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(tǒng)中很多重要數(shù)據(jù)需要加密，各種加密算法如AES、DES、IDEA等都在廣泛應(yīng)用，一種基于SHA與XOR的加密算法可以實(shí)現(xiàn)信息快速安全加密。

SHA；XOR；加密算法；Hash函數(shù)

在信息系統(tǒng)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(shù)對這些信息存儲、傳輸將帶來很好的保護(hù)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(shù)

加密技術(shù)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?dāng)?shù)字（密鑰）的結(jié)合，產(chǎn)生不可理解的密文的步驟，密鑰是用來對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼和解碼的數(shù)字串。

傳統(tǒng)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(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)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(shù)

Hash函數(shù)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(shè)計(jì)，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院發(fā)布的一系列密碼散列函數(shù)。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(jìn)行分組，并以分組為單位進(jìn)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(qū)。Hash函數(shù)的中間結(jié)果和最終結(jié)果保存于160位的緩沖區(qū)（A，B，C，D，E）中，IV=緩沖區(qū)ABCDE的初值。

（三）執(zhí)行算法主循環(huán)。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(shù)，如：圖2。

圖2 利用SHA-1算法產(chǎn)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(guān)鍵步驟是對密鑰K進(jìn)行Hash運(yùn)算，利用SHA-1算法產(chǎn)生160位的摘要，再與明文M進(jìn)行XOR。步驟如下：

（一）任取任意長的密鑰K，使用Hash函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算：h=H（K）。

（二）對輸入明文M按160位進(jìn)行分組，并以分組為單位進(jìn)行處理。

（三）每個分組都與H（K）進(jìn)行按位XOR運(yùn)算，最后運(yùn)算結(jié)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(shù)進(jìn)行計(jì)算：h=H（K）。

（二）對輸入密文C按160位進(jìn)行分組，并以分組為單位進(jìn)行處理。

（三）每個分組都與H（K）進(jìn)行按位XOR運(yùn)算，最后運(yùn)算結(jié)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(yè)技術(shù)學(xué)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(yè)技術(shù)學(xué)院）

（編輯 李艷華）