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(shù)據(jù)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(shè)計一種新的疾控檔案用戶隱私信息加密技術(shù)。首先，先獲取用戶隱私信息加密混沌密鑰，保證數(shù)據(jù)加密過程具有指向性；其次，基于混沌序列設(shè)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(gòu)建時空混沌用戶隱私信息加密方案，增加用戶隱私數(shù)據(jù)的隱藏度，從而實(shí)現(xiàn)用戶隱私信息加密。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計的用戶隱私信息混沌序列加密技術(shù)的數(shù)據(jù)信息隱藏度較高，加密效果較好，有一定的應(yīng)用價值，可以作為后續(xù)疾控檔案存取的參考。

關(guān)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(jī)通信網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的連通性和包容性，其可以儲存、傳輸各種各樣的用戶數(shù)據(jù)，隨著計算機(jī)通信技術(shù)的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)中匯總的用戶信息越來越復(fù)雜，傳輸通道也越來越多，經(jīng)常出現(xiàn)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?shù)陌踩?，必須對用戶隱私信息進(jìn)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(yù)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(yán)重的用戶安全問題，亟須進(jìn)行疾控檔案用戶隱私信息加密。

相關(guān)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(guī)的用戶隱私信息加密技術(shù)，包括區(qū)塊鏈用戶隱私信息加密技術(shù)、云計算用戶隱私信息加密技術(shù)等。區(qū)塊鏈用戶隱私信息加密技術(shù)主要設(shè)置了多種加密信息模塊，配置了差異性儲存參數(shù)，并結(jié)合相關(guān)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(shù)則通過TPA、RSA等第三方算法，引入Hash函數(shù)進(jìn)行用戶隱私信息加密，雖然這兩種技術(shù)能起到一定的加密效果，但均存在數(shù)據(jù)信息隱藏度過低問題。混沌序列是一種特殊的動力學(xué)時間序列，能快速獲取隱私信息的加密規(guī)律，提高數(shù)據(jù)信息隱藏度。

因此，本文基于混沌序列，設(shè)計了一種全新的疾控檔案用戶隱私信息加密技術(shù)。

一、用戶隱私信息混沌序列加密方法設(shè)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(dāng)?shù)募用芑煦缑荑€，本文設(shè)計的技術(shù)使用雙向耦合映像系統(tǒng)生成時空混沌格點(diǎn)，形成具有較高隨機(jī)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(jù)上述的映像時空演化圖可知設(shè)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(biāo)，代表雙向耦合系數(shù)，代表空間離散坐標(biāo)，此時可以結(jié)合該模型進(jìn)行序列量化，生成混沌密鑰，過程如下：

根據(jù)密鑰的實(shí)時性要求，首先需要獲取二值序列，生成密鑰數(shù)組，如下（2）所示。

（2）

公式（2）中，表示密鑰實(shí)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(diǎn)，因此，需要進(jìn)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(tài)值，代表浮點(diǎn)數(shù)量，此時，生成的混沌密鑰序列具有較高的狀態(tài)值，能有效對密鑰進(jìn)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(shè)計用戶隱私信息加密算法

獲取恰當(dāng)?shù)挠脩綦[私信息加密混沌密鑰后，需要結(jié)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(yù)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(xiàn)加密軌道分離問題，因此，需要預(yù)先設(shè)置合理的混沌序列動力模式，避免其受到迭代導(dǎo)數(shù)限制，降低其最終加密效果，此時，可以假設(shè)加密的混沌序列處于分離狀態(tài)，適當(dāng)調(diào)整迭代參數(shù)，此時可以計算混沌加密分離指數(shù)，如下（4）所示。

（4）

公式（4）中，表示混沌序列的動力函數(shù)，表示迭代導(dǎo)數(shù)，當(dāng)混沌加密分離指數(shù)小于0，證明其特征量之間處于相互靠攏狀態(tài)，反之，當(dāng)混沌加密分離指數(shù)高于0，證明特征量之間處于分離狀態(tài)。因此，在疾控檔案用戶隱私信息加密之前需要預(yù)先判斷信息的混沌行為，對其進(jìn)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(shù)，完成加密映射。

經(jīng)過上述步驟處理后，會生成一個不變分布函數(shù)，此時需要結(jié)合混沌序列的幾何關(guān)系對其進(jìn)行分維表示，生成的關(guān)聯(lián)函數(shù)如（5）所示。

（5）

公式（5）中，代表加密點(diǎn)數(shù)，代表分布系數(shù)，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(shù)可以判斷加密信息的隱私性關(guān)系，確定關(guān)聯(lián)維數(shù)，如下（6）所示。

（6）

根據(jù)上述計算的關(guān)聯(lián)維數(shù)可以有效判斷用戶隱私信息的敏感性，確定信息運(yùn)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(gòu)建時空混沌用戶隱私信息加密方案

構(gòu)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(shù)據(jù)隱藏度，提高用戶隱私信息加密效果，本文結(jié)合混沌密鑰分組原理，設(shè)置了加密明文消息空間及加密密文消息空間，選取了恰當(dāng)?shù)拿荑€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(jīng)過上述設(shè)計的混沌序列加密算法進(jìn)行加密，獲取密鑰源，再途經(jīng)加密通道完成加密，在疾控檔案查詢時僅需要使用相關(guān)解密算法進(jìn)行解密即可獲取準(zhǔn)確的解密結(jié)果，最大程度上避免了密碼破譯者竊取，增加數(shù)據(jù)隱藏度。

為了提高信息加密解密效率，本文設(shè)計的用戶隱私信息加密技術(shù)還針對用戶隱私信息進(jìn)行了明文轉(zhuǎn)換分類，可以應(yīng)用特定的元素進(jìn)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(jī)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(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證設(shè)計的用戶隱私信息混沌序列加密技術(shù)的加密效果，本文選取常規(guī)的用戶隱私信息加密技術(shù)與其對比，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如下。

1.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證需求，本文選取TMS320C6201作為實(shí)驗(yàn)平臺，為了提高實(shí)驗(yàn)的有效性，本文選取C6201 DSP作為實(shí)驗(yàn)平臺驅(qū)動芯片。C6201 DSP驅(qū)動芯片內(nèi)部的程序總線與數(shù)據(jù)總線使用哈佛結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，為了提高實(shí)驗(yàn)平臺的綜合性能，還設(shè)置了全新的VILW指令集，可以同時執(zhí)行32位指令，該實(shí)驗(yàn)平臺的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

由圖3可知，按照上述結(jié)構(gòu)連接后，實(shí)驗(yàn)平臺具有幾個特點(diǎn)：一是具有多個控制器，可以有效提高實(shí)驗(yàn)運(yùn)算速度，保證實(shí)驗(yàn)效率；二是含有多個功能單元，能同時執(zhí)行多種運(yùn)算控制指令，降低實(shí)驗(yàn)成本；三是具有不同的儲存空間，可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立訪問，避免指令重疊。

為了獲取準(zhǔn)確的用戶隱私信息地址，在開始實(shí)驗(yàn)之前，需要對連接的實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行修正，設(shè)計獨(dú)立的執(zhí)行地址，便于進(jìn)行ALU并行工作。除此之外，還需要設(shè)置一個與信息加密周期相擬合的流水線，解決執(zhí)行程序分支問題，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置的流水線如下圖4所示。

由圖4可知，根據(jù)上述的信息加密流水線可以設(shè)置加密程序，本文選取Code Composer Studio作為加密程序開發(fā)環(huán)境，生成了加密代碼，選取874858條疾控檔案用戶隱私信息進(jìn)行加密實(shí)驗(yàn)。

經(jīng)過抽取篩查發(fā)現(xiàn)，874858條疾控檔案用戶隱私信息中包括若干條重復(fù)信息或無效信息，為了提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，保證實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證效果，本文進(jìn)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(shù)為514789條，基于此，可以設(shè)計數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信息加密映射，代表密鑰控制參數(shù)，數(shù)據(jù)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(guī)劃實(shí)驗(yàn)程序的具體步驟。首先，提取輸出的用戶隱私數(shù)據(jù)文件，完成文件讀寫，并計算用戶隱私數(shù)據(jù)長度，設(shè)置合理的加密循環(huán)周期；其次，輸入不同方法使用的密鑰，設(shè)置各個方法的參數(shù)初始值，進(jìn)行過渡迭代，獲取加密映射序列，得到加密映射值；最后，進(jìn)行多值化處理，將加密結(jié)果輸入緩沖區(qū)，進(jìn)行數(shù)據(jù)隱藏度計算，獲取加密結(jié)果，全部步驟完成后，即可進(jìn)行后續(xù)的加密效果分析。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

結(jié)合上述的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，本文選取區(qū)塊鏈用戶隱私信息加密技術(shù)及云計算用戶隱私信息加密技術(shù)，與本文設(shè)計的用戶隱私信息混沌序列加密技術(shù)進(jìn)行對比，使用公式（7）分別計算三種技術(shù)在不同數(shù)據(jù)信息量下的數(shù)據(jù)信息隱藏度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可知，本文設(shè)計的用戶隱私信息混沌序列加密技術(shù)，在不同數(shù)據(jù)信息量下的數(shù)據(jù)信息隱藏度均高于90％。區(qū)塊鏈用戶隱私信息加密技術(shù)不同數(shù)據(jù)信息量下的數(shù)據(jù)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(shù)的數(shù)據(jù)信息隱藏度均低于50％。證明本文設(shè)計的用戶隱私信息混沌序列加密技術(shù)的加密效果較高，數(shù)據(jù)信息隱藏度較高，具有一定的應(yīng)用價值。

三、結(jié)束語

綜上所述，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信信息越來越復(fù)雜，十分容易出現(xiàn)用戶隱私泄露問題，疾控檔案是用戶的關(guān)鍵隱私信息，因此，亟須進(jìn)行疾控檔案用戶隱私信息加密。常規(guī)的疾控檔案用戶隱私信息加密方法加密后的數(shù)據(jù)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(shè)計了一種新的用戶隱私信息加密方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，疾控檔案用戶隱私信息加密方法加密后的數(shù)據(jù)信息隱藏度較高，具有有效性，可以作為后續(xù)疾控檔案管理的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]霍穎瑜，鐘 勇.基于區(qū)塊鏈技術(shù)的用戶信息加密存儲系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2021，44（21）：60-64.

[2]李永剛.基于云計算的數(shù)據(jù)信息加密安全存儲仿真研究[J].電子設(shè)計工程，2021，29（11）：132-135.

[3]陳 飛，劉建東，胡輝輝等.基于Spark和整數(shù)混沌的彩圖拉格朗日加密分存方案[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，202041（04）：901-907.

[4]徐子涵，邵珠宏，尚媛園等.結(jié)合雙隨機(jī)相位加密和四元數(shù)格拉斯曼平均網(wǎng)絡(luò)的彩色人臉隱私保護(hù)識別[J].計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報，2021，33（01）：116-125.

[5]劉 裕，周 毅，農(nóng)顏清.網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)平臺用戶個人信息安全風(fēng)險及其治理——基于117個App隱私政策文本的內(nèi)容分析[J].圖書情報工作，2022，66（05）：33-43.

[6]田馨灤，韓鈺馨，張曉娟.移動社交媒體用戶隱私疲勞的影響因素研究——基于扎根理論和解釋結(jié)構(gòu)模型的分析[J].信息資源管理學(xué)報，2021，11（05）：103-113.

[7]申 琦，閆玲玲.社交規(guī)模、社交經(jīng)驗(yàn)與隱私管理邊界——基于新浪微博用戶的數(shù)據(jù)挖掘研究[J].河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)學(xué)報（綜合版），2021，21（02）：43-52+71.

[8]王 珉，侯貴生，尤志瓏.網(wǎng)絡(luò)用戶隱私疲勞的影響因素與行為選擇研究——基于S-S-O理論與扎根理論[J].情報理論與實(shí)踐，2021，44（09）：149-154+128.

[9]陳春妙，余佳熹，韋登帥等.大數(shù)據(jù)背景下用戶隱私安全保護(hù)研究——以Android應(yīng)用為例[J].信息與電腦理論版，2021，33（02）：200-202.

（作者單位：臨沂市疾病預(yù)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。