專利名稱：基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法。
背景技術(shù)：
哈夫曼編碼是以D.A.Huffman在1952年發(fā)表的《最小冗余代碼的構(gòu)造方法》為基本理論依據(jù)的編碼，是一種基于概率模型的無損壓縮編碼。其基本原理是頻繁使用的數(shù)據(jù)用較短的代碼代替，很少使用的數(shù)據(jù)用較長的代碼代替，每個數(shù)據(jù)的代碼各不相同，保證了對編碼譯碼時的唯一性。。哈夫曼編碼的一般算法如下:(I)首先統(tǒng)計信源中各個符號出現(xiàn)的概率，按符號出現(xiàn)的概率從人到小排序；(2)取兩個概率最小的符號賦以I和O (大概率賦1，小概率賦0，或相反)，將這兩個概率相加合并成新的概率，然后與剩余的概率組成新的概率集合；(3)對新的概率集合重新排序，重復(fù)步驟(2)，直到最后兩個概率之和為；(4)從下到上構(gòu)造一棵編碼樹，由樹的結(jié)構(gòu)可得到信源符號相應(yīng)的碼字。由于需要建立二叉樹并遍歷二叉樹生成編碼，因此數(shù)據(jù)壓縮和還原速度都較慢，但簡單有效，因而得到廣泛的應(yīng)用。Huffman編碼作為一種通用、高效的數(shù)據(jù)編碼方法在文本、圖像、音頻、網(wǎng)絡(luò)加速等方面有著廣泛的應(yīng)用，但難以保證數(shù)據(jù)的安全性傳輸。門限方案(t，η)是一種密碼學(xué)方案，一個數(shù)據(jù)項分成η個部分，η中的任何t項足以確定原始數(shù)據(jù)項。大部分加密算法經(jīng)過對明文數(shù)據(jù)的加密處理后，密文的長度和存儲空間要遠(yuǎn)大于明文，存在嚴(yán)重的數(shù)據(jù)膨脹問題。因此，對于現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，迫切需要本領(lǐng)域技術(shù)人員解決的技術(shù)問題是提供一種簡潔、高效、安全的數(shù)據(jù)傳輸措施，已解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，有效增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴榱私鉀Q上述問題，本發(fā)明公開了一種基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，包括:用戶通過客戶端將明文數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器端；哈夫曼壓縮算法根據(jù)明文中字符出現(xiàn)的概率進行編碼，從而構(gòu)建哈夫曼樹；將哈夫曼樹的每個字節(jié)作為共享的密鑰S，門限方案為(t，n)，計算得到η個影子，客戶端將其中的m份影子發(fā)送到可信第三方CA ；客戶端將其t-m份影子和密文通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端；服務(wù)器端根據(jù)在收到t-m影子和密文之后，向可信第三方CA發(fā)起獲取m份數(shù)據(jù)項影子的請求；
可信第三方CA通過對服務(wù)器端的身份認(rèn)證后，對服務(wù)器端的請求進行響應(yīng)，發(fā)送m份數(shù)據(jù)項影子給服務(wù)器端；
服務(wù)器端根據(jù)門限方案，利用插值多項式恢復(fù)出哈夫曼樹；
服務(wù)器端根據(jù)哈夫曼樹和密文，利用哈夫曼進行解壓縮，得到明文。
進一步地,所述方法在構(gòu)建哈夫曼樹時還包括:
對哈夫曼樹進行填充,具體:定義每兩個字節(jié)代表huffman樹中一個節(jié)點，前一字節(jié)為節(jié)點標(biāo)識，后一字節(jié)為節(jié)點類型。
進一步地,所述節(jié)點類型包括中間節(jié)點、葉子節(jié)點和文本結(jié)束符。
進一步地，所述葉子節(jié)點的標(biāo)識即為其ASCII值。
進一步地，所述插值多項式為基于拉格朗日插值多項式。
進一步地，所述哈夫曼樹的遍歷規(guī)則為先父節(jié)點，后左右子節(jié)點，再左樹的左右節(jié)點，最后是右樹的左右子節(jié)點。
進一步地，所述編碼的規(guī)則為左I右O。
進一步地，所述文本結(jié)束符在同一附件里只出現(xiàn)一次。
綜上，本方案應(yīng)用于明文數(shù)據(jù)傳輸接收中，可以利用其簡潔高效的編碼解碼效率，大大降低了密文的長度及存儲空間，增強信道的傳輸速率，從而減少數(shù)據(jù)的傳輸延遲；同時，利用門限方案和可信第三方增加了傳輸數(shù)據(jù)的安全性。


圖1是本發(fā)明的本發(fā)明的一種基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法的流程示意圖2是本發(fā)明具體實施方式
中所構(gòu)建的哈夫曼樹的示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖與實例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。但所舉實例不作為對本發(fā)明的限定。
參見圖1所示，本發(fā)明的一種基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法的流程示意圖，具體包括以下主要步驟:
步驟S101，用戶通過客戶端將明文數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器端；
步驟S102，哈夫曼壓縮算法根據(jù)明文中字符出現(xiàn)的概率進行編碼，從而構(gòu)建哈夫曼樹；
步驟S103，將哈夫曼樹的每個字節(jié)作為共享的密鑰S，門限方案為(t，n)，計算得到η個影子，客戶端將其中的m份影子發(fā)送到可信第三方CA ；
步驟S104，客戶端將其t-m份影子和密文通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端；
步驟S105，服務(wù)器端根據(jù)在收到t-m影子和密文之后，向可信第三方CA發(fā)起獲取m份數(shù)據(jù)項影子的請求；
步驟S106，可信第三方CA通過對服務(wù)器端的身份認(rèn)證后，對服務(wù)器端的請求進行響應(yīng)，發(fā)送m份數(shù)據(jù)項影子給服務(wù)器端；
步驟S107，服務(wù)器端根據(jù)門限方案，利用插值多項式恢復(fù)出哈夫曼樹；步驟S108，服務(wù)器端根據(jù)哈夫曼樹和密文，利用哈夫曼進行解壓縮，得到明文。以下是，實際應(yīng)用中的更為具體的工作流程:1、在客戶端，用戶需要將明文數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端，明文:aabbccddaabbccddaabbccddabcdabcaba哈夫曼壓縮算法根據(jù)明文中字符出現(xiàn)的概率，進行編碼，構(gòu)建哈夫曼樹，參見圖2。Huffman樹遍歷規(guī)則:ff->fd->fe->c->NUL->d->b->a ;即先父節(jié)點,后左右子節(jié)點；接著左樹的左右子節(jié)點，一直深度遍歷下去；然后才是右樹的左右子節(jié)點，深度遍歷下去，編碼規(guī)則為左I右O。得到編碼規(guī)則a->00，b->01，c->10，d->110，NUL->lll ;NUL代表文本結(jié)束符，由此得到密文:05ad816b605a d86c309c ；為在數(shù)據(jù)傳輸過程中正確表示哈夫曼樹，對哈夫曼樹進行填充，定義:每兩個字節(jié)代表huffman樹中一個節(jié)點，前一字節(jié)為節(jié)點標(biāo)識，后一字節(jié)為節(jié)點類型。其中，節(jié)點類型共有三種數(shù)值，ff中間節(jié)點00葉子節(jié)點，01為文本結(jié)束符(只出現(xiàn)I次，是為了在同一附件里區(qū)分空字符與文本結(jié)束符，0000為空字符，0001為文本結(jié)束符)。中間節(jié)點ff的標(biāo)識從ff開始往下自動排序，葉子節(jié)點00的標(biāo)識即為其ASCII值，例中a的ASCII值為61，b的ASCII值為62，c的ASCII值為63，d的ASCII值為64。因此哈夫曼樹表示為ff ff fd fffe ff 63 00 00 01 64 00 62 00 61 00。2、得到哈夫曼樹為:ff ff fd ff fe ff 63 00 00 01 64 00 62 00 61 00
密文為:05ad 81 6b 60 5a d8 6c 30 9c3、根據(jù)基于拉格朗日插值多項式的門限方案機密共享算法，由t-Ι次拉格朗日插值多項式，令P (X) =..+a^+ao) mo dp其中，常量aQ為共享的機密S，aQ=S，P(0)=S。選擇p>S，且p>n，任意選擇a1； a2,...，at_2, aH,將P⑴，P⑵，...P(n)作為n個影子,形成門限方案(t, η)。將哈夫曼樹的每個字節(jié)作為共享的密鑰s，門限方案為(t，n)，計算得到η個影子，客戶端將其中的m份影子發(fā)送到可信第三方CA。4、客戶端將其t-m份影子和密文通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端。5、服務(wù)器端根據(jù)在收到t-m影子和密文之后，向可信第三方CA發(fā)起獲取m份數(shù)據(jù)項影子的請求。6、可信第三方CA通過對服務(wù)器端的身份認(rèn)證后，對服務(wù)器端的請求進行響應(yīng)，發(fā)送m份數(shù)據(jù)項影子給服務(wù)器端。7、服務(wù)器端根據(jù)門限方案，利用插值多項式，
I 令kr=P (xr)，P(x) = Σ^ Π ((x —xj)!ixi — xJ))modi
i=l /=IjVi恢復(fù)出哈夫曼樹。8、服務(wù)器端根據(jù)哈夫曼樹和密文，利用哈夫曼進行解壓縮，得到明文。以上對本發(fā)明所提供的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法進行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，其特征在于，包括: 用戶通過客戶端將明文數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器端； 哈夫曼壓縮算法根據(jù)明文中字符出現(xiàn)的概率進行編碼，從而構(gòu)建哈夫曼樹； 將哈夫曼樹的每個字節(jié)作為共享的密鑰S，門限方案為(t，n)，計算得到η個影子，客戶端將其中的m份影子發(fā)送到可信第三方CA ； 客戶端將其t-m份影子和密文通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)器端； 服務(wù)器端根據(jù)在收到t-m影子和密文之后，向可信第三方CA發(fā)起獲取m份數(shù)據(jù)項影子的請求； 可信第三方CA通過對服務(wù)器端的身份認(rèn)證后，對服務(wù)器端的請求進行響應(yīng)，發(fā)送m份數(shù)據(jù)項影子給服務(wù)器端； 服務(wù)器端根據(jù)門限方案，利用插值多項式恢復(fù)出哈夫曼樹； 服務(wù)器端根據(jù)哈夫曼樹和密文，利用哈夫曼進行解壓縮，得到明文。
2.如權(quán)利要求1所述的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，其特征在于，所述方法在構(gòu)建哈夫曼樹時還包括: 對哈夫曼樹進行填充，具體:定義每兩個字節(jié)代表huffman樹中一個節(jié)點，前一字節(jié)為節(jié)點標(biāo)識，后一字節(jié)為節(jié)點類型。
3.如權(quán)利要求2所述的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，其特征在于，所述節(jié)點類型包括中間節(jié)點、葉子節(jié)點和文本結(jié)束符。
4.如權(quán)利要求1所述的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，其特征在于，所述葉子節(jié)點的標(biāo)識即為其ASCII值。
5.如權(quán)利要求1所述的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，其特征在于，所述插值多項式為基于拉格朗日插值多項式。
6.如權(quán)利要求1所述的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，其特征在于，所述哈夫曼樹的遍歷規(guī)則為先父節(jié)點，后左右子節(jié)點，再左樹的左右節(jié)點，最后是右樹的左右子節(jié)點。
7.如權(quán)利要求6所述的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，其特征在于，所述編碼的規(guī)則為左I右O。
8.如權(quán)利要求3所述的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，其特征在于，所述文本結(jié)束符在同一附件里只出現(xiàn)一次。
全文摘要
本發(fā)明提供的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，包括明文數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器端后根據(jù)明文中字符出現(xiàn)的概率進行編碼，構(gòu)建哈夫曼樹；哈夫曼樹的每個字節(jié)作為共享的密鑰s，門限方案為(t，n)，得到n個影子，將其中m份影子發(fā)送到可信第三方CA；將其t-m份影子和密文發(fā)送給服務(wù)器端；服務(wù)器端在收到t-m影子和密文之后向可信第三方CA發(fā)起獲取m份數(shù)據(jù)項影子的請求；可信第三方CA對服務(wù)器端的身份認(rèn)證后對服務(wù)器端的請求響應(yīng)，發(fā)送m份數(shù)據(jù)項影子給服務(wù)器端；服務(wù)器端根據(jù)門限方案恢復(fù)出哈夫曼樹；利用哈夫曼解壓縮得到明文。本發(fā)明提供的基于哈夫曼壓縮的數(shù)據(jù)傳輸門限方案的加密方法，有效增強了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?br> 文檔編號H04L1/00GK103178968SQ20131012083
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月9日
發(fā)明者何涇沙, 趙斌, 肖鵬, 張玉強, 張躍騫, 豆陪陪 申請人:北京工業(yè)大學(xué)