復合時變密碼和時變式數據加密方法
【專利摘要】復合時變密碼和時變式數據加密方法，涉及信息和電子技術，主要提供一種“復合時變密碼”和一種“時變式數據加密方法”的原理方法。1、“復合時變密碼”它是對“時變密碼”的升級，是在基本密碼基礎上，融入包括時間變量、序列碼、附加碼在內的多種變量。使基本密碼與選定的變量相互間進行約定的運算，其約定的運算方法通過編碼定義，而且使這種運算可以多次循環(huán)，以增加破解難度。該系統(tǒng)的構建成本費用低、安全性更強。2、“時變數據加密方法”是利用“復合時變密碼”的算法，進行數據的加密、解密的方法。它算法簡單，可靠性高。可以廣泛應用在日常生活、經濟、軍事等領域。
【專利說明】復合時變密碼和時變式數據加密方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及"復合時變密碼"和"時變式數據加密方法"，是一種"動態(tài)密碼"的原 理方法和一種"數據文件加密"的原理方法，屬于信息技術和電子【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 在信息社會，大量地存在著各類"求證"和"驗證"活動。"管理者"要對"客戶"進 行身份認證，往往以驗證"密碼"的形式進行。其過程一般由客戶提出"求證"申請，提交"密 碼"；而管理者進行"驗證"，則把客戶提交的"密碼"，與預先存儲在于管理方的"密碼"相比 較，如果一致，則認可客戶身份的真實性，如果不一致則不認可。
[0003] 目前，社會上普遍使用的一般是"靜態(tài)密碼"，其"密碼"是固定不變的，它易于記 憶，使用簡單方便，易于推廣；但缺點是安全性差，密碼容易被盜用。還有一種是"動態(tài)密 碼"，是根據專門的算法生成一個不可預測的隨機數字組合，每個密碼只能使用一次，可以 有效保護交易和登錄的認證安全，"動態(tài)密碼"無需定期更換密碼，安全省心，目前也已經被 廣泛地應用；但這些"動態(tài)密碼"卻存在成本高和操作不便的兩大問題，它往往需要硬件支 持，使用攜帶不方便。
[0004] 為克服以上這些密碼的缺點，本人提出了 "時變密碼"的概念，并于2013年4月3 日進行了專利申請，名稱為《時變密碼和時變密碼鎖》（專利申請?zhí)枮?01310115701. 5)。
[0005] 但由于在《時變密碼和時變密碼鎖》的專利申請時，只對"時變密碼"的典型部分的 進行了權利要求和說明，有進一步升級、優(yōu)化的空間，其要求保護的權利范圍也過于狹窄。
[0006] 與此類似的，數據加密的活動也大量存在各類于通信過程中，其安全性問題也非 常突出。為此人們也使用了各種各樣的加密方法，如：替換加密法、換位加密法、回轉輪加 密法、多碼加密法，等等。也有很多標準，如：美國的數據加密標準DES，國際數據加密算法 IDEA，等等。這些加密方法和標準，在軍事、在商業(yè)等領域都有大量應用。
[0007] 為了加強數據加密的防破解能力，很多算法大多都采用復雜的函數，往往整個設 計過程不公開，使得人們會擔心破譯者利用函數的薄弱環(huán)節(jié)攻破，或者設計者有后門。所以 人們非常需要加密簡便而破解困難的密碼系統(tǒng)。
[0008] 在要此特別說明一下的是，由于在現實生活中，人們對"密碼"有兩種不同的理解， 容易混淆。或者說，"密碼"有兩種不同的含義：秘密的號碼，加密的代碼。
[0009] "秘密的號碼" 一般是指不對外公開的秘密的號碼，是一種特定的暗號、口令，它可 以是一組數字或字符。
[0010] "加密的代碼"一般是指經特別編制的可以公開的代碼（電碼、文件），但這些代碼 是通過一種變換手段加密了的，其本身含義是秘密的，需要解密才能有意義的，它可以是一 組數字或字符，也可以是整篇文件。這種"密碼"也稱為"密文"，與之對應的稱為"明碼"或 "明文"。
[0011] 所以，在本專利系列文件中，為防止產生歧義，遵照俗定約成的，對兩種"密碼"作 如下闡說：
[0012] "密碼"專指秘密的號碼，是秘密的口令，一種特定的暗號、口令。
[0013] "密文"專指加密的代碼，是加密的數據（文件），是"明文"通過"加密方法"得出 的代碼。


【發(fā)明內容】

[0014] 為了進一步優(yōu)化"時變密碼"的發(fā)明，更加完善其權利要求的保護的范圍，本發(fā)明 提供升級的一種"復合時變密碼"的方法，它可以更加有效地防止密碼被盜，而且適用范圍 更加廣泛。
[0015] 同時，本發(fā)明還根據該"復合時變密碼"的原理，提供了一種新的數據加密方法，即 "時變式數據加密方法"，它可以使人們對數據的加密，多一種安全、便捷的方法的選擇。
[0016] 為了達到上述目的，本發(fā)明為解決以上問題所采用的技術方案是：
[0017] -、本發(fā)明為其中的"復合時變密碼"系統(tǒng)所采用的技術方案如下。
[0018] 在基本密碼（基碼）的基礎上，融入變量"附屬碼"。"附屬碼"可以包括時間變量 (值）、序列碼（號）、附加碼等多種變量。（為敘述方便，把時間變量、序列碼、附加碼統(tǒng)一 歸納稱為"附屬碼"。）
[0019] 使"基碼"與選定的"附屬碼"相互間進行約定的運算，其算法由編碼定義，并且可 以使這種計算多次循環(huán)，以增加破解難度。
[0020] 具體的就是，使該密碼系統(tǒng)具有"元始碼"、"附屬碼"、"時變碼"等，并具有"運算方 法""選算方法""自算方法"和"計次方法"。
[0021] 其中"元始碼"是由"基碼"、"運算碼"組成的，它們均可以為數字、字符。
[0022] 其中的"運算碼"除了定義"選算方法""運算方法"外，還可以定義"自算方法"。
[0023] "自算方法"是用于確定對"基碼"進行選擇、變換、運算的，其生成結果為"基衍 碼"，
[0024] 其中的"選算方法"所針對的對象除"時間參數"外，還可以有"序列碼"和"附加 碼"，也即通過"選算方法"可以對"時間參數"和"序列碼"、"附加碼"中的一種或者多種數 值進行選擇、變換、運算而生成"時衍碼"。
[0025] 通過"運算方法"對"基衍碼"（替代了 "基碼"）和"時衍碼"間進行交互運算后， 其結果可以先生成"中間碼"，"中間碼"繼續(xù)分解為新的"基碼"和"運算碼"，可以再定義相 應的計算方法，重復進行相應的運算，最后的"基衍碼"和"時衍碼"間進行交互運算結果才 生成"時變碼"。
[0026] 其中間的重復的次數也可以由"運算碼"定義確定。
[0027] 也即"運算碼"可以定義運算、選算、自算、計次（重復次數）各類運算方法。
[0028] "運算方法"特指：針對"基衍碼"和"時衍碼"間進行交互運算的算法。
[0029] "選算方法"特指：針對"時間參數"和"序列碼"、"附加碼"中的一種或者多種數值 進行選擇、變換、運算的算法。
[0030] "自算方法"特指：針對"基碼"進行選擇、變換、運算的算法。
[0031] "重復次數"特指：循環(huán)生成"中間碼"次數。
[0032] 這些算法都可以是的基本算術運算，也可以是邏輯運算。其名稱是為了敘述方便， 加以區(qū)別，人為的命名。
[0033] "時間參數"是指由時鐘產生的"時間值參數"，或稱"時間值"。
[0034] "序列碼"是指"序列號"的編碼，當產生密碼或加密有若干次時，可記錄其序列。
[0035] 在專利申請?zhí)枮?01310115701. 5的《時變密碼和時變密碼鎖》申請文件中，對定 義算法的碼元，按功能命名"運算碼"、"選運碼"。所以，在本申請文件中，對定義算法的碼 元，擴展后也可以按功能命名"運算碼"、"選運碼"、"自選碼"、"計次碼"等，再對應各類算法。
[0036] 考慮到文章敘述的簡潔，本文件統(tǒng)一用"運算碼"概括，但變換計算過程是一樣的， 只是省略中間名稱的具體命名。
[0037] 二、本發(fā)明為其中的"時變式數據加密方法"系統(tǒng)所采用的技術方案如下。
[0038] 所謂的"加密方法"指的是雙方文件傳輸過程中進行加密所采取的方法。發(fā)送方 將"明文"在"密鑰"的控制下進行運算得到"密文"，傳送到接收方，接收方將"密文"在"密 鑰"的控制下進行運算得到"明文"。
[0039] 它可以分為分組密碼和序列密碼。1、分組密碼，是發(fā)送方將"明文"劃分η比特的 數據組，然后在"密鑰"的控制下進行運算得到"密文"，傳送到接收方，接收方將"密文"也 劃分η比特的數據組，然后在"密鑰"的控制下進行運算得到"明文"。2、序列密碼，又稱為 密鑰流密碼，是不分組的直接加密、解密。
[0040] "時變數據加密方法"是一種基于"復合時變密碼"的數據加密方法，它是利用"復 合時變密碼"（也可以是未升級前的"時變密碼"）的算法，進行實施、進行加密、解密的。
[0041] 發(fā)送方把"密鑰"作為"元始碼"，按其變換原理，先計算出"時變碼"，然后把"明碼" 的數據進行分組，每組均與"時變碼"進行"異或"，其結果作為"密文"傳送到接收方，
[0042] 接收方也將"密鑰"作為"元始碼"，先計算出"時變碼"，然后把接收的"密文"的數 據進行分組，每組均與"時變碼"進行"異或"，（組合后）得出"明文"。
[0043] 當然，如果一旦"明碼"足夠短而"時變密碼"足夠長，加密、解密過程就不用分組。
[0044] 根據"異或"的邏輯運算法則，Α與Β異或后，其值再與Β異或，其結果仍為Α。艮Ρ， (A θ B) ? B = A。
[0045] 設發(fā)送方，使A為"明碼"，B為由"密鑰"生成的"時變碼"，則可得"密文"為 (Α θ B)。那么，接收方，就可以計算（Α θ Β) θ B，就重新得"明碼"A。
[0046] 由于發(fā)送（接收）方，是通過"密鑰"計算生成的B，是他人不可知、不可預測的，所 以（Α ? B)也就不可知、不可預測，作為"密文"安全性可以非常好。
[0047] 歸根到底，密碼是一種用來混淆的技術，它就是將正常的、可識別的信息轉變?yōu)闊o 法識別的信息。"時變數據加密方法"就達到了這樣的目的。
[0048] 三、本發(fā)明為其中的"復合時變密碼"及"時變式數據加密方法"系統(tǒng)所采用的技 術方案還可以如下。
[0049] 1、"運算碼"對運算方法、選算方法、自算方法、重復次數的定義，可以是合并混合 定義的。即"運算方法"、"選算方法"、"自算方法"、"重復次數"中的幾種算法捆綁在一起被 "運算碼"中某幾位定義，如"運算碼"中第一位的"01"代表著"運算方法"是加，"選算方法" 是減，"自算方法"乘2, "重復次數"是3次；"02"代表著"運算方法"是減，"選算方法"是 減，"自算方法"乘3，"重復次數"是1次。等等。
[0050] 2、"運算碼"對運算方法、選算方法、自算方法、重復次數的定義，也可以是分開的 按位各自對應定義的。即"運算碼"中某幾位定義"運算方法"、某幾位定義"選算方法"、某幾 位定義"自算方法"、某幾位定義"重復次數"，相當于"時變密碼"中直接有"運算碼"、"選算 碼"等等，如"運算碼"中第一位的"1、2、3、……"分別代表"運算方法"的"+、_、*、……"， 第二位的"1、2、3、……"分別代表"選算方法"的"+、_、*、……"，第三位的"1、2、3、……" 分別代表"自算方法"的"+、_、*、……"，等等?？梢栽谧儞Q過程中變換后再分開定義，也 可以分開后的各自變換各自定義。
[0051] 3、"運算碼"碼元的位置在每一次重復運算過程中，可以是可以相同，也可以不同。 如某碼元第一次的位置在第一位，第二次的位置在第三位。
[0052] 4、運算碼"對運算方法、選算方法、自算方法的定義，在重復運算過程中，可以是每 一次可以相同，也可以不同。如第一次，1代表相加、2代表相減；而第二次1代表相減、2代 表相乘。
[0053] 四、其技術方案也還可以如下。
[0054] 1、"自算方法"對"基碼"進行選擇、變換、運算而生成的"基衍碼"，其長度相對"基 碼"可以相同，也可以是變化的。這樣讓破譯者感到更加沒有規(guī)律。
[0055] 2、"基碼"也可以是直接從"元始碼"的多段碼元中選擇不同的一段，也即循環(huán)運算 過程中各次的"基碼"可以不一樣。這樣每一次的"基碼"可以不一定就是前面的"基碼"， 相當于多個"元始碼"中選擇一個，也可以由隨機的"附加碼"定義選擇。如事先準備一長 串1000位的數，每次選擇其中的一段，運算碼對應的控制位是1，表示第一位開始的64位， 2表示表示第一位開始的64位……，13表示第3位開始的偶數的64位……，這樣運算不復 雜，但更加安全。
[0056] 3、"選算方法"對"時間參數"、"序列碼"、"附加碼"進行的選擇、變換、運算，其針對 的對象，可以全部的、也可以是其中一個的，在循環(huán)運算過程中各次可以是相同的、也可以 不同的。如第一次運算，選擇"時間參數"中的天、小時，又選擇"序列碼"但沒有"附加碼"， 第二次運算選擇"時間參數"的周、分，有"附加碼"，等等。
[0057] 4、附加碼可以每一次都不一樣，可以隨機產生，可以使得計算結果更加復雜。
[0058] 5、附加碼、序列、時間參數，可以由發(fā)送方和接收任何一方產生，而向對方傳送。作 為"附屬碼"可以統(tǒng)一由一方產生，也可以交叉?zhèn)魉?，時間參數和序列可以各自獨立產生。時 間參數可以雙方同步即可，不一定是標準時間。
[0059] 五、其技術方案也還可以如下。
[0060] 1、在"時變數據加密方法"中，序列碼可以是"明文"（或"密文"）按位、或按字節(jié)、 或按字段、或按分組編碼的，可以從1開始計數，也可以從1以外的其他數開始，如150開 始，以增加破解難度。
[0061] 2、序列碼也可以是時間值的延續(xù)，可以是在每一個時間段后序列重新計數的。
[0062] 六、其技術方案也還可以如下。
[0063] 1、附加碼、序列碼、時間參數等附屬碼可以與"復合時變碼"或"密文"在同一信道 上傳輸的，也可以相互間在不同的信道上傳送。無論是作為口令還是密文使用，相互間在其 他不同的信道上傳送，被截獲的概率更少安全性更強。
[0064] 2、附屬碼也可以是加在"密文"的信源內傳輸。在信源中傳送，相當于內容也參與 加密計算，破解更加困難。
[0065] 本發(fā)明的有益效果：
[0066] 本發(fā)明"復合時變密碼"的有益效果是，由于它是對"時變密碼"的升級，所以它具 備"時變密碼"的優(yōu)點，而且它不僅引進了時間值的運算，而且引進了序列碼、附加碼等動態(tài) 變量，引入循環(huán)運算，更加安全，而構建的成本費用也低，也更適合有軟件或微電腦的器件 上使用。
[0067] 本發(fā)明"時變式數據加密方法"的有益效果：
[0068] 由于是"時變數據加密方法"是一種基于復合時變密碼的數據加密方法，它是利用 "復合時變密碼"的算法，進行實施、進行加密、解密的，因而它簡單易行、安全可靠。
[0069] 1、算法簡單、直觀，不存"后門"。整個過程都是常規(guī)的變化，如：選擇（是數據選 擇其中幾段或者幾個位）、變換（說碼位的次序變換）、運算（是基本算術運算和邏輯運算） 等，不需要采用復雜的函數，對使用者來說都是可公開的，也不存在其他薄弱環(huán)節(jié)。
[0070] 2、計算變化是無規(guī)律的、發(fā)散的。它是以編碼定義算式，使編碼與各運算方法掛 鉤，是人為的、無規(guī)律的約定，這就使得整體的計算方法是人為定義的、發(fā)散的、無規(guī)律，要 破譯只有采用窮舉法。
[0071] 3、加密的成本低，而破譯的開銷非常大。普通基本的運算可以進行無限的變化約 定，如果密鑰是可以選擇的（密鑰多個選擇一個，或在一長串中選取一段）在密鑰長度一定 的情況下，窮舉法的開銷可以無限大。如果密鑰64bit，可設超長的6400bit元始碼，然后簡 單地進行選擇。
[0072] 如果算法定義不開放，雙方只是自己內部定義，而且隨時變化，變換法則可以完全 無限，外人根本無法破解。
[0073] 如果算法定義開放，一旦元始碼有足夠長度，外人也很難無法破解。
[0074] 即使元始碼萬一被盜，由于存在附屬碼，它可以在不同位置，在不同時間隨機加 入，也完全可以保護，使得外人難以破解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0075] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0076] 圖1是"復合時變密碼"的工作原理的一種流程框圖。
[0077] 圖2是常規(guī)使用的分組密碼體制的框圖。
[0078] 圖3是一種"時變數據加密方法"的工作原理的一種流程框圖。
[0079] 圖中，其數據變化的流程主要涉及各類數碼、算法、數據來源、流向、具體運算、"異 或"運算等幾部分。在圖中分別為：

【權利要求】
1. 復合時變密碼和時變式數據加密方法，一種動態(tài)密碼系統(tǒng)和一種利用其原理實現的 數據加密方法，復合時變密碼是對"時變密碼"的一種升級，"時變密碼"是指通過"元始碼" 結合時間參數進行運算而成的，"元始碼"中的"運算碼"定義著"選算方法"、"運算方法"， 通過這些算法又使"元始碼"中的"基碼"與時間參數進行一系列運算而生成動態(tài)的"時變 碼"，在此基礎上升級的復合時變碼，其特征是：其中的"運算碼"除定義"選算方法"、"運算 方法"外，還可以定義"自算方法"，"自算方法"是用于確定對"基碼"進行選擇、變換、運算 的，其生成結果為"基衍碼"，其中的"選算方法"所針對的對象除"時間參數"外，還可以有 "序列碼"和"附加碼"，也即通過"選算方法"可以對"時間參數"和"序列碼"、"附加碼"進 行選擇、變換、運算而生成"時衍碼"，通過"運算方法"對"基衍碼"和"時衍碼"間進行交互 運算后，可以生成"中間碼"，"中間碼"繼續(xù)分解為新的"基碼"和"運算碼"，可以再定義相 應的算法，重復進行相應的運算，最后的"基衍碼"和"時衍碼"間進行交互運算結果才生成 "時變碼"，其中間的重復的次數也可以由"運算碼"定義確定。
2. 根據權利要求書1所述的復合時變密碼和時變數據加密方法，其中的"加密方法"指 的是，發(fā)送方將"明文"在"密鑰"的控制下進行運算得到"密文"，傳送到接收方，接收方將 "密文"在"密鑰"的控制下進行運算得到"明文"，"時變數據加密方法"其特征是：該加密方 法是利用"復合時變密碼"的算法原理進行實施的，發(fā)送方把"密鑰"作為"元始碼"而計算 出"時變碼"，把"明碼"的數據進行分組，每組均與"時變碼"進行"異或"，結果作為"密文" 傳送到接收方，接收方也將"密鑰"作為"元始碼"而計算出"時變碼"，把接收的"密文"的 數據進行分組，每組均與"時變碼"進行"異或"，得出"明文"。
3. 根據權利要求書1或2所述的復合時變密碼和時變式數據加密方法，其特征是："運 算碼"對運算方法、選算方法、自算方法、重復次數的定義，可以是合并混合定義的，也可以 是分開的按位各自對應定義的，碼元的位置在每一次重復運算過程中，也可以是不同的， "運算碼"對運算方法、選算方法、自算方法的定義結果，在重復運算過程中，每一次也可以 是不同的。
4. 根據權利要求書1或2所述的復合時變密碼和時變式數據加密方法，其特征是："自 算方法"對"基碼"進行選擇、變換、運算而生成的"基衍碼"，其長度相對"基碼"而言也可以 是變化的，"基碼"也可以是直接從"元始碼"的多段碼元中選擇一段，也即循環(huán)運算過程中 各次的"基碼"可以不一樣，"選算方法"對"時間參數"、"序列碼"、"附加碼"進行的選擇、變 換、運算，其針對的對象，可以是其中一個的、也可以是多個或全部的，在循環(huán)運算過程中各 次定義的算法也可以是不同的，附加碼、序列、時間參數，可以由發(fā)送方和接收任何一方產 生，而向對方傳送，附加碼也可以每一次都不一樣。
5. 根據權利要求書1或2所述的復合時變密碼和時變式數據加密方法，其特征是：在 "時變數據加密方法"中，序列碼可以是"明文"或"密文"按位、或按字節(jié)、或按字段、或按分 組編碼的，序列碼也可以是時間值的延續(xù)。
6. 根據權利要求書1或2所述的復合時變密碼和時變式數據加密方法，其特征是：附 加碼、序列碼、時間參數與"復合時變碼"或"密文"，相互間也可以在不同的信道上傳送的， 附加碼、序列碼、時間參數也可以是加在"密文"的信源內傳輸的。
【文檔編號】H04L9/16GK104125059SQ201310160790
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月28日 優(yōu)先權日:2013年4月28日
【發(fā)明者】陳麟華 申請人:陳麟華