基于混合加密算法的通信網絡密文防丟失傳輸系統設計

官宇哲 姜亦學

摘 ?要： 傳統的通信網絡傳輸系統性能較差，造成用戶信息傳輸準確率較低等問題。為此，設計基于混合加密算法的通信網絡密文防丟失傳輸系統。首先，在硬件平臺搭建成功的基礎上對加密終端的基帶芯片進行選擇，并將對稱加密算法中的分組密碼進行計算，建立RAS密碼體制對傳輸系統進行混合加密，從而實現用戶信息數據的防丟失傳輸。實驗結果表明，設計的傳輸系統信息傳輸準確率與傳統的通信網絡傳輸系統相比具有明顯提升，有效避免了用戶重要數據信息的丟失。

關鍵詞： 防丟失傳輸; 通信網絡; 分組密碼計算; 傳輸系統加密; 系統設計; 仿真實驗

中圖分類號： TN915?34; TP311.13 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）02?0064?03

Design of communication network ciphertext anti?loss transmission system based on mixed encryption algorithm

GUAN Yuzhe， JIANG Yixue

Abstract： As the performance of traditional communication network transmission system is poor， which results in low accuracy rate of user information transmission， a communication network ciphertext anti?loss transmission system based on mixed encryption algorithm is designed. The baseband chip of the encryption terminal is selected on the basis of the successful construction of hardware platform. The block cipher in the symmetric encryption algorithm is calculated， and the RAS cryptosystem is established to perform the mixed encryption for the transmission system， so as to realize the anti?loss transmission of user information data. the experimental results show that in comparison with the traditional communication network transmission system， the accuracy of the information transmission of this system is significantly improved， which can effectively avoid the loss of user important data information.

Keywords： anti?loss transmission; communication network; block cipher calculation; transmission system encryption; system design; simulation experiment

0 ?引 ?言

近年來，網絡科學技術發展的突飛猛進，各個相關行業也隨之得到了飛速的發展，網絡通信行業也不例外。網絡通信業務使國民的生活水平大幅提高，但在享受發達的通信網絡為人們生活工作所帶來的便利時，人們對通信網絡系統的安全問題也越來越重視[1]。到目前為止我國的網絡通信行業與該行業內其他的外資巨頭相比較而言還存在著很大的差距。在行業競爭愈加嚴峻的情況下，網絡通信行業必須要在對外部競爭環境具有一定了解的前提下，通過對這些情況的具體分析，發現自身的不足并對其進行改進與調整，才能夠有效提升企業自身在行業中的競爭力[2]。

雖然網絡通信業務的服務種類日益增多及相關性能日益增強，但數據信息在通信網絡中進行傳遞的過程始終存在著很大的安全隱患問題，尚未得到良好的解決[3]。用戶的數據信息很容易被非法監聽截獲，若截獲者對其得到的數據進行修改復制并再次生成進行傳輸，從而使用戶的隱私或敏感信息流出以至于危及到用戶的財產甚至人身安全。

目前保障通信網絡安全的技術手段通常是對數據信息進行加密從而保證數據的完整性，通過網絡密文數據得到應用防止用戶信息的泄露，使其隱私數據信息得到保護[4]。

1 ?通信網絡密文防丟失傳輸系統硬件設計

在通信網絡密文防丟失傳輸系統總體硬件結構的基礎上，選擇較為穩定的目標板，并對基帶芯片進行有效控制，在基帶芯片與AP之間增加加密模塊，完成防丟失系統的結構組織搭建[4]。

1.1 ?搭建硬件平臺

通信網絡密文防丟失傳輸系統的硬件設計所需要用到的模塊包含程序及數據的儲存模塊，ARM處理器，以及JTAG調試下載接口、USB接口和USB無線網卡[5]。通信網絡密文防丟失傳輸硬件系統的主要結構如圖1所示。

1.2 ?選擇基帶芯片架構硬件加密終端

通信網絡的加密終端的重點在于它的密碼模塊，其通信中樞的基帶芯片能夠有效處理其信號以及通信協議算法，完成對射頻芯片的控制從而使通信相關功能得到保障。基帶芯片通過AT接口提供通話短信及網絡功能，并在基站收發臺及移動臺交換信息的過程中加入一個加密流程，以此使用戶通話的私密性得到保障[4]。采用與CPU類似的應用處理器來負責計算機的相關功能，承載操作系統對移動網絡和人機交互功能的應用進行處理。

采用在基帶芯片與AP之間增加加密模塊方式的通信網絡的防丟失加密方案如圖2所示。將傳輸的信息數據進行信息編碼處理，輸送到加密模塊進行加密;再將RF模塊所接收的加密信號進行解密，其中的關鍵參數以及相關密鑰的驗證與加密處理都將在密碼卡的內部進行。

2 ?基于混合加密算法的傳輸系統軟件設計

利用所構建的硬件平臺對混合加密算法的通信網絡密文防丟失傳輸系統軟件進行設計。

2.1 ?計算分組密碼

在加解密的過程中對稱加密算法所用到的密鑰是相同的，就算其兩者之間存在著一定的差別[6]，也同樣能夠通過對其中一個的計算而得到另一個。對稱加密算法模型如圖3所示。

分組密碼將各運算原件較為適當地融合在一起從而得到良好的擴散及混淆效應，其中選用國際數據加密算法進行相關計算[7]。其運算模式簡單高效，首先對長度為2x bit的n輪分組密碼，假設明文N=L0Y0，其左右兩部分L0和Y0則分別為x bit，則第n輪運算如下：

[T=F（Ln-1⊕Yn-1，Kn-1）] （1）

式中：F為輪函數;Kn為依據密鑰K所得的第n輪子密鑰[8]。

[Ln=Ln⊕T] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

[Nx=（Ln⊕T）（Yn⊕T）] （3）

式中，“[⊕]”為序列的位異或。

由上述計算可以得到，通過輸入一定輪數的運算能夠有效地將信息隱藏起來，且效率較高;并且該結構同時能夠對差分分析的攻擊進行有效抵抗。

2.2 ?組合加密

根據上述計算所得到的分組密碼結果對通信網絡傳輸系統進行組合加密，通過采用對稱密鑰密碼體制將發送方所發送的信息數據經過DES算法加密后傳輸給接收方[9]。首先使用發送方自身的密鑰對信息數據生成數字密文進行一次加密，繼而采用接收方的公鑰進行二次加密后將密文傳輸給接收方。接收方在使用發送方公鑰進行二次解密之前需要先使用自身的密鑰進行一次解密，最終采用DES密鑰對所接收的信息數據進行解密得到信息數據的摘要部分。將其與所接收的摘要進行對比分析，保障信息的完整性，從而完成對信息數據的安全傳輸過程。加解密過程如圖4所示。

從圖4得知，混合加密算法的安全性主要在于DES和RSA密鑰的加密保障，由于RSA算法僅限于對DES密鑰進行加密，其加密數據量并不龐大，由此在混合加密中的RSA算法盡量采用1 024位密鑰對DES密鑰的傳輸安全進行保障。在現代密碼理論的基礎上，結合對稱密鑰密碼系統實現對信息數據實時傳輸的加密，并保證傳送方及接收方的身份安全驗證及信息的完整有效。

3 ?仿真實驗

為了驗證基于混合加密算法的通信網絡密文防丟失傳輸系統的安全性，進行模擬實驗。

3.1 ?實驗準備

該實驗選取的計算機型號為VAIOVJS141C0911B，該實驗平臺的各項具體參數如下：系統為Windows 10;顯卡型號為GTX1660Ti;硬盤容量為256 GB;內存為16 GB;處理器為AMD。為準確驗證基于混合加密算法的通信網絡密文防丟失傳輸系統的安全性，利用上述平臺模擬通信網絡傳輸過程進行實驗。在計算機中設定原始數據，并采用傳統通信網絡傳輸系統與基于混合加密算法的通信網絡傳輸系統分別進行15次信息數據傳輸，并將這兩個系統傳輸過程中的信息準確率進行對比。

3.2 ?實驗對比分析

將混合加密算法應用于通信網絡傳輸系統并將其數據傳輸準確率與傳統傳輸系統進行比較，其具體對比結果如表1所示。通過表1中的通信網絡信息數據傳輸準確率進行對照分析能夠得出，將混合加密算法應用于通信網絡的傳輸系統能夠有效減少數據包的丟失，提高其傳輸信息的準確率。為了使本次實驗結果的嚴謹性得到保障，在實驗期間進行了多次的信息數據傳輸。如表1所示，在首次傳輸實驗中其準確率就達到了98.5%，經過多次實驗論證得出，采用混合加密算法的通信網絡傳輸系統在進行信息數據傳輸的過程中準確率與傳統方法相比都相對較高。在最后一次實驗中的準確率依舊能夠達到98%，能夠證實其信息傳輸準確率與傳統相比具有明顯提升。

4 ?結 ?語

近年來我國網絡信息技術發展飛速，在其發展的同時，通信網絡中的傳輸安全問題也愈發得到了人們的重視?；趯W絡傳輸平臺的搭建選擇基帶芯片對加密終端進行架構，并將加密混合算法應用于通信網絡的傳輸系統中，以此保證用戶的重要信息數據不會輕易丟失，從而提高傳輸系統性能。將其方法進行普及實施，從而保證信息數據的準確傳輸。

參考文獻

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[10] 王高飛，辛穎，余成.光纜通信網絡傳輸防護體系設計[J].信息系統工程，2017（7）：88.

作者簡介：官宇哲（1975—），男，吉林松原人，碩士，講師，研究方向為信息安全。

姜亦學（1980—），男，吉林長春人，碩士，講師，研究方向為大數據、人工智能。