基于RSA算法的網絡信息加密方法

摘要：常規DES加密方法加密時間較長，加密效果較差，因此設計基于RSA算法的網絡信息加密方法。分解網絡信息模數，提高網絡信息模數安全性;繪制網絡信息加密流程圖，細化加密方法的加密過程;基于RSA算法選取網絡信息的強偽素數，加強網絡信息素數的真實有效性;設計網絡信息的加密體制，完善網絡信息加密方法的整體結構。利用仿真實驗，驗證新方法的加密時間較短，加密效果更佳，具有推廣價值。

關鍵詞：RSA算法;網絡信息;加密體制

中圖分類號：TP309.7? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）10-0038-02

現如今，生活的方方面面都被移動通信網絡信號包圍，國民經濟信息化程度逐漸提高，電子商務等新型網絡產業層出不窮，通信網絡正成為我們日常生活中不可或缺的一部分[1]。由于網絡信號是開放的，其預期的接收信號在一個固定的范圍內，當接收頻率相同時，網絡信息就容易被竊聽或篡改，降低了網絡信息傳輸的安全性[2-3]。此外，網絡通信終端在存儲和計算方面存在固有缺陷，許多先進的網絡安全技術無法推廣，無法保障用戶的網絡信息安全傳輸，容易受到不法分子的惡意攻擊，進而造成用戶的人身財產安全的損失。因此，本文設計了基于RSA算法的網絡信息加密方法，旨在縮短信息加密時間，提高加密安全性與實時性，為信息化技術的發展提供參考建議。

1 基于RSA算法的網絡信息加密方法設計

1.1 分解網絡信息模數

常規DES算法的加密算法加密耗時較長，很難適應網絡加密環境。本文因此引入RSA算法，由于此算法中的加密過程需要幾個素數相互混合，計算簡單，逆分解較難，在加密領域中，受到了一致好評[4]。在此設計中，分解網絡信息模數成為一大難題，可分解的信息模數在768位對數左右，并且還在持續增加。本文通過計算密鑰d，將網絡信息模數進行分解，公式如下：

[d=e-1?n] （1）

式（1） 中，[d]為密鑰;[e-1]為加密系數;[n]為網絡信息加密因子;[?n]為分解信息模數等級。由此得出[n]與[?n]的關系如下：

[?n=p-1×q-1n=p×q] （2）

式（2） 中，[p]、[q]均為分解模數的等級因子。本文選取三個素數a1、a2和a3，令n=a1×a2×a3，即可分解出[n]的相對模數，網絡信息的安全性與[n]的分解有關，信息模數的分解尤為困難，也是常規方法加密耗時較長的因素[5]。本文利用大數分解法進行分解，分解方式如下：

[N=i=1kpi] （3）

式（3） 中，[N]為模數的大數分解因子;[pi]為在第[i]個模數中初始置換時間;[k]為常數。從模數分解的角度來看，只要待分解的網絡信息模數因子足夠大，那么RSA算法的安全性也會隨之增加。為了增加分解網絡信息模數的安全性，加密因子[n]的素數范圍為256bit。采用512bit、1024bit、2048bit位的模數均可以滿足要求，使其分解信息的安全性得到保證。

1.2 繪制網絡信息加密流程圖

本文在設計加密方法的過程中，將加密明文分成多個組別，進行分批次加密，進而組合成最終密文。RSA算法是對稱算法的一種，加密與解密算法相同，可以最大程度保證加密與解密的時間。本文將明文長度設置為64bit，相同位數的明文分為一組，最后一組的校驗位明文長度為56bit，以單個組的加密和密鑰作為參數，發送給RSA加密后臺。進而得到相關組別的密文，此加密過程即完成，以此方法將所有組別的網絡信息進行加密。加密流程如下圖1所示。

如圖1所示，在加密過程中，FSA加密需要對明文進行初始置換與逆置換，才會輸出最終的密文，通過密文的移位、置換等流程進行16次迭代，由此得出的密文可以保證加密的實效性。

本文將64bit明文打亂，通過16次的迭代運算，運用到子密鑰中，形成的信息初始密文;再經過初始逆置換，得到分組的最終密文。在此表中的64bit明文中，第58位的數據置換成第1位;第50位的數據置換成第2位，以此類推，將第7位的數據置換成第64位，增加密文的加密強度。

1.3 基于RSA算法選取網絡信息的強偽素數

在RSA算法中，選取強偽素數非常重要，是加密的基礎步驟。選取強偽素數的方法可以分為確定性素數選取與概率性素數選取。確定性素數選取通過試除與篩選素數，當素數較大時，加密時的計算量相對增加，影響加密效率。因此，本文在選取強偽素數時，將素數選取在合適的標準范圍內，假設素數s的[?s]等于s-1，則素數選取定理為：

[αs-1=1mods] （4）

式（4） 中，[α]為正整數;[s]為素數。本文設定一個奇數[Q]，使其小于2，相關素數為：[2t×c]，其中[t]為網絡信息模數中的非負整數，[c>0]并且為奇數，因此得出強偽素數如下：

[yc=1modQ] （5）

式（5） 中，[yc]為網絡信息中的偽素數，[0<y<Q];[c]為密文;結合式（3） 與（4） ，即可得出相關素數范圍為：

[y2t×c=-1modQ] （6）

式（6） 中，[y2t×c]為相關素數，其中[0<y<Q]。本文令[Q-1=2t×c]，計算出此時的[t]與[c]，即為網絡信息的強偽素數。由于網絡信息的模數不同，強偽素數也隨之增加。令[c=0]，則強偽素數為：

[R=ycmodQ] （7）

式（7） 中，[R]為RSA系數，如果[R=yc]或[y2t×c]，則選取下一個強偽素數。令[c<t]，則R=R2，在[yc]與[y2t×c]均相等的前提下，強偽素數是合數的概率為25%，經過多次選取素數即可提高結果的準確性。本文通過不同的[y]運算，如果加密范圍項都是強偽素數，則[Q]是合數的概率為（1/4）t。當[R]為質數的概率超過[1-14t]時，令t=5，則[Q]為最終選取的強偽素數。

1.4 設計網絡信息的加密體制

在網絡信息加密方法設計中，本文經過分解模數、繪制流程圖、選取強偽素數的設計以后，基本可以縮短加密時間，提高加密效率。為了更進一步地保障網絡信息加密的安全性，本文對密碼體制進行制定。

通過發送端A，加密算法RSA，加密密鑰[k]，明文消息[m]，進行統一加密，生成密文c如下：

[c=Akm] （8）

式（8） 中，[Akm]為發送端加密密鑰;接收端B通過解密算法RSA，解密密鑰[k]，恢復成明文消息[m]如下：

[m=Bkc] （9）

式（9） 中，[Bkc]為接收端加密密鑰。由于加密密鑰與解密密鑰均為[k]，存在通信中雙方密鑰交換的安全問題。本文設計的加密體制將發送端A進行私鑰加密，利用B的公鑰解密，即可訪問加密明文。解密成功后，接收端B可以確認消息是由發送端A發送。如果接收端B可以用發送端A的公鑰解密消息，則意味著原始消息是由發送端A的私鑰加密，通過身份驗證，即可保證此加密機制的可靠性。因為只有發送端A可以使用接收端B的公鑰進行解密，并且只有發送端A知道接收端B的私鑰，足以證明是A為發送端。

2 仿真實驗

為了驗證本文設計加密方法的可行性，搭建出一個仿真平臺，模擬仿真此方法中的性能，實驗過程及結果如下所示。

2.1 實驗過程

網絡信息加密的安全性與密鑰長度有關，本文采用RSA算法，分別對其進行加密與解密操作，測試出本文設計的方法加密與解密時間，測試結果如下表1所示。

如表1所示，在RSA算法中，具有階段式加密的作用，根據密鑰長度疊加加密程度，也就是說在明文大小為128bit時，密鑰長度可以為128 bit、256 bit、512 bit、1024 bit、2048 bit;以此類推，明文大小為1024bit時，密鑰長度為1024bit與2048bit。利用1K進制加密——三素數加密階段，在三素數加密時，耗時較短。將其組合使用，即可提高RSA算法的加密效率。

2.2 實驗結果

將明文大小設置為128bit，將本文設計的加密算法與常規DES加密算法對比，結果如下表2所示。

如表2所示，常規DES加密算法加密耗時較長，均在19ms以上，加密效果較差;而本文設計的加密算法加密耗時在14ms以內，加密效果較好，可以適應網絡信息加密環境。

3 結束語

近年來，信息化技術不斷進步，網絡信息的安全性問題日益凸顯，針對此情況，本文設計了基于RSA算法的網絡信息加密方法。通過引進RSA算法，將加密算法通過1K進制加密——三素數加密等5個階段，通過任意組合方式，減少計算量，進而提高加密效率。

參考文獻：

[1] 何翠萍.基于混沌序列的網絡信息加密方法[J].電腦知識與技術，2021，17（23）：36-37.

[2] 龍瑞.基于超混沌雙向認證的網絡信息安全加密方法[J].信息與電腦（理論版），2021，33（9）：213-215.

[3] 孫穎.基于對合矩陣的船舶網絡信息加密隱藏方法[J].艦船科學技術，2021，43（8）：160-162.

[4] 周澤巖.基于直覺模糊集的網絡信息加密傳輸方法[J].信息與電腦（理論版），2021，33（6）：42-44.

[5] 鮑海燕，蘆彩林.基于改進RSA算法的隱私數據集同態加密方法[J].太赫茲科學與電子信息學報，2020，18（5）：929-933.

【通聯編輯：張薇】

收稿日期：2021-08-15

作者簡介：趙杰峰（1980—） ，男，河南開封人，本科，講師，研究方向為計算機應用、計算機網絡。