转轮机加密原理的电子实现与性能研究

1国内外研究情况

1.1加密技术发展概况

加密技术是电子商务采取的主要安全保密措施，是最常用的安全保密手段，利用技术手段把重要的数据变为乱码（加密）传送，达到目的地后再用相同的或不同的手段还原（解密）。经典密码通信可以分作两大类：非对称密码系统，对称密码系统。

非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（publickey）和私有密钥（privatekey）。二者是一对，如果用公钥对数据进行加密，只有用对应的私钥才能解密;如果用私钥对数据进行加密，那么只有用对应的公钥才能解密。

最著名的转轮机装置是Enigma。其在第二次世界大战期间由德国人使用。操作员从第一筒输入引脚操作每按一次输入键，第一圆筒就旋转一个引脚的位置，以此类推进行到最后一个圆筒输出。以三转筒为例：整个系统重复使用26！=17576个不同的代换字母表。如果转筒数大于5则数量级超过10^10。

转轮机的缺陷：转轮机密钥很难通过网络环境进行共享。故而在保证密钥共享安全的情况下算法是可靠的。

2系统目标

这是一个面向计算机文件的加密系统。该系统可根据用户需要的密码加密安全强度自动生成密钥，并保存密钥的字节流文件;使用生成的密钥文件对用户指定的文件进行加密;解密时用户可以查找到相应的密钥文件;将加密时保存的相应密钥的字节流文件导入对相应指定加密文件解密。

2.1系统功能说明

在完善的网络，数据库和开发平台等环境下，开发出一个具有开放体系结构的、开源的、易扩充的、易维护的、具有良好人机交互界面计算机文件的加密系统，实现集文件加密、解密，密钥导入导出。

2.2数据要求

数据输入的准确性：准确的数据输入是数据处理的基础，错误的输入会导致系统输出失常，从而无法达到预计的目的。

数据处理的高效性：对于实时监控来说，要求系统能够有效、高速地处理输入数据，并快速地给出准确的输出数据，实现实时性的监控操作。

数据输出的准确性：在保证输入数据正确无误的前提下，系统对数据输出的准确性要求较高。

3系统性能要求

本系统的性能要求如下：

（1）要求系统在正常条件下可以长时间稳定的运行，并保证操作和数据的准确性。

（2）要求密钥生成操作在30秒内完成，密钥文件的查询/删除操作在5秒内完成。

（3）要求加密/解密操作在5分钟内完成，以确保其高效性。

4性能测试

4.1测试方法

使用System.currentTimeMillis（）方法记录密钥生成前后的系统时间，其差值即可代表其响应时间。

4.2密钥生成性能

描述：用户输入不同的密码强度，测试其生成密钥文件的响应时间，比对是否符合性能需求。

用例如表1：

表1

结论：密码强度为8500时，本系统中每个转轮255随机触片，可能出现的排列情况为（255！）8500种，这个数量级非常大，完全可以达到计算上的安全。故密钥生成性能达标。

4.3加密性能

4.3.1不同加密强度下的性能

描述：明文文件固定为大小是3.91M的文件。用户使用不同强度的密钥对其进行加密，测试其加密响应时间，比对是否符合性能需求。

用例如表2：

表2

结果：密码强度为950及其以下的输入都可以达到最大响应时间标准。

结论：密码强度为950时，可能出现的排列情况为（255！）950种，足以达到计算上的安全;而且强度在生成性能达标范围之内，故当明文文件在4M左右时，加密性能达标。

4.3.2不同明文大小下的性能

表3

结论：密码强度为3时，可能出现的排列3种，可达到计算上的安全;8G的上限可以覆盖绝大多数的明文文件;故当密码强度为3时，加密性能达标。

4.4解密性能

表3

表3

结论：密码强度为3时，可能出现的排列3种，可达到计算上的安全;8G的上限可以覆盖绝大多数的明文文件;故当密码强度为3时，加密性能达标。

4.4解密性能

4.4.1不同加密强度下的性能

表4

描述：密文文件固定为大小是3.91M的文件。用户使用不同强度的密钥对其进行解密，测试其解密响应时间，比对是否符合性能需求。

用例如表4。

结果：密码强度为950及其以下的输入都可以达到最大响应时间标准。

结论：密码强度为950时，可能出现的排列情况为（255！）950种，足以达到计算上的安全;而且强度在生成性能达标范围之内，故当密文文件在4M左右时，解密性能达标。

4.4.2不同密文文大小下的性能

描述：加密强度固定为3。用户使用相应密钥对不同大小的明文文件进行加密，测试其加密响应时间，比对是否符合性能需求（表5）。

表5

结论：密码强度为3时，可能出现的排列情况为（255！）3种，可达到计算上的安全;明文性能达标上限为8G;故当密码强度为3时，解密性能达标。