[发明专利]面向字节的随机多表替换加密与解密方法

权利要求书

1.面向字节的随机多表替换加密方法，明文、密文和密钥均是有限域GF(2⁸)内的元素，替换表S共有256个元素，工作密钥WKey共有256个元素，用户密钥Key的元素个数可变，最少一个元素，最多256个元素，通过密钥扩展算法生成工作密钥WKey，其特征在于，加密步骤如下：

第(1)步：生成替换表S和工作密钥WKey，产生M个随机数用来改变工作密钥WKey，并生成密文反馈字符FC，具体步骤如下：

第(101)步：生成替换表S，将替换表S中256个元素的值，分别设置为0～255，即S(i)＝i，i＝0～255；

第(102)步：将用户密钥Key扩展为工作密钥WKey；

第(103)步：根据用户对安全等级的不同要求，分别产生8个、16个或32个GF(2⁸)内的随机数Rnd，进行周期扩展后与第(102)步产生的工作密钥WKey进行mod 256的加法运算，即：WKey(i)＝(WKey(i)+Rnd(j))mod 256,i＝0～255,j＝i mod M，M是系统根据安全等级不同而设定的随机数的个数，将这M个随机数直接输出到密文文件中；

第(104)步：选取工作密钥WKey中的部分元素做mod 256的加法运算，产生初始秘密字符iniSecChar，并将密文反馈字符FC设定为初始秘密字符，即FC＝iniSecChar；

第(2)步：循环加密所有明文字符，直到所有明文字符加密完毕，具体步骤如下：

第(201)步：使用工作密钥WKey改变替换表S中元素的位置，i、j是替换表S中元素的编号，j的初始值为0，i从0到255，每次递增1，计算出和当前值i进行交换的值j，j＝(j+WKey(i)+S(i))mod 256，然后交换S(i)和S(j)的值；

第(202)步：通过替换表S替换明文字符Pchar，生成相对应的密文字符Cchar，即Cchar＝S(Pchar)，输出密文字符Cchar；

第(203)步：根据密文字符Cchar的值，改变密文反馈字符FC的值，即FC＝(S(Cchar)+iniSecChar)mod 256；

第(204)步：根据替换表S和密文反馈字符FC的值，改变工作密钥WKey的值，即WKey(i)＝(WKey(i)+S(WKey(i))+FC)mod 256,i＝0～255。

2.根据权利要求1所述面向字节的随机多表替换加密方法，其特征在于，所述第(102)步将用户密钥Key扩展为工作密钥WKey的方法是：首先将用户密钥Key进行周期扩展，直到密钥长度为256个，然后将扩展部分密钥值逐次增加1，并做Mod 256运算，即WKey(i)＝Key(i),i＝0～N-1，WKey(i)＝(Key(j)+i-N+1)mod 256,i＝N～255,j＝i mod N，N为用户密钥Key的元素个数。

3.根据权利要求1所述面向字节的随机多表替换加密方法，其特征在于，所述第(104)步产生初始秘密字符iniSecChar的方法：在算法中直接设定选取的元素序号，或选择用户密钥Key的元素作为选取的序号，即iniSecChar＝(WKey(Key(1))+WKey(Key(2))+…+WKey(Key(N)))mod 256，其中的N为用户密钥Key的元素个数,Key(1)为用户密钥Key的第一个元素。

4.与权利要求1所述面向字节的随机多表替换加密方法对应的解密算法，明文、密文和密钥均是有限域GF(2⁸)内的元素，替换表S和解密替换表DS均有256个元素，工作密钥WKey也有256个元素，用户密钥Key的元素个数可变，最少一个元素，最多256个元素，通过密钥扩展算法生成工作密钥WKey，其特征在于，解密步骤如下：

第(D1)步：生成替换表S、工作密钥WKey和密文反馈字符FC，具体步骤如下：

第(D101)步：生成替换表S，将替换表S中256个元素的值，分别设置为0～255，即S(i)＝i，i＝0～255；

第(D102)步：将用户密钥Key扩展为工作密钥WKey；

第(D103)步：从加密文件中读出前面的M个随机数Rnd，进行周期扩展后与第(D102)步产生的工作密钥WKey进行mod 256的加法运算，改变工作密钥WKey元素的值，即：WKey(i)＝(WKey(i)+Rnd(j))mod 256,i＝0～255,j＝i mod M，M是系统根据安全等级不同而设定的随机数的个数；

第(D104)步：选取工作密钥WKey中的部分元素做mod 256的加法运算，产生初始秘密字符iniSecChar，并将密文反馈字符FC设定为初始秘密字符，即FC＝iniSecChar；

第(D2)步：循环解密所有密文字符，直到所有密文字符解密完毕，具体步骤如下：

第(D201)步：使用工作密钥WKey改变替换表S中元素的位置，i、j是替换表S中元素的编号，j的初始值为0，i从0到255，每次递增1，计算出和当前值i进行交换的值j，j＝(j+WKey(i)+S(i))mod 256，然后交换S(i)和S(j)的值；

第(D202)步：计算出解密替换表DS，DS(S(i))＝i，i＝0～255；

第(D203)步：通过解密替换表DS，将密文字符Cchar替换为明文字符Pchar，即Pchar＝DS(Cchar)，输出明文字符Pchar；

第(D204)步：根据密文字符Cchar的值，改变密文反馈字符FC的值，即FC＝(S(Cchar)+iniSecChar)mod 256；

第(D205)步：根据替换表S和密文反馈字符FC的值，改变工作密钥的值，即WKey(i)＝(WKey(i)+S(WKey(i))+FC)mod 256,i＝0～255。