專利名稱：一種基于混沌算法的n重rsa加密算法的數(shù)字版權(quán)保護方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)，涉及一種基于混沌算法的N重RSA加密算法的數(shù)字版權(quán)保護方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字版權(quán)保護技術(shù)(Digital Rights Management，即DRM)就是以一定的計算方法，實現(xiàn)對數(shù)字內(nèi)容的保護，其具體的應(yīng)用可以包括eBook、視頻、音頻、圖片、安全文檔等數(shù)字內(nèi)容的保護。數(shù)字版權(quán)保護方法主要有兩類，一類是采用數(shù)字水印技術(shù)，另一類是以數(shù)據(jù)加密和防拷貝為核心的DRM技術(shù)。數(shù)字水印(Digital Watermark)技術(shù)是在數(shù)字內(nèi)容中嵌入隱蔽的標(biāo)記，這種標(biāo)記通常是不可見的，只有通過專用的檢測工具才能提取。數(shù)字水印可以用于圖片、音樂和電影的版權(quán)保護，在基本不損害原作品質(zhì)量的情況下，把著作權(quán)相關(guān)的信息隱藏在圖片、音樂或電影中，而產(chǎn)生的變化通過人的視覺或聽覺是發(fā)現(xiàn)不了的。但是，目前市場上的數(shù)字水印產(chǎn)品在應(yīng)用方面還不成熟，容易被破壞或破解，而且數(shù)字水印方法，只能在發(fā)現(xiàn)盜版后用于取證或追蹤，不能在事前防止盜版。數(shù)據(jù)加密和防拷貝為核心的DRM技術(shù)是把數(shù)字內(nèi)容進行加密，只有授權(quán)用戶才能得到解密的密鑰，而且密鑰是與用戶的硬件信息綁定的。加密技術(shù)加上硬件綁定技術(shù)，防止了非法拷貝，這種技術(shù)能有效地達(dá)到版權(quán)保護的目的，當(dāng)前國內(nèi)外大部分計算機公司和研究機構(gòu)的DRM技術(shù)采用這種方法。混沌是存在于非線性系統(tǒng)中的一種較為普遍的現(xiàn)象，混沌并不是一片混亂，而是有著精致內(nèi)在結(jié)構(gòu)的一類現(xiàn)象。混沌運動具有遍歷性、規(guī)律性等特點。因此，如果利用混沌變量進行優(yōu)化搜索，無疑會比隨機搜索更具有優(yōu)先性。RSA加密算法是一種非對稱加密算法。在公鑰加密標(biāo)準(zhǔn)和電子商業(yè)中RSA被廣泛使用。RSA算法是第一個能同時用于加密和數(shù)字簽名的算法，是被研究得最廣泛的公鑰算法，從提出到現(xiàn)在已近二十年，經(jīng)歷了各種攻擊的考驗，逐漸為人們接受，普遍認(rèn)為是目前最優(yōu)秀的公鑰方案之一。RSA加密算法的安全性依賴于大數(shù)的因子分解，但并沒有從理論上證明破譯RSA的難度與大數(shù)分解難度等價。即RSA的重大缺陷是無法從理論上把握它的保密性能如何，而且密碼學(xué)界多數(shù)人士傾向于因子分解不是NPC問題。RSA的缺點主要有1)產(chǎn)生密鑰很麻煩，受到素數(shù)產(chǎn)生技術(shù)的限制，因而難以做到一次一密。2)分組長度太大，為保證安全性，η至少也要600bits以上，使運算代價很高，尤其是速度較慢，較對稱密碼算法慢幾個數(shù)量級；且隨著大數(shù)分解技術(shù)的發(fā)展，這個長度還在增加，不利于數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化。目前，SET (Secure Electronic Transaction)協(xié)議中要求CA采用2048bits長的密鑰，其他實體使用10M比特的密鑰。3)RSA密鑰長度隨著保密級別提高，增加很快。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于混沌算法的N重RSA加密算法的數(shù)字版權(quán)保護方法，安全性和可靠性較高，運行速度快，具較好的穩(wěn)定性和開放性。本發(fā)明一種基于混沌算法的N重RSA加密算法的數(shù)字版權(quán)保護方法，包括私鑰生成、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)解密3個步驟步驟1、生成私鑰參數(shù)，并以此產(chǎn)生公、私鑰對，作為加密解密用；步驟11、先用混沌算法隨機生成最低位為奇數(shù)的隨機數(shù)，然后，對生成的隨機數(shù)進行合數(shù)判斷測試，當(dāng)經(jīng)過預(yù)設(shè)次數(shù)的合數(shù)判斷測試仍未通過時，則該隨機數(shù)視為素數(shù)；如此，通過上述方法隨機生成三個素數(shù)P，q和r ；步驟12、利用步驟11通過混沌算法隨機生成三個素數(shù)p，q，r，計算N = p*q*r ；步驟13、計算 N = (p-1) (q-1) (r_l)；步驟14、隨機選取整數(shù)e，該整數(shù)e滿足Mod (e，N) = 1 ；步驟15、利用歐幾里得算法計算d，滿足e*d ^ 1 MOD N ；步驟16、公開N，整數(shù)e作為E，記為公鑰E = <N，e>，保密p，q，r，d，N作為D，記為私鑰 D = <p, q, r, d，N> ；步驟2、讀取待加密文件的數(shù)字內(nèi)容，利用步驟1中獲得的公鑰E對待加密文件的數(shù)字內(nèi)容進行RSA加密，其中，加密時的加密算法為c = E(m) =me(M0D N)，保存經(jīng)加密的數(shù)字內(nèi)容的同時附加私鑰文件和每一次取出密文的長度，以便解密時使用；步驟3、在解密過程中，解密模塊通過讀取私鑰文件獲取私鑰，對已加密的數(shù)字內(nèi)容進行解密；其中，解密時用的解密算法為m = D(c) = cd(MOD N)。所述的步驟11中隨機生成3個素數(shù)的算法如下(1)選擇用于載波的混沌變量選用公式χη+1= μ I(I-Xn)，其中 μ = 4，0 彡 彡 1，η = 0，1，2，；首先，用系統(tǒng)隨機函數(shù)產(chǎn)生一個隨機值C，設(shè)定& = c ；然后通過公式χη+1 = μ Xn(I-Xn)分別進行M次的循環(huán)計算，得到M個混沌變量，該循環(huán)次數(shù)M等于要生成的素數(shù)的二進制的位數(shù)，通過M次循環(huán)后，可以得到一組混沌變量
X1J X2J Χβ …？ ^M ‘(2)將步驟(1)中產(chǎn)生的所有混沌變量的變化范圍，通過公式m_ValUe[i]= Ci+diXi，i =0，1，2，3，...，M-1分別放大到相應(yīng)的優(yōu)化變量(Ci5CiH)取值范圍中，其中Ci, Cli為常數(shù)，Ci為步驟(1)中用系統(tǒng)隨機函數(shù)產(chǎn)生隨機值，Ci = Xi - 550，Cli為小素數(shù)表中隨機選取的值，值為prime [cj.從而，可以得到一個隨機數(shù)p，總共M位，其中，隨機數(shù)ρ的大小可以表示為ρ = m_value
+m_value[l] · 0x10000000+m_value[2] · (0x10000000)2++ …+m_value[M_l] · (0x10000000廣1(3)用Miller-Rabin算法進行合數(shù)判斷測試，當(dāng)經(jīng)過預(yù)設(shè)次數(shù)的合數(shù)判斷測試仍未通過時，則由步驟O)生成的隨機數(shù)視為素數(shù)，進入步驟G)，若測試失敗，則生成的隨機數(shù)不是素數(shù)，返回步驟O)，繼續(xù)生成素數(shù)的算法，重新生成素數(shù)；
所述的Miller-Rabin算法，令n-1 = 2 ,其中t是非負(fù)整數(shù)，m是正奇數(shù)，若 bmEl(mod d)或者爐、Ξ -1 (mod d)，0 彡 j 彡 t_l，則稱 η 通過以 b 為基的 Rabin-Miller 測試，具體步驟如下A、假定待測試的素數(shù)為p，計算b，b是2整除p-1的次數(shù)，即，滬是能整除p-1的 2的最大冪數(shù)，然后計算m，使得η = l+2bm ；B、選擇一個小于ρ的隨機數(shù)a，即1彡a彡p-1 ；C、設(shè) j = 0 且 ζ = am mod ρ ；D、如果ζ = 1或者ζ = p-1，那么ρ通過測試，可能是素數(shù)；E、如果j >0且ζ = 1，那么，ρ不是素數(shù)；F、設(shè)j = j+Ι，如果j<b且ζ乒p-1，設(shè)ζ = Z2 mod p，然后回到步驟E，如果ζ = P-I，那么ρ通過測試，可能為素數(shù)；G、如果j =b且ζ乒p-1，那么ρ不是素數(shù)；循環(huán)上述步驟若干次，如果ρ通過測試了，則將ρ視為素數(shù)，表示成功生成一個素數(shù)；若還沒有生成3個素數(shù)，則要返回步驟0)，用步驟(2)中獲得的混沌變量％進行迭代搜索，否則，跳到步驟(5)；(5)判斷該生成的3個素數(shù)p，q，r是否相等，若相等，則返回步驟(2)繼續(xù)生成素數(shù)的算法，若各不相同，則隨機生成3個素數(shù)的算法結(jié)束。所述的步驟14中整數(shù)e選值65537。本發(fā)明利用混沌算法為RSA加密算法生成素數(shù)，利用所生成的素數(shù)組合成公鑰和私鑰，再利用該公鑰和私鑰對文件的內(nèi)容進行加密和解密。由于混沌算法具有遍歷性、隨機性、規(guī)律性等特點，使搜索更加有效，從而使得生成素數(shù)更好更快。目前，世界上還沒有任何可靠的攻擊RSA算法的方式，本發(fā)明采用RSA加密算法，安全性較高，且基于混沌算法生成組合的私鑰，長度足夠長，速度足夠快，由于公鑰已知，故RSA加密算法具有很好的開放性。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明一種基于混沌算法的N重RSA加密算法的數(shù)字版權(quán)保護方法， 具體包括私鑰生成、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)解密3個主要步驟步驟1、生成私鑰參數(shù)，并以此產(chǎn)生公、私鑰對，作為加密解密用；步驟11、首先用混沌算法隨機生成最低位為奇數(shù)的隨機數(shù)，因為素數(shù)必定為奇數(shù)， 如果是偶數(shù)的話，能夠被2整除，然后，對生成的隨機數(shù)進行合數(shù)判斷測試，若通過測試，則其為合數(shù)，否則當(dāng)經(jīng)過預(yù)設(shè)次數(shù)的測試仍未通過時，則該隨機數(shù)視為素數(shù)，最后，通過混沌算法隨機生成三個素數(shù)P、q和r ；本發(fā)明中使用Miller-Rabin算法進行合數(shù)判斷測試，在本發(fā)明中，由于素數(shù)用一個大整數(shù)類表示，并且，表示為一個0x100000000進制數(shù)，其中，這個數(shù)的所有位保存在數(shù)組中，因此，對于一個隨機素數(shù)的生成，這中間就進行了許多次混沌演化。所述的步驟11中隨機生成3個素數(shù)的算法如下(1)選擇用于載波的混沌變量選用公式χη+1= μ I(I-Xn)，其中 μ = 4，0 彡 彡 1，η = 0，1，2，；首先，用系統(tǒng)隨機函數(shù)產(chǎn)生一個隨機值C，設(shè)定& = c ；然后通過公式χη+1 = μ Xn(I-Xn)分別進行M次的循環(huán)計算，得到M個混沌變量，該循環(huán)次數(shù)M等于要生成的素數(shù)的二進制的位數(shù)，通過M次循環(huán)后，可以得到一組混沌變量
X1J X2J Χβ …？(2)將步驟(1)中產(chǎn)生的所有混沌變量的變化范圍，通過公式m_ValUe[i]= Ci+diXi，i =0，1，2，3，...，M-1分別放大到相應(yīng)的優(yōu)化變量(Ci5CiH)取值范圍中，其中Ci, Cli為常數(shù)，Ci為步驟(1)中用系統(tǒng)隨機函數(shù)產(chǎn)生隨機值，Ci = Xi - 550，Cli為小素數(shù)表中隨機選取的值，值為prime [cj，從而，可以得到一個隨機數(shù)p，總共M位，其中，隨機數(shù)ρ的大小可以表示為ρ = m_value
+m_value[l] · 0x10000000+m_value[2] · (0x10000000)2++—+m_value[M-l] · (0x10000000廣1(3)用Miller-Rabin算法進行合數(shù)判斷測試，當(dāng)經(jīng)過預(yù)設(shè)次數(shù)的合數(shù)判斷測試仍未通過時，則由步驟O)生成的隨機數(shù)視為素數(shù)，進入步驟G)，若測試失敗，則生成的隨機數(shù)不是素數(shù)，返回步驟O)，繼續(xù)生成素數(shù)的算法，重新生成素數(shù)；所述的Miller-Rabin算法，令n-1 = 2 ,其中t是非負(fù)整數(shù)，m是正奇數(shù)，若 bmEl(mod d)或者爐、Ξ -1 (mod d)，0 彡 j 彡 t_l，則稱 η 通過以 b 為基的 Rabin-Miller 測試，具體步驟如下A、假定待測試的素數(shù)為p，計算b，b是2整除p-1的次數(shù)，即，滬是能整除p-1的 2的最大冪數(shù)，然后計算m，使得η = l+2bm ；B、選擇一個小于ρ的隨機數(shù)a，即1彡a彡p-1 ；C、設(shè) j = 0 且 ζ = am mod ρ ；D、如果ζ = 1或者ζ = p-1，那么ρ通過測試，可能是素數(shù)；E、如果j >0且ζ = 1，那么，ρ不是素數(shù)；F、設(shè)j = j+1，如果j <b且ζ乒p-1，設(shè)ζ = ζ2 mod p，然后回到步驟E，如果ζ = P-I，那么ρ通過測試，可能為素數(shù)；G、如果j =b且ζ乒ρ-1，那么ρ不是素數(shù)；循環(huán)上述步驟若干次，如果ρ通過測試了，則將ρ視為素數(shù)，表示成功生成一個素數(shù)；若還沒有生成3個素數(shù)，則要返回步驟0)，用步驟(2)中獲得的混沌變量％進行迭代搜索，否則，跳到步驟(5)；(5)判斷該生成的3個素數(shù)p，q，r是否相等，若相等，則返回步驟(2)繼續(xù)生成素數(shù)的算法，若各不相同，則隨機生成3個素數(shù)的算法結(jié)束。步驟12、利用步驟11通過混沌算法隨機生成三個素數(shù)p，q，r，計算N = p*q*r ；步驟13、計算 N = (p-1) (q-1) (r_l)；
步驟14、隨機選取整數(shù)e，該整數(shù)e滿足Mod(e，N) = 1 ；為了兼顧效率可以選取特殊值，可采用比較特殊的e值。比如3或65537。但是，如果e太小，明文m(需要加密的內(nèi)容)也很小，則對密文(c)來講，c = nf (mod η)，當(dāng)nf< η時，不用取模計算，直接將密文開 e此方就可以得到明文m。另外，e取的太小，很容易通過截獲e個相同消息的密文后，導(dǎo)致小指數(shù)攻擊成功。綜合以上考慮，本發(fā)明e選用65537 ；步驟15、利用歐幾里得算法計算d，滿足e*d ^ 1 MOD N ；步驟16、公開N，整數(shù)e作為E，記為公鑰E = <N，e>，保密p，q，r，d，N作為D，記為私鑰 D = <p, q, r, d，N> ；步驟2、讀取待加密文件的數(shù)字內(nèi)容，利用步驟1中獲得的公鑰E對待加密文件的數(shù)字內(nèi)容進行RSA加密，其中，加密時的加密算法為c = E(m) = me (MOD N)，保存經(jīng)加密的數(shù)字內(nèi)容的同時附加私鑰文件和每一次取出密文的長度，以便解密時使用；步驟3、在解密過程中，解密模塊通過讀取私鑰文件獲取私鑰，對已加密的數(shù)字內(nèi)容進行解密；其中，解密時用的解密算法為m = D(c) = cd(MOD N)。本發(fā)明的混沌算法過程具隨機性、均衡性和穩(wěn)定性的特點，生成的素數(shù)質(zhì)量好，速度快，并且均衡分布；公鑰和私鑰生成時，通過大整數(shù)來表示素數(shù)，對素數(shù)進行相應(yīng)的計算， 組合成私鑰，并且公布公鑰，對于素數(shù)的計算都是在素數(shù)這個類中進行操作的，方便并且響應(yīng)速度快，結(jié)果可靠正確；在加密過程和解密過程，通過私鑰和公鑰對數(shù)據(jù)進行加密和解密，其私鑰的長度足夠長，同時，對數(shù)據(jù)的加密速度比較快，兩者均得到了保證，同時，私鑰又不易被破解，大大增強了算法的實用性和開放性。
權(quán)利要求
1.一種基于混沌算法的N重RSA加密算法的數(shù)字版權(quán)保護方法，其特征在于包括私鑰生成、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)解密3個步驟步驟1、生成私鑰參數(shù)，并以此產(chǎn)生公、私鑰對，作為加密解密用； 步驟11、先用混沌算法隨機生成最低位為奇數(shù)的隨機數(shù)，然后，對生成的隨機數(shù)進行合數(shù)判斷測試，當(dāng)經(jīng)過預(yù)設(shè)次數(shù)的合數(shù)判斷測試仍未通過時，則該隨機數(shù)視為素數(shù)；如此，通過上述方法隨機生成三個素數(shù)P，q和r ；步驟12、利用步驟11通過混沌算法隨機生成三個素數(shù)p，q，r，計算N = p*q打； 步驟 13、計算 N = (p-1) (q-1) (r-1)； 步驟14、隨機選取整數(shù)e，該整數(shù)e滿足Mod (e，N) = 1 ； 步驟15、利用歐幾里得算法計算d，滿足e*d ^ 1 MOD N ；步驟16、公開N，整數(shù)e作為E，記為公鑰E = <N，e>，保密p，q，r，d，N作為D，記為私鑰 D = <p, q，r, d，N> ；步驟2、讀取待加密文件的數(shù)字內(nèi)容，利用步驟1中獲得的公鑰E對待加密文件的數(shù)字內(nèi)容進行RSA加密，其中，加密時的加密算法為c = E(m) =me(M0D N)，保存經(jīng)加密的數(shù)字內(nèi)容的同時附加私鑰文件和每一次取出密文的長度，以便解密時使用；步驟3、在解密過程中，解密模塊通過讀取私鑰文件獲取私鑰，對已加密的數(shù)字內(nèi)容進行解密；其中，解密時用的解密算法為 m = D (c) = cd (MOD N)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混沌算法的N重RSA加密算法的數(shù)字版權(quán)保護方法，其特征在于所述的步驟11中隨機生成3個素數(shù)的算法如下(1)選擇用于載波的混沌變量選用公式 χη+1= μ\(l-xn)，其中 μ1,η = 0,1,2,；首先，用系統(tǒng)隨機函數(shù)產(chǎn)生一個隨機值c，設(shè)定^ = C;然后通過公式χη+1= μ Xn(I-Xn)分別進行M次的循環(huán)計算，得到M個混沌變量，該循環(huán)次數(shù)M等于要生成的素數(shù)的二進制的位數(shù)，通過M次循環(huán)后，可以得到一組混沌變量Xl，x2，X3，…，Xm 1 ；(2)將步驟(1)中產(chǎn)生的所有混沌變量的變化范圍，通過公式m_ValUe[i]= CiHxi'i =0,1,2,3,..., M-I分別放大到相應(yīng)的優(yōu)化變量(Ci，c.+d,)取值范圍中，其中Ci, Cli為常數(shù)，Ci為步驟(1)中用系統(tǒng)隨機函數(shù)產(chǎn)生隨機值，Ci = Xi - 550，Cli為小素數(shù)表中隨機選取的值，值為prime [cj，從而，可以得到一個隨機數(shù)p，總共M位，其中，隨機數(shù)ρ的大小可以表示為ρ = m_value
+m_value[l] · 0x10000000+ m_value[2] · (0x10000000)2+ +…+m_value[M-l] · (0x10000000)(3)用Miller-Rabin算法進行合數(shù)判斷測試，當(dāng)經(jīng)過預(yù)設(shè)次數(shù)的合數(shù)判斷測試仍未通過時，則由步驟O)生成的隨機數(shù)視為素數(shù)，進入步驟G)，若測試失敗，則生成的隨機數(shù)不是素數(shù)，返回步驟( ，繼續(xù)生成素數(shù)的算法，重新生成素數(shù)；所述的Miller-Rabin算法，令n_l = 2、其中t是非負(fù)整數(shù)，m是正奇數(shù)，若bm ^ 1 (mod d)或者爐、Ξ -1 (mod d)，0彡j彡t-Ι，則稱η通過以b為基的Rabin-Miller測試，具體A、假定待測試的素數(shù)為p，計算b，b是2整除p-1的次數(shù)，即，滬是能整除p-1的2的最大冪數(shù)，然后計算m，使得η = l+2bm ；B、選擇一個小于ρ的隨機數(shù)a，即1彡a彡p-1；C、設(shè)j = 0 且 ζ = am mod ρ ；D、如果ζ= 1或者ζ = ρ-l，那么ρ通過測試，可能是素數(shù)；E、如果j> 0且ζ = 1，那么，ρ不是素數(shù)；F、設(shè)j= j+1，如果j <b且ζ乒p-1，設(shè)ζ = ζ2 mod p，然后回到步驟E，如果ζ = p_l， 那么P通過測試，可能為素數(shù)；G、如果j= b且ζ乒p-1，那么ρ不是素數(shù)；循環(huán)上述步驟若干次，如果P通過測試了，則將P視為素數(shù)，表示成功生成一個素數(shù)； 若還沒有生成3個素數(shù)，則要返回步驟0)，用步驟( 中獲得的混沌變量％進行迭代搜索，否則，跳到步驟(5)；(5)判斷該生成的3個素數(shù)p，q，r是否相等，若相等，則返回步驟(2)繼續(xù)生成素數(shù)的算法，若各不相同，則隨機生成3個素數(shù)的算法結(jié)束。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混沌算法的N重RSA加密算法的數(shù)字版權(quán)保護方法，其特征在于所述的步驟14中整數(shù)e選值65537。
全文摘要
本發(fā)明一種基于混沌算法的N重RSA加密算法的數(shù)字版權(quán)保護方法，包括私鑰生成、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)解密3個步驟利用混沌算法為RSA加密算法生成素數(shù)，利用所生成的素數(shù)組合成公鑰和私鑰，再利用該公鑰和私鑰對文件的內(nèi)容進行加密和解密。由于本發(fā)明的混沌算法過程具隨機性、均衡性和穩(wěn)定性的特點，生成的素數(shù)質(zhì)量好，速度快，并且均衡分布；本發(fā)明對于素數(shù)的計算都是在素數(shù)這個類中進行操作的，方便并且響應(yīng)速度快，結(jié)果可靠正確；在加密過程和解密過程，通過私鑰和公鑰對數(shù)據(jù)進行加密和解密，其私鑰的長度足夠長，同時，對數(shù)據(jù)的加密速度比較快，兩者均得到了保證，同時，私鑰又不易被破解，大大增強了算法的實用性和開放性。
文檔編號H04L9/00GK102437912SQ20121000306
公開日2012年5月2日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者王炳興 申請人:廈門博鼎智文傳媒科技有限公司