基于人工智能的高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密算法

摘要：為實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)特征的深度挖掘和高度迷惑性的加密數(shù)據(jù)生成，提高數(shù)據(jù)加密的強(qiáng)度和靈活性，提出一種基于人工智能的高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密算法。采用對(duì)稱密碼體制生成會(huì)員信息密鑰、密文、明文等信息，將這些信息輸入到卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加密算法中，進(jìn)行更深層次的特征提取和更高效的會(huì)員信息加密和解密。融合加密算法與生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)，通過生成器和判別器之間的對(duì)抗性訓(xùn)練，進(jìn)一步提升加密算法的安全性。使用優(yōu)化后的加密算法對(duì)高校體育俱樂部會(huì)員信息進(jìn)行加密。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法具備追蹤和定位入侵者的能力，在明文長(zhǎng)度為1024bit時(shí)，平均加密時(shí)間能夠保證在5ms之內(nèi)，能夠提供一個(gè)安全、高效的加密方案，確保高校體育俱樂部會(huì)員的信息能夠得到有效的保護(hù)。

關(guān)鍵詞：人工智能；高校體育俱樂部；會(huì)員信息安全加密；對(duì)稱密碼體制；卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TN918;TP312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-260X（2024）10-0011-06

高校體育俱樂部會(huì)員信息涵蓋了與會(huì)員密切相關(guān)的各類數(shù)據(jù)和信息，其核心內(nèi)容涵蓋會(huì)員的基本個(gè)人資料、參與活動(dòng)的詳細(xì)記錄以及健康狀況等關(guān)鍵要素。這些信息不僅是俱樂部日常運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)，更是優(yōu)化會(huì)員管理、提升服務(wù)品質(zhì)的關(guān)鍵所在。一旦這些信息泄露，可能對(duì)會(huì)員的造成損失，實(shí)現(xiàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密，可以確保會(huì)員數(shù)據(jù)的完整性。

劉銀提出一種信息安全加密系統(tǒng)，該系統(tǒng)依據(jù)雙混沌算法實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器芯片和存儲(chǔ)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)硬件的改造，通過構(gòu)建信息采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)信息數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集，通過雙混沌算法實(shí)現(xiàn)對(duì)采集信息的處理，從而保證信息數(shù)據(jù)中的不確定因素消除，通過構(gòu)建信息安全加密數(shù)據(jù)庫，有效減少了信息查找時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)效果更好的加密。但雙混沌算法雖然提供了更高的安全性和復(fù)雜性，由于該算法對(duì)計(jì)算資源的需求較大，在實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)景中，可能會(huì)產(chǎn)生延遲，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的整體性能造成不利影響。薛來軍通過改進(jìn)橢圓曲線密碼加密實(shí)現(xiàn)信息的加密過程，依據(jù)哈希算法計(jì)算待加密的信息，得到的結(jié)果設(shè)置為橢圓曲線密碼的認(rèn)證密碼，提升加密的可靠性，通過在密鑰交換機(jī)制中加入相應(yīng)的串聯(lián)規(guī)則，通過引入客戶端登錄的多元屬性，對(duì)身份認(rèn)證進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，通過該種方式，最終實(shí)現(xiàn)信息的加密過程。但由于不同的哈希算法具有不同的安全強(qiáng)度和性能特點(diǎn)，故哈希算法的選擇需要經(jīng)過廣泛驗(yàn)證，因此該方法需要大量的計(jì)算過程和驗(yàn)證過程，導(dǎo)致加密過程所需時(shí)間較多，實(shí)時(shí)性較差。Man Z等人提出一種通過新型壓電致變色熒光分子優(yōu)化的高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)信息加密的方法，利用該分子具有高壓敏感性和自擦力誘導(dǎo)放大自發(fā)發(fā)射輸出多色開關(guān)的特性，將待加密的信息轉(zhuǎn)化為特定的壓力信號(hào)。這些壓力信號(hào)通過分子內(nèi)部的相互作用，被轉(zhuǎn)化為多色開關(guān)的輸出。每個(gè)開關(guān)的狀態(tài)代表了信息中的一個(gè)比特位，從而實(shí)現(xiàn)了信息的編碼。通過進(jìn)一步處理編碼后的信息，實(shí)現(xiàn)信息加密。但該方法中壓電致變色熒光分子作為加密方法的核心材料，其穩(wěn)定性和壽命是關(guān)鍵因素。如果分子在使用過程中容易發(fā)生降解或失效，那么加密系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠性將受到影響。

人工智能在信息安全加密算法中具有較大優(yōu)勢(shì)，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化并調(diào)整加密算法，針對(duì)高校體育俱樂部會(huì)員信息數(shù)據(jù)集巨大、分布密度不均等特點(diǎn)，人工智能具有良好的處理優(yōu)勢(shì)，因此提出一種基于人工智能的高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密算法，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)一種效果較好的高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密，管理頁面客觀易用，能夠在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)加密過程，實(shí)時(shí)性較高，防護(hù)效果較好。為會(huì)員們提供了一個(gè)更加安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

1高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密算法

1.1基于對(duì)稱密碼體制的高校體育俱樂部會(huì)員信息加密解密

作為一種傳統(tǒng)的密碼體制，對(duì)稱密碼體制即通信雙方對(duì)高校體育俱樂部會(huì)員信息使用相同的密鑰實(shí)現(xiàn)加密解密過程，如圖1所示。

在圖1中，各部分的內(nèi)容如下：

（1）M表示明文，是加密算法中輸入的原始高校體育俱樂部會(huì)員信息。

（2）Je表示加密算法，作為一種轉(zhuǎn)換函數(shù)，能夠?qū)⑤斎氲脑几咝ｓw育俱樂部會(huì)員信息轉(zhuǎn)換為密文信息。

（3）K表示密鑰，是一個(gè)輸入?yún)?shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入的原始高校體育俱樂部會(huì)員信息和密文信息之間相互轉(zhuǎn)換過程。

（4）S表示密文信息，是輸入的原始高校體育俱樂部會(huì)員信息經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，生成過程需要借助于密鑰。

（5）Jd表示解密算法，該過程依據(jù)密鑰將密文轉(zhuǎn)換為明文信息，是加密過程的逆操作。

通過特征向量表示對(duì)稱密碼體制中的特征信息，表示為x=[M，J_c，K，S，J_d]。

1.2基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的加密算法優(yōu)化

深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具備出色的分類能力，可應(yīng)用于密碼識(shí)別和破解領(lǐng)域。通過訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)一定數(shù)量的密文進(jìn)行學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠提取并識(shí)別出更多的密文特征，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高效、精確的密碼破解。這種方法不僅提高了破解效率，還增強(qiáng)了破解的準(zhǔn)確性，為密碼學(xué)領(lǐng)域帶來了新的突破和可能性。本文通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)加密解密過程進(jìn)行訓(xùn)練，將2.1章節(jié)中得到的特征向量x=[M，J_e，K，S，J_d]，輸入到卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖2中，從而實(shí)現(xiàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息的加密過程。

在圖2中，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中各層之間的具體作用如下：

（1）卷積層：能夠?qū)用芙饷芩惴ㄖ械拿魑摹⒚芪募懊荑€的局部模式和空間相關(guān)性進(jìn)行提取，提取后的特征輸入到池化層。

（2）池化層：通過池化層能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)加密解密過程中的參數(shù)進(jìn)行精簡(jiǎn)，降低提取特征的維度，從而提升計(jì)算速度。

（3）全連接層：通過卷積層和池化層得到的高校體育俱樂部會(huì)員信息加密解密過程的特征，依據(jù)全連接層實(shí)現(xiàn)最終的輸出。

通過卷積操作和池化操作對(duì)解密解密過程的特征進(jìn)行提取，通過全連接層實(shí)現(xiàn)將二維特征轉(zhuǎn)換為一維的特征向量。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練包括前向傳播和反向傳播兩個(gè)步驟：

（1）前向傳播，每層輸出的特征表示為：

（2）反向傳播，依據(jù)前向傳播過程能夠得到的預(yù)測(cè)值和期望值對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)函數(shù)表示為：

在式（2）中，L（y′，y）、n、y′ 、y表示損失函數(shù)、樣本數(shù)、期望輸出和實(shí)際輸出。通過梯度下降法求卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中每一層的權(quán)重和偏置的偏導(dǎo)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行更新，以提高網(wǎng)絡(luò)輸出的精準(zhǔn)性。

通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息加密解密過程的特征提取并實(shí)現(xiàn)更高效的加密或解密操作，具體情況為：

（1）在高校體育俱樂部會(huì)員信息加密過程中，以密鑰作為網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，將最終的分類結(jié)果設(shè)為明文信息，最終輸出為噪聲圖像，即輸出為密文S′。

（2）在高校體育俱樂部會(huì)員信息解密過程中，以密鑰作為網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，將噪聲圖像作為輸入，通過正向傳播，得到的最終分類結(jié)果為明文信息，即高校體育俱樂部會(huì)員信息M′。

1.3基于生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的加密算法安全性優(yōu)化

通過2.2小節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密，為了進(jìn)一步提升構(gòu)建的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加密算法的安全性，本文通過對(duì)生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)中的生成器和判別器進(jìn)行對(duì)抗性訓(xùn)練。

1.3.1生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)加密模型

生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)作為一種概率生成模型，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高校體育俱樂部會(huì)員信息加密過程規(guī)律進(jìn)行找尋，通過已獲得的概率分布模型，能夠創(chuàng)造出全新的數(shù)據(jù)。

在訓(xùn)練中，生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)通過交替優(yōu)化方式，先對(duì)R進(jìn)行判別，優(yōu)化生成F，盡可能降低判別準(zhǔn)確率，同時(shí)生成F，提高判別準(zhǔn)確率。

基于生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的加密算法安全性優(yōu)化結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3中，Alice、Bob、Eve是對(duì)稱加密系統(tǒng)中的三個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，Alice和Bob代表通信雙方，負(fù)責(zé)高校體育俱樂部會(huì)員信息的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，Bob表示竊取信息方，能夠獲取信息進(jìn)行惡意活動(dòng)。

將2.2章節(jié)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最終得到的高校體育俱樂部會(huì)員信息M′和密鑰K輸入到Alice網(wǎng)絡(luò)中，通過Alice網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)將明文信息經(jīng)K加密，從而輸出密文S′，將其與密鑰K輸入到Bob網(wǎng)絡(luò)，通過Bob網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)解密過程，能夠得到M′_Bob，Eve網(wǎng)絡(luò)竊聽到S′.企圖通過S′得到高校體育俱樂部會(huì)員信息，但由于保護(hù)原因，最終能夠得到M′_Eve。

其中Bob網(wǎng)絡(luò)和Eve網(wǎng)絡(luò)區(qū)別在于Bob網(wǎng)絡(luò)能夠接收到密鑰K。

通過Alice、Bob、Eve網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成生成對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，Alice網(wǎng)絡(luò)和Bob網(wǎng)絡(luò)可以看作生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)中的F，Eve網(wǎng)絡(luò)可以看作生成對(duì)抗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的R，F(xiàn)可以通過密鑰與密文得到高校體育俱樂部會(huì)員信息，且使判別模型R無法得到高校體育俱樂部會(huì)員信息，而判別模型R企圖通過密文得到高校體育俱樂部會(huì)員信息，因此二者存在博弈關(guān)系。

Eve網(wǎng)絡(luò)旨在得到精準(zhǔn)的明文信息M′，則其損失函數(shù)表示為：

依據(jù)得到的最優(yōu)的Alice、Bob、Eve網(wǎng)絡(luò)，能夠得到最佳的生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)模型，從而保證2.2小節(jié)中實(shí)現(xiàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息加密過程中的安全性提升。

2實(shí)驗(yàn)與分析

選取某高校體育俱樂部作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過本文算法實(shí)現(xiàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密，加密系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

在該實(shí)驗(yàn)高校體育俱樂部中，會(huì)員的信息主要包括身份證號(hào)、出生日期、姓名、性別、學(xué)號(hào)、電話等，這些信息作為高校體育俱樂部會(huì)員的隱私信息，進(jìn)行加密操作很有必要。

對(duì)Alice、Bob、Eve網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，以驗(yàn)證本文算法實(shí)現(xiàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密的效果，通過驗(yàn)證明文信息長(zhǎng)度分別為4bit、8bit、16bit時(shí)的Bob、Eve網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的平均錯(cuò)誤bit數(shù)情況，得到的對(duì)比情況如圖5所示。

由圖5可知，由于Eve網(wǎng)絡(luò)對(duì)明文信息進(jìn)行猜測(cè)，故預(yù)計(jì)能夠得到1/2的正確bit，因此，在明文信息長(zhǎng)度分別為4bit、8bit、16bit時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)平均錯(cuò)誤bit數(shù)在2bit、4bit、8bit左右浮動(dòng)，但隨著明文長(zhǎng)度增大，曲線波動(dòng)范圍逐漸減小。Bob網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)明文破解過程中，能夠在較少的訓(xùn)練次數(shù)中收斂，且隨著明文長(zhǎng)度增大，曲線波動(dòng)范圍逐漸減小，且在明文長(zhǎng)度為16bit時(shí)，平均錯(cuò)誤bit數(shù)無限趨近于0，證明了本文算法的有效性，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)信息量較大的體育俱樂部會(huì)員信息安全加密。

通過本文算法實(shí)現(xiàn)的高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密頁面如圖6所示。

由圖6可知，通過本文算法構(gòu)建的高校體育俱樂部會(huì)員信息管理頁面能夠較好地實(shí)現(xiàn)會(huì)員信息安全加密，該頁面不僅直觀易用，且充分利用了先進(jìn)的加密技術(shù)，確保會(huì)員的個(gè)人信息在傳輸和存儲(chǔ)過程中都得到了有效的保護(hù)。通過實(shí)施復(fù)雜且多層次的加密算法，大大降低了會(huì)員信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)。采取了嚴(yán)格的數(shù)據(jù)訪問控制機(jī)制，只有經(jīng)過授權(quán)的人員才能訪問和修改會(huì)員信息，進(jìn)一步強(qiáng)化了信息安全防護(hù)，為高校體育俱樂部會(huì)員信息管理提供了堅(jiān)實(shí)有力的保障。

對(duì)兩天內(nèi)的該實(shí)驗(yàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息受到侵入并通過本文算法實(shí)現(xiàn)攔截的記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，通過本文算法能夠?qū)崿F(xiàn)一種效果較好的高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密，通過本文算法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)口令入侵、節(jié)點(diǎn)攻擊、木馬、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽等多種入侵進(jìn)行攔截，且該方法還具備追蹤和定位入侵者的能力，能夠顯示出入侵端的lP地址，為后續(xù)的追蹤和處置提供了重要線索。驗(yàn)證了本文算法能夠極大地提升高校體育俱樂部會(huì)員信息的安全性，為會(huì)員們提供了一個(gè)更加安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

為驗(yàn)證本文算法實(shí)現(xiàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息加密過程的效果，通過研究不同密鑰長(zhǎng)度情況下的平均加密時(shí)間，將本文算法與信息加密中常用的非對(duì)稱加密（RSA）和橢圓曲線密碼加密（ECC）實(shí)現(xiàn)的高校體育俱樂部會(huì)員信息加密時(shí)間情況進(jìn)行對(duì)比，得到的結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，三種算法在不同密鑰長(zhǎng)度下所需的加密時(shí)間存在較大差異，通過本文算法實(shí)現(xiàn)的高校體育俱樂部會(huì)員信息加密在密鑰長(zhǎng)度為210bit，即1024bit時(shí)，平均加密時(shí)間依然能夠保證在Sms之內(nèi)，充分證明了本文算法在加密效率上的優(yōu)越性，驗(yàn)證了本文算法能夠提供一個(gè)安全、高效的加密方案，確保高校體育俱樂部會(huì)員的信息能夠得到有效的保護(hù)。

3結(jié)論

實(shí)現(xiàn)高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密，有利于保護(hù)會(huì)員數(shù)據(jù)的機(jī)密性，確保會(huì)員數(shù)據(jù)的完整性，本文提出一種基于人工智能的高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密算法，該算法通過將生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)和對(duì)稱密碼機(jī)制相結(jié)合，提升加密過程中的安全性，同時(shí)依據(jù)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)提取、識(shí)別出更多的密文特征，增強(qiáng)了加密的準(zhǔn)確性。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該算法能夠?qū)崿F(xiàn)一種高效、可靠的高校體育俱樂部會(huì)員信息安全加密，管理頁面直觀易用，極大地提升高校體育俱樂部會(huì)員信息的安全性，為會(huì)員們提供了一個(gè)更加安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。