基于Chen-Mobius算法的信息加密系統的設計

施志榮(漳州職業技術學院電子工程系，福建漳州 363000)

基于Chen-Mobius算法的信息加密系統的設計

施志榮
(漳州職業技術學院電子工程系，福建漳州 363000)

本文從網絡安全及應用的可行性出發，基于Chen-Mobius變換理論，在LabVIEW平臺開發了一套新型的信息加密系統，給出對文本信息進行加密的效果，并對其性能進行分析。

Chen-Mobius變換；LabVIEW；信息加密系統；網絡傳輸

隨著計算機技術高速發展及互聯網應用日益普及，計算機網絡已經成為政府部門、教育機構和金融機構等諸多領域重要信息的交換手段，網絡上流通的信息量也呈幾何級數增加。然而，利用網絡進行信息交換還存在著諸多不安全因素，比如信息被竊聽、篡改和偽造等。因此，數據加密是確保計算機網絡安全的重要機制。本文利用LabVIEW平臺開發了一套基于Chen-Mobius算法的信息加密系統。

1 Mobius加密算法及系統結構

1.1 Mobius變換

在數論中，Mobius函數[1-3]定義為：

(1)

對于定義在(-∞,+∞)上的兩個函數G(x)和g(x)，有

(2)

通過Chen-Mobius變換，可以求出了sin(ωt)按該周期信號展開的逆變換式：

(3)

那么，對任意奇函數Q(t)，也就可以將其展開為該周期信號的疊加。

即

(4)

令mn=k，就有

(5)

其中，

(6)

1.2 信息加密系統的整體結構

信息加密系統處理的數據主要是文本信息，實現文本信息的加密可以用多種不同的方法，本系統驗證的方法是利用通信系統里面的鍵控原理，即利用字符的ASCII碼產生一組包含文本信息的數組，并將該數組加載在Chen-Mobius加密函數上。

加密系統的整體結構：在服務器端，用戶利用Chen-Mobius加密函數對重要數據進行加密形成密文，然后通過網絡進行傳輸；在客戶端，利用Chen-Mobius解密函數對接收到的加密信息進行解密，還原出相應的數據。文本信息在密碼學里面被稱為明文，加載加密函數的信息為密文，通過網絡傳輸就是密文。整個系統框圖如圖1所示。

圖1 文本信息加密的原理圖

2 基于LabVIEW平臺的信息加密系統的實現

2.1 LabVIEW平臺

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。它是建立在Windows Server 2008/2012 R2(64位)、Windows 10/8.1/8/7 SP1(32位和64位)基礎上的圖形化儀器開發系統(也可以用于Mao OS，Sun，HP-UX等)。與傳統文本編程語言相比，用LabVIEW編程易學易懂、省時省力，可以節省大量系統開發時間，即使對于沒有文本編程語言基礎的非軟件工程師來說，也可以很快學習、掌握并應用LabVIEW來開發虛擬儀器。

采用LabVIEW作為信息加密系統的開發平臺，是因為圖形化編程環境LabVIEW滿足建立靈活的可擴展式應用系統的要求，同時滿足以最小成本、最快速地開發系統的需求。利用LabVIEW簡單易用的GUI控件，可以完全按照使用者的需求進行界面設計。LabVIEW支持多任務，同時對外設有C語言接口，選用LabVIEW開發還可以提高程序的可靠性。

2.2 文本信息的數據加密

信息加密系統處理的對象主要是文本信息。實現文本信息的加密可以用多種不同的方法，本系統驗證的方法是利用通信系統里面的鍵控原理，即利用字符的ASCII碼產生一組包含文本信息的數組，并將該數組加載在Chen-Mobius加密函數上實現信息加密。加密函數由Chen-Mobius變換計算得出，其部分程序代碼如圖2所示。

圖2 加密程序部分代碼

根據前面板的輸入可以得到加密函數的密鑰頻率、加密階數、密鑰類型。文本信息經過字符串至字節數組轉換函數可得到一個數組，根據該數組的長度可計算求得加密函數的采樣點數。加密函數的采樣頻率可由密鑰頻率乘上加密階數后再乘以常數計算求得。最后，將包含文本ASCII碼信息的數組加載在加密函數上就實現了字符信息的數據加密。

2.3 密文數據的解密

解密函數也是由Chen-Mobius變換的計算方法得出，其部分程序代碼如圖3所示。

圖3 解密程序部分代碼

在客戶端，接收到的密文經過一個數組大小函數就可以計算出解密函數的采樣點數，根據采樣點數和前面板定好的鑰頻率、加密階數可計算求得解密函數的采樣頻率。將加密信息加載在解密函數上并經過低通濾波器濾波之后，便可以獲得文本解密后的波形。

3 運行結果

加密系統的運行結果如圖4和圖5所示。

圖4 服務器端前面板

圖5 客戶端前面板

4 與其它加密算法比較

(1)DES算法：DES是一種對稱密碼算法。除了密鑰輸入順序之外，其加密和解密的步驟完全相同，容易標準化。但由于時間久遠，目前黑客已經可以在短時間內成功地將其破解。而Chen-Mobius加密算法還沒有標準化，屬于比較新的領域，它的破解還需一段時間。

(2)RSA算法：在非對稱密碼系統中，最常用的就是RSA算法。這種算法的保密性非常好，因此在國際上得到了廣泛的應用。其缺點是由于RSA涉及高次冪運算，所以實現速度比較慢。

(3)Chen-Mobius算法：Chen-Mobius加密屬于非對稱密鑰密碼系統，加密和解密的函數是相互正交的函數族，兩個函數族滿足千變萬化的不同函數變化，因此加密系統有很高的保密性；Chen-Mobius算法沒有涉及到高次冪運算，即使采用普通計算機，系統也可以實現實時傳輸。

5 結語

本文把Chen-Mobius算法應用于信息加密，并利用LabVIEW軟件平臺以及結合PC機的網絡端口，開發了一套保密性很高且實際可行、可隨機加密的系統。整個加密理論和系統說明了Chen-Mobius函數是一個保密性很高且易于實現和應用的加密函數。

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Design of Information Encryption System Based on Chen-Mobius Algorithm

SHI Zhi-rong

(Electronic Department,Zhangzhou Institute of Technology,Zhangzhou Fujian 363000,China)

As far as the network safety and application feasibility are concerned, this paper develops a new information encryption system on LabVIEW platform based on the Chen-Mobius transformation theory,shows the encrypted result of text information and analyzes its functions.

Chen-Mobius transformation;LabVIEW;information encryption system;network transmission

2016-11-03

漳州職業技術學院2015年校級科研項目“基于RS-485網絡的智能實驗室信息管理系統的開發”(ZZY1511)。

施志榮(1980- )，男，講師，碩士研究生，從事通信技術與人工智能技術研究。

TP309

A

2095-7602(2017)06-0043-05