基于混沌序列的疾控檔案用戶隱私信息加密方法

基于混沌序列的疾控檔案

用戶隱私信息加密方法

文/苑克宗

摘 要：為了提升用戶隱私信息加密方法的數據信息隱藏度過低，提高用戶隱私信息加密效果，本文引入混沌序列，設計一種新的疾控檔案用戶隱私信息加密技術。首先，先獲取用戶隱私信息加密混沌密鑰，保證數據加密過程具有指向性；其次，基于混沌序列設計用戶隱私信息加密算法，有效提高疾控檔案用戶隱私信息的加密效率；最后，構建時空混沌用戶隱私信息加密方案，增加用戶隱私數據的隱藏度，從而實現用戶隱私信息加密。實驗結果表明，設計的用戶隱私信息混沌序列加密技術的數據信息隱藏度較高，加密效果較好，有一定的應用價值，可以作為后續疾控檔案存取的參考。

關鍵詞：混沌序列；疾控檔案；混沌密鑰；用戶隱私；信息加密

計算機通信網絡具有較強的連通性和包容性，其可以儲存、傳輸各種各樣的用戶數據，隨著計算機通信技術的進步，網絡中匯總的用戶信息越來越復雜，傳輸通道也越來越多，經常出現用戶隱私竊取問題。為了避免用戶隱私被竊取，提高信息傳輸的安全性，必須對用戶隱私信息進行加密處理。

疾控檔案是一種記錄用戶疾病的特殊檔案，對疾病的預防研究有重要作用，屬于用戶隱私信息，為了避免疾控檔案信息泄露造成嚴重的用戶安全問題，亟須進行疾控檔案用戶隱私信息加密。

相關研究人員為了解決用戶隱私信息加密問題，提出了多種常規的用戶隱私信息加密技術，包括區塊鏈用戶隱私信息加密技術、云計算用戶隱私信息加密技術等。區塊鏈用戶隱私信息加密技術主要設置了多種加密信息模塊，配置了差異性儲存參數，并結合相關的硬件完成用戶隱私信息加密；云計算用戶隱私信息加密技術則通過TPA、RSA等第三方算法，引入Hash函數進行用戶隱私信息加密，雖然這兩種技術能起到一定的加密效果，但均存在數據信息隱藏度過低問題。混沌序列是一種特殊的動力學時間序列，能快速獲取隱私信息的加密規律，提高數據信息隱藏度。

因此，本文基于混沌序列，設計了一種全新的疾控檔案用戶隱私信息加密技術。

一、用戶隱私信息混沌序列加密方法設計

1.獲取用戶隱私信息加密混沌密鑰

為了保證疾控檔案用戶隱私信息的加密針對性，需要選取恰當的加密混沌密鑰，本文設計的技術使用雙向耦合映像系統生成時空混沌格點，形成具有較高隨機性的隱私信息加密密鑰，雙向耦合映像時空演化圖，如圖1所示。

由圖1可知，根據上述的映像時空演化圖可知設置混沌序列模型，如下（1）所示。

（1）

公式（1）中，代表時間離散坐標，代表雙向耦合系數，代表空間離散坐標，此時可以結合該模型進行序列量化，生成混沌密鑰，過程如下：

根據密鑰的實時性要求，首先需要獲取二值序列，生成密鑰數組，如下（2）所示。

（2）

公式（2）中，表示密鑰實值序列，表示二值化處理后的密鑰二值序列，生成的二值序列存在多個L-Bit浮點，因此，需要進行多值量化處理，量化后的混沌密鑰序列如下（3）所示。

（3）

公式（3）中，代表混沌狀態值，代表浮點數量，此時，生成的混沌密鑰序列具有較高的狀態值，能有效對密鑰進行信息流排布，從而有效獲取用戶隱私信息加密混沌密鑰。

2.基于混沌序列設計用戶隱私信息加密算法

獲取恰當的用戶隱私信息加密混沌密鑰后，需要結合混沌序列提高信息加密效率。為了有效刻畫混沌吸引因子，需要預先確定加密特征量，受混沌序列的敏感性影響，其十分容易出現加密軌道分離問題，因此，需要預先設置合理的混沌序列動力模式，避免其受到迭代導數限制，降低其最終加密效果，此時，可以假設加密的混沌序列處于分離狀態，適當調整迭代參數，此時可以計算混沌加密分離指數，如下（4）所示。

（4）

公式（4）中，表示混沌序列的動力函數，表示迭代導數，當混沌加密分離指數小于0，證明其特征量之間處于相互靠攏狀態，反之，當混沌加密分離指數高于0，證明特征量之間處于分離狀態。因此，在疾控檔案用戶隱私信息加密之前需要預先判斷信息的混沌行為，對其進行有效排列，從而計算出合理的Gram—Schmidit用戶隱私信息加密指數，完成加密映射。

經過上述步驟處理后，會生成一個不變分布函數，此時需要結合混沌序列的幾何關系對其進行分維表示，生成的關聯函數如（5）所示。

（5）

公式（5）中，代表加密點數，代表分布系數，代表混沌超球半徑，代表混沌序列橫向空間矢量，代表混沌序列縱向空間矢量，使用該分離函數可以判斷加密信息的隱私性關系，確定關聯維數，如下（6）所示。

（6）

根據上述計算的關聯維數可以有效判斷用戶隱私信息的敏感性，確定信息運動混沌軌跡，完成用戶隱私信息加密和混沌映射迭代，從而有效提高用戶隱私信息加密效率。

3.構建時空混沌用戶隱私信息加密方案

構建時空混沌用戶隱私信息加密方案可以有效增加用戶隱私數據隱藏度，提高用戶隱私信息加密效果，本文結合混沌密鑰分組原理，設置了加密明文消息空間及加密密文消息空間，選取了恰當的密鑰信道，生成的加密方案示意圖如圖2所示。

由圖2可知，用戶隱私信息明文首先會經過上述設計的混沌序列加密算法進行加密，獲取密鑰源，再途經加密通道完成加密，在疾控檔案查詢時僅需要使用相關解密算法進行解密即可獲取準確的解密結果，最大程度上避免了密碼破譯者竊取，增加數據隱藏度。

為了提高信息加密解密效率，本文設計的用戶隱私信息加密技術還針對用戶隱私信息進行了明文轉換分類，可以應用特定的元素進行明文替代和明文置換，使明文中的元素被重新排列，降低加密解密隨機性，從而保證用戶隱私信息的加密效果，最大程度上提高疾控檔案用戶隱私信息的加密可靠性。

二、實驗

為了驗證設計的用戶隱私信息混沌序列加密技術的加密效果，本文選取常規的用戶隱私信息加密技術與其對比，進行實驗，如下。

1.實驗準備

根據實驗驗證需求，本文選取TMS320C6201作為實驗平臺，為了提高實驗的有效性，本文選取C6201 DSP作為實驗平臺驅動芯片。C6201 DSP驅動芯片內部的程序總線與數據總線使用哈佛結構進行連接，為了提高實驗平臺的綜合性能，還設置了全新的VILW指令集，可以同時執行32位指令，該實驗平臺的結構框圖如圖3所示。

由圖3可知，按照上述結構連接后，實驗平臺具有幾個特點：一是具有多個控制器，可以有效提高實驗運算速度，保證實驗效率；二是含有多個功能單元，能同時執行多種運算控制指令，降低實驗成本；三是具有不同的儲存空間，可以實現獨立訪問，避免指令重疊。

為了獲取準確的用戶隱私信息地址，在開始實驗之前，需要對連接的實驗平臺進行修正，設計獨立的執行地址，便于進行ALU并行工作。除此之外，還需要設置一個與信息加密周期相擬合的流水線，解決執行程序分支問題，本實驗設置的流水線如下圖4所示。

由圖4可知，根據上述的信息加密流水線可以設置加密程序，本文選取Code Composer Studio作為加密程序開發環境，生成了加密代碼，選取874858條疾控檔案用戶隱私信息進行加密實驗。

經過抽取篩查發現，874858條疾控檔案用戶隱私信息中包括若干條重復信息或無效信息，為了提高實驗的準確性，保證實驗驗證效果，本文進行了無效信息剔除，剔除完畢后，剩余的有效疾控檔案用戶隱私信息數為514789條，基于此，可以設計數據信息隱藏度計算式，如（7）所示。

（7）

公式（7）中，代表初始加密映射，代表隱藏后識別的數據信息加密映射，代表密鑰控制參數，數據信息隱藏度越高證明用戶隱私加密效果越好，反之證明用戶隱私加密效果越差。

用戶隱私信息處理完畢后需要規劃實驗程序的具體步驟。首先，提取輸出的用戶隱私數據文件，完成文件讀寫，并計算用戶隱私數據長度，設置合理的加密循環周期；其次，輸入不同方法使用的密鑰，設置各個方法的參數初始值，進行過渡迭代，獲取加密映射序列，得到加密映射值；最后，進行多值化處理，將加密結果輸入緩沖區，進行數據隱藏度計算，獲取加密結果，全部步驟完成后，即可進行后續的加密效果分析。

2.實驗結果與討論

結合上述的實驗準備，本文選取區塊鏈用戶隱私信息加密技術及云計算用戶隱私信息加密技術，與本文設計的用戶隱私信息混沌序列加密技術進行對比，使用公式（7）分別計算三種技術在不同數據信息量下的數據信息隱藏度，實驗結果如表1所示。

由表1可知，本文設計的用戶隱私信息混沌序列加密技術，在不同數據信息量下的數據信息隱藏度均高于90％。區塊鏈用戶隱私信息加密技術不同數據信息量下的數據信息隱藏度則均在50％～70％之間；云計算用戶隱私信息加密技術的數據信息隱藏度均低于50％。證明本文設計的用戶隱私信息混沌序列加密技術的加密效果較高，數據信息隱藏度較高，具有一定的應用價值。

三、結束語

綜上所述，隨著計算機技術的發展，網絡通信信息越來越復雜，十分容易出現用戶隱私泄露問題，疾控檔案是用戶的關鍵隱私信息，因此，亟須進行疾控檔案用戶隱私信息加密。常規的疾控檔案用戶隱私信息加密方法加密后的數據信息隱藏度較低，極容易被解密，不符合疾控檔案的安全傳輸需求，因此，本文基于混沌序列設計了一種新的用戶隱私信息加密方法。實驗結果表明，疾控檔案用戶隱私信息加密方法加密后的數據信息隱藏度較高，具有有效性，可以作為后續疾控檔案管理的參考。

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（作者單位：臨沂市疾病預防控制中心）

作者簡介：苑克宗（1978—），男，漢族，山東沂水人，本科，中級職稱，研究方向：檔案管理。