基于Chen-Mobius算法的信息加密系统的设计

施志荣(漳州职业技术学院电子工程系，福建漳州 363000)

基于Chen-Mobius算法的信息加密系统的设计

施志荣
(漳州职业技术学院电子工程系，福建漳州 363000)

本文从网络安全及应用的可行性出发，基于Chen-Mobius变换理论，在LabVIEW平台开发了一套新型的信息加密系统，给出对文本信息进行加密的效果，并对其性能进行分析。

Chen-Mobius变换；LabVIEW；信息加密系统；网络传输

随着计算机技术高速发展及互联网应用日益普及，计算机网络已经成为政府部门、教育机构和金融机构等诸多领域重要信息的交换手段，网络上流通的信息量也呈几何级数增加。然而，利用网络进行信息交换还存在着诸多不安全因素，比如信息被窃听、篡改和伪造等。因此，数据加密是确保计算机网络安全的重要机制。本文利用LabVIEW平台开发了一套基于Chen-Mobius算法的信息加密系统。

1 Mobius加密算法及系统结构

1.1 Mobius变换

在数论中，Mobius函数[1-3]定义为：

(1)

对于定义在(-∞,+∞)上的两个函数G(x)和g(x)，有

(2)

通过Chen-Mobius变换，可以求出了sin(ωt)按该周期信号展开的逆变换式：

(3)

那么，对任意奇函数Q(t)，也就可以将其展开为该周期信号的叠加。

即

(4)

令mn=k，就有

(5)

其中，

(6)

1.2 信息加密系统的整体结构

信息加密系统处理的数据主要是文本信息，实现文本信息的加密可以用多种不同的方法，本系统验证的方法是利用通信系统里面的键控原理，即利用字符的ASCII码产生一组包含文本信息的数组，并将该数组加载在Chen-Mobius加密函数上。

加密系统的整体结构：在服务器端，用户利用Chen-Mobius加密函数对重要数据进行加密形成密文，然后通过网络进行传输；在客户端，利用Chen-Mobius解密函数对接收到的加密信息进行解密，还原出相应的数据。文本信息在密码学里面被称为明文，加载加密函数的信息为密文，通过网络传输就是密文。整个系统框图如图1所示。

图1 文本信息加密的原理图

2 基于LabVIEW平台的信息加密系统的实现

2.1 LabVIEW平台

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。它是建立在Windows Server 2008/2012 R2(64位)、Windows 10/8.1/8/7 SP1(32位和64位)基础上的图形化仪器开发系统(也可以用于Mao OS，Sun，HP-UX等)。与传统文本编程语言相比，用LabVIEW编程易学易懂、省时省力，可以节省大量系统开发时间，即使对于没有文本编程语言基础的非软件工程师来说，也可以很快学习、掌握并应用LabVIEW来开发虚拟仪器。

采用LabVIEW作为信息加密系统的开发平台，是因为图形化编程环境LabVIEW满足建立灵活的可扩展式应用系统的要求，同时满足以最小成本、最快速地开发系统的需求。利用LabVIEW简单易用的GUI控件，可以完全按照使用者的需求进行界面设计。LabVIEW支持多任务，同时对外设有C语言接口，选用LabVIEW开发还可以提高程序的可靠性。

2.2 文本信息的数据加密

信息加密系统处理的对象主要是文本信息。实现文本信息的加密可以用多种不同的方法，本系统验证的方法是利用通信系统里面的键控原理，即利用字符的ASCII码产生一组包含文本信息的数组，并将该数组加载在Chen-Mobius加密函数上实现信息加密。加密函数由Chen-Mobius变换计算得出，其部分程序代码如图2所示。

图2 加密程序部分代码

根据前面板的输入可以得到加密函数的密钥频率、加密阶数、密钥类型。文本信息经过字符串至字节数组转换函数可得到一个数组，根据该数组的长度可计算求得加密函数的采样点数。加密函数的采样频率可由密钥频率乘上加密阶数后再乘以常数计算求得。最后，将包含文本ASCII码信息的数组加载在加密函数上就实现了字符信息的数据加密。

2.3 密文数据的解密

解密函数也是由Chen-Mobius变换的计算方法得出，其部分程序代码如图3所示。

图3 解密程序部分代码

在客户端，接收到的密文经过一个数组大小函数就可以计算出解密函数的采样点数，根据采样点数和前面板定好的钥频率、加密阶数可计算求得解密函数的采样频率。将加密信息加载在解密函数上并经过低通滤波器滤波之后，便可以获得文本解密后的波形。

3 运行结果

加密系统的运行结果如图4和图5所示。

图4 服务器端前面板

图5 客户端前面板

4 与其它加密算法比较

(1)DES算法：DES是一种对称密码算法。除了密钥输入顺序之外，其加密和解密的步骤完全相同，容易标准化。但由于时间久远，目前黑客已经可以在短时间内成功地将其破解。而Chen-Mobius加密算法还没有标准化，属于比较新的领域，它的破解还需一段时间。

(2)RSA算法：在非对称密码系统中，最常用的就是RSA算法。这种算法的保密性非常好，因此在国际上得到了广泛的应用。其缺点是由于RSA涉及高次幂运算，所以实现速度比较慢。

(3)Chen-Mobius算法：Chen-Mobius加密属于非对称密钥密码系统，加密和解密的函数是相互正交的函数族，两个函数族满足千变万化的不同函数变化，因此加密系统有很高的保密性；Chen-Mobius算法没有涉及到高次幂运算，即使采用普通计算机，系统也可以实现实时传输。

5 结语

本文把Chen-Mobius算法应用于信息加密，并利用LabVIEW软件平台以及结合PC机的网络端口，开发了一套保密性很高且实际可行、可随机加密的系统。整个加密理论和系统说明了Chen-Mobius函数是一个保密性很高且易于实现和应用的加密函数。

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Design of Information Encryption System Based on Chen-Mobius Algorithm

SHI Zhi-rong

(Electronic Department,Zhangzhou Institute of Technology,Zhangzhou Fujian 363000,China)

As far as the network safety and application feasibility are concerned, this paper develops a new information encryption system on LabVIEW platform based on the Chen-Mobius transformation theory,shows the encrypted result of text information and analyzes its functions.

Chen-Mobius transformation;LabVIEW;information encryption system;network transmission

2016-11-03

漳州职业技术学院2015年校级科研项目“基于RS-485网络的智能实验室信息管理系统的开发”(ZZY1511)。

施志荣(1980- )，男，讲师，硕士研究生，从事通信技术与人工智能技术研究。

TP309

A

2095-7602(2017)06-0043-05