[发明专利]基于可再现随机序列的密码系统

说明书

为了具有完全安全的密码系统，一直在寻找和一次一密一样(One Time Pad)无条件安全的但没有其密钥分发问题的系统。本文中公开了一种密码系统，其基于随机序列生成器(1)实现密码过程，为加密过程(2)或解密过程(3)生成和要处理的数据一样长的随机密钥。通过所述随机序列生成器(1)生成的所述随机序列是完全随机的，其对于具有正确的随机转移图(4)和种子(5)的人来说是完美可再现的。因此，我们具有没有密钥分发问题的非常强的密码系统。所述密码系统甚至允许通过网络实现无条件安全的通信信道。这种密码系统能够被实现在像智能卡这样甚至具有有限计算能力的非常不同的硬件上。

技术领域

本发明属于密码过程和装置的领域。密码学是用于对数据进行加密(亦称编码)或者用于对加密数据进行解密(亦称解码)的技术。尽管此技术长期在军事和外交领域中使用，但其今已扩展到公共领域和商界。现如今在经济上至关重要的是具有强且安全的密码系统以保护商业数据和银行通信。

背景技术

在揭露现有技术之前，将给出我将在本文件中使用的一些技术术语的定义。这些定义将适用于整个文件(说明书、权利要求书、说明书摘要)。

所谓术语“数据”是指所有种类的信息、知识、文本、消息、文件、图、数值结果、图片、图像、它们中的一些或全部的组合，或能够通过字符的序列来表达、转录或者建模的项目。

所谓术语“字符的序列”是指以下各项的序列：指符号(字母、数值、标点符号等)、所有种类的空间、象形符号、表意文字、数字、基于数个状态的码(例如摩斯码、电传码、电子设备中的数字二进制码等)、可能遵循编码方案(例如ASCII、ANSI、Unicode、Baudot或其他)的数值码(二进制、十进制、十六进制或无论什么基数)、任何等同物的或它们中的一些或全部的组合。并且我因此将“字符”定义为从其做出字符的序列的元素。

所谓“随机序列”是指这样的字符序列，其中即使知道在序列中哪些是前一个字符(和/或接下来的字符)也无法预测哪一个字符将处于序列中的特定位置，并且这适用于序列中的每个位置。

现有技术

几个世纪以来，Vigenère密码被认为是最安全密码系统之一。它基于每个字母用按字母表顺序移位的另一个字母的取代，其中不同的移位适用于消息的每个字符。为了记住不同移位的序列，已创建了“密钥”的系统。密钥是单词或句子，其中每个字母给出要应用的移位，对于“A”考虑“0”，对于“B”考虑“1”，对于“C”考虑“2”，直到对于“Z”考虑“25”为止。并且密钥是循环的直到要加密的文本的结尾为止。

此技术已在第一次世界大战期间被用于Gilbert S.Vernam的“printingtelegraph”(电传打字机)(美国专利1,310,719)。在此系统中，字符使用Baudot码被按照二进制编码。这意味着存在仅两个符号和两个可能的移位：无或“移位到另一个符号”。并且因为密钥被放在磁带上，所以随机序列开始被使用，因为不再需要记住密钥。

针对Vigenère密码做出的首次成功的攻击由Friedrich Kasiski完成，并且更高效的攻击由William Friedman设计出。两个技术利用了密钥被反复使用这一事实。

为了对抗这些技术，已经设计使用至少和要加密的文本一样长的密钥。找到此类密钥的最好方式是使用书本(当然，对位置而言是未知的)。然而，这种密码仍然可被解密，因为密钥承载含义。

美军少校Joseph O.Mauborgne找到了该问题的解决方案。了解了Vernam系统及其随机密钥之后，他通过设定和要加密的文本一样长的随机密钥并且通过规定每个随机密钥应该被使用仅一次来使其完善。