船通信安全起到一定作用。
1數(shù)據(jù)通信加密技術(shù)的發(fā)展
針對(duì)艦船通信對(duì)信息的絕對(duì)安全保護(hù)，科技人員致力研究，目前，加密通信研究技術(shù)現(xiàn)狀包括:
1．1身份加密1984年由Shamir［2］提出，其核心回想是利用用戶(hù)的身份信息生成自己的公鑰，從而信息的發(fā)送方無(wú)須像傳統(tǒng)公鑰方案中訪(fǎng)問(wèn)任何證書(shū)機(jī)構(gòu)或可信第三方即可得到接收方的公鑰。
1．2廣播加密1994年，F(xiàn)iat等人［3］提出廣播加密這一概念。廣播加密指的是通過(guò)廣播信道同時(shí)向多用戶(hù)發(fā)送消息的加密方案。方案允許廣播者設(shè)定授權(quán)用戶(hù)，并保證只有授權(quán)用戶(hù)可以利用私鑰完成對(duì)密文的解密，得到廣播消息，而非授權(quán)用戶(hù)則不能完成對(duì)密文的解密工作。
1．3屬性加密2005年由sahair提出屬性加密機(jī)制，基于屬性的加密方案可分為兩大類(lèi):密文策略屬性基加密(CP-ABE)和密鑰策略屬性基加密(ABE)，基于屬性加密機(jī)制，又提出雙線(xiàn)性運(yùn)算，分割策略等。
1．4內(nèi)積加密內(nèi)積加密方案中，用戶(hù)的私鑰和一個(gè)向量X相關(guān)，密文和一個(gè)向量Y相關(guān)，當(dāng)X和Y之間內(nèi)積為零(X·Y=0)時(shí)，用戶(hù)才能夠解密。以上工作研究較好地對(duì)通信信息進(jìn)行加密，提高了通信的安全性，降低了解密的概率，提高了運(yùn)行效率，但是都未把加密后的密文的模式、相關(guān)性、變化、反常等規(guī)律性信息隱藏作為重點(diǎn)考慮。本文提出一種基于數(shù)據(jù)補(bǔ)位和數(shù)據(jù)線(xiàn)性分割思想將數(shù)據(jù)處理成固定大小的數(shù)據(jù)塊，生成混淆數(shù)據(jù)索引向量，形成固定密文長(zhǎng)度的加密方案，利用MD5消息摘要算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
2本文方案
2．1數(shù)據(jù)加密原理基于固定密文長(zhǎng)度艦船通信加密，基本思想是通過(guò)對(duì)明文數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后隱藏密文之間的價(jià)值信息。
2．2方案描述本文方案基于固定密文長(zhǎng)度的船舶通信加密控制方案，數(shù)據(jù)類(lèi)型為整型或浮點(diǎn)型。算法方案包括以下步驟:系統(tǒng)建立算法:(1)發(fā)送服務(wù)器對(duì)某段n(n為正整數(shù))個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)位k，形成n+k固定數(shù)據(jù)M，其中n為明文數(shù)據(jù)、k為補(bǔ)位數(shù)據(jù)、M為固定長(zhǎng)度密文。另，M的長(zhǎng)度可以根據(jù)欺騙隱藏需求取值。(2)發(fā)送服務(wù)器隨機(jī)產(chǎn)生某段M的長(zhǎng)度值。(3)發(fā)送服務(wù)器根據(jù)M產(chǎn)生對(duì)應(yīng)k個(gè)補(bǔ)位數(shù)據(jù)存放。(4)發(fā)送服務(wù)器利用混沌序列加密算法對(duì)n+k數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)混淆。(5)發(fā)送服務(wù)器產(chǎn)生一個(gè)n+k維的不重復(fù)隨機(jī)索引向量V(向量元素0≤Vi≤n+k-1)。(6)將n+k維隨機(jī)索引向量V發(fā)送給服務(wù)器。(7)發(fā)送服務(wù)器建立大小為n+k的一維數(shù)組data［］，用于隨機(jī)存放D數(shù)據(jù)。(8)發(fā)送服務(wù)器利用MD5消息摘要算法對(duì)索引向量進(jìn)行加密。(9)接收服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，要求獲得某段內(nèi)的真實(shí)數(shù)據(jù)。(10)服務(wù)器驗(yàn)證身份后接受請(qǐng)求，解密后，從文件中獲取相應(yīng)某段內(nèi)混淆后的數(shù)據(jù)結(jié)果n+k(m為正整數(shù))個(gè)，存入大小為n+k的一維數(shù)組reciever［］中。(11)服務(wù)器從文件中獲取對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)索引n+k項(xiàng)，存入大小為n+k的一維數(shù)組vect_data［］中。(12)按照數(shù)據(jù)索引恢復(fù)按正解序列排列處理后的數(shù)據(jù)示數(shù)值，即生成一維數(shù)組true［］存放恢復(fù)順序后的數(shù)據(jù)示數(shù)值，true［i］=reciever［vect_data［i］］。
3安全性分析
3．1解密安全性分析本方案假設(shè)敵手截獲密文數(shù)據(jù)后多大概率解密出密文之間的模式、相關(guān)性、變化、反常等規(guī)律性信息，或是能否解密出規(guī)律信息的問(wèn)題。在本方案中加入補(bǔ)位隱藏因子k、長(zhǎng)度隱藏因子M、混沌隱藏因子d、存儲(chǔ)向量隱藏因子v，共同構(gòu)成固定密文長(zhǎng)度隱藏規(guī)律信息因子，所以，此方案在敵手截獲密文后，僅通過(guò)分析密文獲取規(guī)律性信息難度還是相當(dāng)大的。那么解密概率為計(jì)算出明文的概率，即，計(jì)算得出解密概率:P(VDMK)=P(V)*P(D|V)*P(M|VD)*P(K|VDM)現(xiàn)假設(shè)敵手獲得1段數(shù)據(jù)，P(V)=1/v!、P(D|V)=1/d!、P(M|VD)=k/m!、P(K|VDM)=k/m，假如截獲1字節(jié)的數(shù)據(jù)，補(bǔ)位數(shù)據(jù)2位，概率計(jì)算為4/(8!*8!*8!*8)，此概率值非常小，幾乎為零。假定固定長(zhǎng)度的密文數(shù)據(jù)依據(jù)環(huán)境變化，截獲數(shù)據(jù)解密的概率依據(jù)上述算法將會(huì)進(jìn)一步減少，并且很好隱藏了密文之間的相關(guān)性。所以依據(jù)上述隱藏因子及算法，截獲者想從混淆后數(shù)據(jù)中得到用戶(hù)的真實(shí)數(shù)據(jù)變化規(guī)律是不可能的。從而證明了算法的安全性。
3．2密文挖掘安全性分析
數(shù)據(jù)挖掘經(jīng)常用分類(lèi)、聚類(lèi)、回歸分析、關(guān)聯(lián)規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、特征分析、偏差分析等進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。在上述密文無(wú)法破解的條件下，通過(guò)分析密文獲取價(jià)值信息是大大折扣的，因?yàn)楸痉桨腹潭芪拈L(zhǎng)度，規(guī)避了密文間的異常(下轉(zhuǎn)第126頁(yè))信息、偏差信息、趨勢(shì)信息、離散信息、關(guān)聯(lián)信息、密度信息等。
4仿真實(shí)驗(yàn)
為了證明該控制方案的有效性，需要進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。本方案的隱藏保護(hù)數(shù)據(jù)分為兩部分。第一部分是服務(wù)器初始化數(shù)據(jù)和混淆數(shù)據(jù)的部分;第二部分主要是服務(wù)器完成恢復(fù)數(shù)據(jù)順序和真實(shí)數(shù)據(jù)數(shù)值的部分。實(shí)驗(yàn)采用matlab數(shù)學(xué)軟件。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)采用輸入幾組不同長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，測(cè)試解密概率平均結(jié)果得到大大降低。
5結(jié)語(yǔ)
本文提出一種海上艦船規(guī)避密文間異常信息、偏差信息、趨勢(shì)信息、離散信息、關(guān)聯(lián)信息、密度信息等方案。該方案利用信息補(bǔ)位或線(xiàn)性分割，及數(shù)據(jù)向量索引方法，彌補(bǔ)了大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘、人式智能高技術(shù)背景下、密文間價(jià)值數(shù)據(jù)截獲問(wèn)題。解決了新形式、新技術(shù)下數(shù)據(jù)絕對(duì)保密訴求，提高了數(shù)據(jù)通信進(jìn)一步安全，極大地維護(hù)了艦船通信的安全問(wèn)題，有效地防止敵方截獲。
參考文獻(xiàn):
［1］趙旭俊．?dāng)?shù)據(jù)挖掘方法及天體光譜挖掘技術(shù)［M］．電子工業(yè)出版社，2013．
作者：雷福寶 高娜 孟臘梅 單位：廊坊燕京職業(yè)技術(shù)學(xué)院