基于SHA與XOR的快速加密算法

廣東 李俊杰

基于SHA與XOR的快速加密算法

廣東 李俊杰

在信息系統中很多重要數據需要加密，各種加密算法如AES、DES、IDEA等都在廣泛應用，一種基于SHA與XOR的加密算法可以實現信息快速安全加密。

SHA；XOR；加密算法；Hash函數

在信息系統中，信息的存儲和傳輸容易被非法使用和篡改，因此，加密技術對這些信息存儲、傳輸將帶來很好的保護作用。一種基于SHA與XOR的加密算法能大大提高了加密速度和效率。

一、加密技術

加密技術包括兩個元素：算法和密鑰。算法是將普通的文本（或者可以理解的信息）與一串數字（密鑰）的結合，產生不可理解的密文的步驟，密鑰是用來對數據進行編碼和解碼的數字串。

傳統的加密算法如下：對于明文空間M中的每一個明文M，加密算法E在密鑰K的控制下將明文M加密成密文C：C=E(M，K)，而解密算法D在密鑰K的控制下將密文C解密出同一明文M：M=D(C，K)。

一種基于SHA與XOR的快速加密算法如下：密鑰K使用Hash函數進行轉換h=H（K），算法E、D都使用XOR，即：加密為C=XOR（M，H（K）），解密為M=XOR（C，H（K））。

二、Hash函數

Hash函數將任意長的報文M映射為定長的Hash碼h，其形式為：h=H（M），Hash碼也稱報文摘要。SHA（Secure Hash Algorithm）是美國國家安全局設計，美國國家標準與技術研究院發布的一系列密碼散列函數。其SHA-1的輸入可以是任意長的報文，輸出160位的報文摘要。該算法對輸入按512位進行分組，并以分組為單位進行處理。SHA-1算法步驟如下：

（一）填充報文。填充報文的目的是使報文長度與448模512同余（即長度≡448 mod 512），如：圖1。

圖1 報文填充

（二）初始化緩沖區。Hash函數的中間結果和最終結果保存于160位的緩沖區（A，B，C，D，E）中，IV=緩沖區ABCDE的初值。

（三）執行算法主循環。每一次處理一個512位的分組。

（四）輸出。第L分組的輸出OVL即是160位的報文摘要，HSHA為壓縮函數，如：圖2。

圖2 利用SHA-1算法產生報文摘要

三、加密過程

基于SHA與XOR的加密算法加密過程的關鍵步驟是對密鑰K進行Hash運算，利用SHA-1算法產生160位的摘要，再與明文M進行XOR。步驟如下：

（一）任取任意長的密鑰K，使用Hash函數進行運算：h=H（K）。

（二）對輸入明文M按160位進行分組，并以分組為單位進行處理。

（三）每個分組都與H（K）進行按位XOR運算，最后運算結果連接起來形成密文C，如：圖3。

圖3 加密過程

四、解密過程

（一）取得密鑰K，使用Hash函數進行計算：h=H（K）。

（二）對輸入密文C按160位進行分組，并以分組為單位進行處理。

（三）每個分組都與H（K）進行按位XOR運算，最后運算結果連接起來形成明文M，如：圖4。

圖4 解密過程

五、測試

選擇密鑰K=“abc”，H（K）=a9993e364706816aba3e25717850c26c9cd0d89d；明文M=“汕尾職業技術學院abc123”，由C=XOR（M，H(K)）加密得密文C=605ef08491b653df0682ef84a9f716d6fdb2bbac9baa；由M=XOR（C，H(K)）解密得同一明文M，測試正確。

（作者單位：汕尾職業技術學院）

（編輯 李艷華）