一種基于地理信息產(chǎn)品文件的加密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信息安全領(lǐng)域，尤其涉及應(yīng)用于數(shù)字矢量地圖加密的，一種基于地理信息產(chǎn)品文件的加密方法。
[0002]【背景技術(shù)】c
[0003]隨著“數(shù)字中國(guó)”的逐步實(shí)現(xiàn)，空間信息應(yīng)用面越來越廣泛，數(shù)字矢量地圖具有精度高、支持高質(zhì)量縮放、定位準(zhǔn)確、操作方便、更新便捷等多種優(yōu)勢(shì)，已成為地理信息系統(tǒng)、智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)和數(shù)字化城市等方面必需的保障資源，它克服了紙質(zhì)地圖查詢速度慢、存儲(chǔ)不方便、繪圖精度低等缺點(diǎn)，是整個(gè)系統(tǒng)的基石。但是，數(shù)字矢量地圖始終面臨著被非法復(fù)制、人為泄露等安全問題，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)泄露會(huì)嚴(yán)重?fù)p害地圖所有者的合法利益，因此，保護(hù)數(shù)字矢量地圖的安全使其不被竊取是迫切需要解決的問題。一方面，制作一幅數(shù)字矢量地圖的代價(jià)極其昂貴，每個(gè)國(guó)家都會(huì)花費(fèi)大量的人力和財(cái)力來制作本國(guó)某個(gè)地區(qū)的矢量地圖，另一方面，國(guó)家又希望最大程度地挖掘矢量地圖的使用價(jià)值，所以希望對(duì)數(shù)字矢量地圖進(jìn)行安全保密處理，保證矢量地圖的安全性。
[0004]通過對(duì)比國(guó)內(nèi)外關(guān)于地理信息產(chǎn)品加密的解決方案，充分分析傳統(tǒng)加密方案，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)加密方案有以下缺點(diǎn):第一，使用一成不變的密鑰信息對(duì)過長(zhǎng)明文加密，密鑰流的隨機(jī)性不夠好，降低了加密方案的安全性；第二，對(duì)大量明文只使用一組密鑰信息，導(dǎo)致了單一密鑰信息產(chǎn)生過長(zhǎng)的密鑰流，如果破譯者獲得了大量對(duì)應(yīng)的明文密文對(duì)，便會(huì)增大加密方案被破解風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)以上缺點(diǎn)，本加密方案對(duì)混沌系統(tǒng)、AES算法進(jìn)行了改進(jìn)，針對(duì)地理信息產(chǎn)品數(shù)據(jù)，提出了基于地理信息產(chǎn)品文件的加密方法，保證了地理信息產(chǎn)品數(shù)據(jù)的安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能夠提升加密效率和安全性的，基于地理信息產(chǎn)品文件的加密方法。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種基于地理信息產(chǎn)品文件的加密方法，包括以下幾個(gè)步驟，
[0008]步驟一:選擇要加密的地理信息產(chǎn)品數(shù)據(jù)文件，獲得文件大??；
[0009]步驟二:輸入初始值，啟動(dòng)混沌系統(tǒng)，混沌系統(tǒng)是一維Logsitic映射與一維Chebyshev 映射；
[0010]步驟三:一維Logsitic映射生成256bit混純序列A，一維Chebyshev映射生成256bit混沌序列B ；
[0011]步驟四:將256bit混沌序列A與256bit混沌序列B進(jìn)行對(duì)位異或運(yùn)算，生成的256bit混沌序列作為AES的初始密鑰；
[0012]步驟五:將AES初始密鑰與256bit的明文加入到AES中進(jìn)行加密，得到256bit的密文；
[0013]步驟六:取256bit密文的部分信息作為步驟二的初始值，返回步驟二，直到所有明文完成加密。
[0014]有益效果:
[0015]本發(fā)明提出一種基于地理信息產(chǎn)品文件的加密方法，針對(duì)地理信息產(chǎn)品數(shù)據(jù)特點(diǎn)，采用改進(jìn)的混沌系統(tǒng)和AES算法對(duì)地理信息產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。對(duì)比已有的矢量地圖加密方法，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0016]第一，本發(fā)明在安全性方面，有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]基于地理信息產(chǎn)品文件加密方案的加密效果和安全性主要由文件加密算法決定，包括改進(jìn)混沌映射系統(tǒng)和AES加密算法，所以針對(duì)文件加密方案的安全性分析，主要從這兩個(gè)方面進(jìn)行討論。
[0018]①改進(jìn)混沌映射系統(tǒng)是文件加密方案的基礎(chǔ)。其具有以下3個(gè)主要特征:
[0019]I)改進(jìn)混沌系統(tǒng)與傳統(tǒng)混沌系統(tǒng)相比，具有迭代生成混沌序列、對(duì)初值敏感性更高、序列隨機(jī)性更好等特性，保證了文件加密算法的安全性。
[0020]2)利用兩個(gè)混沌映射結(jié)合生成AES初始密鑰，增加了 AES初始密鑰的隨機(jī)性，進(jìn)一步加大了文件加密算法的破譯難度。
[0021]3)取每組密文的部分信息作為改進(jìn)混沌系統(tǒng)的初始值，用于產(chǎn)生下一組密文，這樣的話每組密文的初始值都不一樣，密文之間互相關(guān)聯(lián)，即使獲得了第一個(gè)初始值，也很難破解密文，大大增加了文件加密算法的安全性。
[0022]②AES加密算法是文件加密算法的核心部分。其具有以下特點(diǎn):
[0023]用AES算法作為算法的加密函數(shù)，對(duì)改進(jìn)混沌系統(tǒng)生成的混沌序列進(jìn)行運(yùn)算，進(jìn)一步增強(qiáng)了文件加密算法的安全性，保證了文件加密方案的整體安全性。AES算法是整個(gè)文件加密方案破解的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，256bit AES算法在現(xiàn)有資源條件下是不可破解的，暴力破解計(jì)算的時(shí)間復(fù)雜度為O (2256)。
[0024]通過以上安全性分析可以得出，基于地理信息產(chǎn)品文件加密方案安全可靠，保證了地理信息產(chǎn)品數(shù)據(jù)的安全，保證了加密之后文件傳輸和使用的安全。
[0025]第二，基于地理信息產(chǎn)品文件加密方案在加密的過程中要考慮到文件的大小，這就要求加密方案必須考慮效率問題。加密效率是一個(gè)十分重要的衡量指標(biāo)，雖然改進(jìn)的AES算法較傳統(tǒng)的AES算法復(fù)雜度有所增加，但是經(jīng)過代碼優(yōu)化，效率得到了改進(jìn)。
[0026]在整個(gè)文件加密方案中主要有三部分時(shí)間開銷，文件讀寫時(shí)間開銷，AES初始密鑰生成時(shí)間開銷以及AES加密過程時(shí)間開銷。文件讀寫是正常的系統(tǒng)開銷時(shí)間，不計(jì)入效率分析中。
[0027]AES初始密鑰生成函數(shù)CreateSecretKey的時(shí)間復(fù)雜性為0(1) ;AES加密函數(shù)encrypt中雖然有循環(huán)嵌套，但由于Nr = 8、Nb = 8是固定值，所以encrypt的時(shí)間復(fù)雜度為0(1);綜上所述，由于主函數(shù)中存在while循環(huán)，所以，基于地理信息產(chǎn)品文件加密方案的時(shí)間復(fù)雜度為O (η)。
[0028]通過查閱文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)一項(xiàng)申請(qǐng)?zhí)枮镃N201410459210、名為“一種基于地理信息產(chǎn)品特征的加密方法”的發(fā)明和一篇名為“基于二維Logistic與Chebyshev映射的AES混沌加密算法”的論文與本發(fā)明相關(guān)，下面分別介紹一下這兩篇文章與本發(fā)明的區(qū)別。
[0029]“一種基于地理信息產(chǎn)品特征的加密方法”的發(fā)明與本發(fā)明的區(qū)別是:
[0030]I)本發(fā)明是基于地理信息產(chǎn)品文件進(jìn)行加密，而“一種基于地理信息產(chǎn)品特征的加密方法”是基于地理信息產(chǎn)品特征進(jìn)行加密。
[0031]2) 二者采用的加密方法不一樣，本發(fā)明采用的是改進(jìn)混沌系統(tǒng)與AES相結(jié)合的算法，其中改進(jìn)混純系統(tǒng)采用的是一維Logsitic映射與一維Chebyshev映射，而“一種基于地理信息產(chǎn)品特征的加密方法”采用的是改進(jìn)混沌系統(tǒng)與RC4相結(jié)合的算法，其中改進(jìn)混沌系統(tǒng)采用的是一維Logsitic映射。
[0032]“基于二維Logistic與Chebyshev映射的AES混沌加密算法”的論文與本發(fā)明的區(qū)別是:
[0033]I) “基于二維Logistic與Chebyshev映射的AES混沌加密算法”采用的是二維Logistic映射與二維Chebyshev映射，本發(fā)明采用的是一維Logistic映射與一維Chebyshev映射，一維Logistic映射與一維Chebyshev映射相對(duì)于二維的映射具有速度快的優(yōu)點(diǎn)。
[0034]2) 二者的AES初始密鑰的產(chǎn)生方法不同。在“基于二維Logistic與Chebyshev映射的AES混沌加密算法”中，輸入改進(jìn)混沌系統(tǒng)的初始值，一次即生成所需長(zhǎng)度的AES初始密鑰，取256bitAES初始密鑰與256bit明文，放入到AES中進(jìn)行加密，生成256bit密文，繼續(xù)取256bitAES初始密鑰，生成下一組256bit密文，以此迭代進(jìn)行，直至加密完成。而在本發(fā)明中，輸入改進(jìn)混沌系統(tǒng)的初始值，生成256bitAES初始密鑰，取256bit明文，將二者放入到AES中進(jìn)行加密，生成256bit密文，取密文部分信息作為改進(jìn)混沌系統(tǒng)的初始值，生成下一組AES初始密鑰，完成下一組明文的加密，以此迭代進(jìn)行，直至加密完成。因此本發(fā)明具有安全性更高的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0035]圖1基于地理信息產(chǎn)品文件加密方案原理示意圖；
[0036]圖2 AES加解密流程圖；
[0037]圖3文件加密方案流程圖；
[0038]圖4文件解密方案流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0040]地理信息數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、批量處理與保密性高等特點(diǎn)，所以對(duì)加密算法的安全性與速度有比較嚴(yán)格的要求。針對(duì)高響應(yīng)速度的要求，本加密方法采用效率較高的AES算法進(jìn)行加密。針對(duì)高安全性的要求，本加密方法對(duì)混沌理論進(jìn)行改進(jìn)，提高AES初始密鑰的隨機(jī)性，增強(qiáng)加密的安全性?；诘乩硇畔a(chǎn)品文件加密方案的主要流程如下:
[0041]第一，選擇要加密的地理信息產(chǎn)品數(shù)據(jù)文件。
[0042]第二，輸入初始值，啟動(dòng)改進(jìn)的混沌系統(tǒng)(本方案采用的混沌系統(tǒng)是一維Logsitic 映射與一維 Chebyshev 映射);
[0043]第三，一維Logsitic映射與一維Chebyshev映射各自生成256bit混純序列A與256bit混沌序列B ；
[0044]第四，將256bit混沌序列A與256bit混沌序列B進(jìn)行對(duì)位異或運(yùn)算，生成的256bit混沌序列作為