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基于混沌的RC4加密算法

更新时间:2022-10-28 15:42:51


本文简介:RC4属于对称加密算法,双方采用相同的密钥,加解密算法简单,但不便于密钥管理。为减少密钥协商次数,且使每个数据包加解密使用不同的密钥,在密钥协商结束后,WEP和TKIP都使用变化的IV向量来改变RC4的初始密钥,这就是我们今天要介绍的基于混沌的RC4加密算法。基于混沌的RC4加密算法的工作原理采用Logistic作为RC4的种子密钥发生器,随机生成序列密钥,增加密钥的随机性,且在加密的过程中,多个

基于混沌的RC4加密算法

RC4属于对称加密算法,双方采用相同的密钥,加解密算法简单,但不便于密钥管理。为减少密钥协商次数,且使每个数据包加解密使用不同的密钥,在密钥协商结束后,WEP和TKIP都使用变化的IV向量来改变RC4的初始密钥,这就是我们今天要介绍的基于混沌的RC4加密算法。

基于混沌的RC4加密算法的工作原理

采用Logistic作为RC4的种子密钥发生器,随机生成序列密钥,增加密钥的随机性,且在加密的过程中,多个参数的不同取值使得在不需要设置IV向量的情况下,可达到不断改变RC4初始密钥的目的。

基于混沌的RC4加密算法的具体运行过程

基于混沌的RC4加密算法的具体运行过程如图所示,主要分为3个阶段:密钥协商,Logistic产生种子密钥及数据加解密。

一、密钥协商 

密钥协商过程采用IEEE802.11i的四次握手结构,实现动态密钥协商,整个密钥协商过程在STA与AP之间进行。

在握手过程中,共享密钥TKP并未在双方之间传输,所以密钥的安全性在双方之问得到了很好的保障。AP与STA四次握手成功后,双方载入由PMK生产单播密钥PTK:

PTK={EK,CK,TK}

其中,TK为双方共享的数据加密密钥。我们今天介绍的基于Logistic混沌映射的RC4加密算法,就是将混沌映射的初始值、控制参数及取值的起始位置作为双方共享的加解密密钥进行协商,即:TK={X0,_μ ,stat}

其中,X0为迭代初始值;_μ为控制参数;stat为RC4种子密钥取值的起始位置。

二、Logistic产生RC4的种子密钥

双方载入共享密钥TK后,利用{X0, μ}进行Logistic迭代,产生一个随机数序列:X={X0,X1...},若系统处于混沌状态,则可以构建一个真随机数序列,而该随机序列又是由X0,_μ_唯一确定的。由于Logistic产生的值都落在(0,1)范围内,为转化成RC4加密算法中初始置换S={0,1...N一1,N(=2N)的种子密钥,需对产生的随机序列X进行如下运算,使取值在[0,255]之间:

Y=mod(round(1000xx),255)

通过实验验证,当初始值X0相差10-16时,产生的2个随机序列经过60次左右的迭代出现了明显的差异,形成2个完全不相同的随机序列,因此,在选取RC4种子密钥key时,应从60次迭以后代开始取值。

当传输的数据量非常大时,为使每个数据包使用不同的密钥加密,利用混沌系统对初始值的敏感性,在每次生成RC4种子密钥的过程中,将Logistic的初始值以10-16进行递增。

三、数据加密与解密

在发送端A处,Logistic产生随机序列,并截取128bit的种子密钥key后,利用RC4加密算法对key进行新的一轮运算,产生最终用于数据加密的密钥流K(n)={k1,k2...}。RC4属于一种流加密算法,对明文文件加密时,需将明文转化成连续的符号或比特流P(n)={P1,P2....},加密时用密钥流K(n)的第n个元素Kn与Pn进行异或运算,即:

E(n)=P(n)⊕K(n)

其中,K(n)为RC4产生的密钥流;P(n)为明文。加密结束后,E(n)通过信道发送给接收端B。

在接收端,需对接收到的密文E(n)进行解密,RC4属于一种对称加密算法,加解密需使用相同的密钥流K(n),可利用双方共享的密钥TK,通过Logistic混沌映射恢复RC4的种子密钥key,进而通过RC4加密算法产生相同的密钥流K’(n),将密文的第N个元素E(n)与K’(n)异或即可恢复出明文,即:

D(n)=E(n)⊕K’(n)

其中,K’(n)为通过共享密钥恢复的RC4密钥流;E(n)为密文;D(n)为解密恢复的明文。

小知识之RC4加密算法

RC4加密算法是大名鼎鼎的RSA三人组中的头号人物Ron Rivest在1987年设计的密钥长度可变的流加密算法簇。之所以称其为簇,是由于其核心部分的S-box长度可为任意,但一般为256字节。该算法的速度可以达到DES加密的10倍左右,且具有很高级别的非线性。

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如何防止企业内部开发代码被泄密?

       据统计报告,企业在遭遇数据泄露事件时,有百分之八十的概率是出现在内部人员身上。这表明,内部数据安全问题远远比网络攻击更加可怕。尤其是在研发型企业里,代码这种重要又值钱的数据,是最容易让别有用心之人动歪心思的。

 

       代码数据的泄露,对企业造成的打击和影响是不可估量的,对于研发部门来说,重要的数据可不仅仅是代码,还有很多核心数据需要保护。下面我们就从不同角度看看,有哪些技术手段可以保护代码不泄露。

  

一、对代码本身采用的技术手段

 

      1、代码混淆:也称为模糊处理,其技术原理是代码重命名,也就是说原先具有含义的方法名称,重命名为毫无意义的(A,B,C 诸如此类)。缺点:无法隐藏调用的系统的函数。

 

      2、代码隐藏:因为代码混淆改变了方法签名,在很多时候是有问题的,例如程序集要被其他人使用的时候。因为方法名变成了毫无意义的一些字符,将造成使用者极大的麻烦,也可能导致现有引用程序集的失效。

 

      3、非托管代码编:使用非托管代码编写核心代码(例如核心算法),然后使用平台交互的方式进行调用,非托管代码比较难反编译。

 

      4、强名称签名:这种方法,用通俗的话说就是对文件按照Microsoft的算法对文件进行Hash,然后将hash出来的数据(public key token )写入文件。在运行或者对文件进行调用的时候,SDK会检查public key token ,若不符合则抛出异常,退出。

 

      5、代码加密:改变MSIL和JIT的通信,根据底层的需要来解密代码。破解的难度大,较安全,内存无完整代码。但是这种方式可能会导致编程的难度大,若利用专门的加密软件,则会加大系统的开发成本。

 

      6、代码本地化:代码完全编译成本机代码,同win32下的应用程序一样,完全失去了.NET的优越性。

 

      7、代码加水印:简单的说,就是让特定的字符串以图片的形式,绘制在程序的界面上,用来提示软件是否注册,这种保护方法,关键的地方就是对图片绘制条件的判断,如果仅仅是用true 或者false 来判断,就形同虚设了。

 

二、研发部门内部管控手段

 

      8、禁用U口:企业可以通过禁用USB接口,这种方式可以有效防止恶意的数据拷贝,如果需要对外发送的话,需要经过审核后由专人拷贝出来再外发。

 

      9、控制访问权限:网站白名单,只允许访问工作需要的网站,其他一律禁止掉。这个算是比较严格的限制方式了。采用应用过滤,禁止掉所有的文件传输、网盘、邮件等。这个方案相对有效,但是不能排除通过未知的应用协议来传文件,而且会给日常工作带来一些不便。

 

      10、部署DLP数据防泄漏系统:有条件的企业可能会在内外网边界部署DLP数据防泄漏系统,所有内部向外部发出的数据,都要经过DLP系统的内容扫描,在确保不包含敏感信息的情况下才允许发出。这也是比较常见的一种方式,可以有效防止各个渠道的外发泄密。

 

      11、第三方身份验证:现在有许多基于标准且高度安全的身份验证产品可供选择,这样的话,你的员工/客户等等就不需要一个个记住账号密码了,这样就能减少账号泄密的风险了。

 

      12、服务器上备份文件:及时的将重要文件备份,以便丢失后能及时找回,同时可以减少无意的泄密带来损失。

 

      13、特殊部门不允许进行文件外发:比如研发部门或者财务部门这种核心和敏感数据较多,不允许他们直接的对外发送文件,如果需要发送的话,需要经过审批后,由专人进行发送。

 

      14、监控电脑的文件外发动作:这个就需要有带有监控功能的软件了,可以监控到每个人的电脑操作行为,一旦产生外发动作,就会给管理员发出警报。

 

      15、云桌面:云桌面也是一种很流行的方式,很多研发型企业都在使用,它的成本比较低,使用灵活,可以快速响应企业和开发需求,比如企业规模扩大时,可快速实现资源配置和扩展。最重要的是,数据都集中在服务器上,开发人员的终端不再保存数据和存储,实现代码等数据不落地,对于企业来说,不仅仅是便于管理了,而且更能保障信息安全。

 

      16、网络隔离:这个算是目前最流行的方式了。将研发网与办公网、测试网、外网等进行隔离,防止不同部门、不同业务之间的违规数据交换。通过网络隔离的方式,可以有效防止内部核心代码数据泄露。

 

      17、对企业数据信息存储介质做渗透测试:渗透测试是完全模拟黑客可能使用的攻击技术和漏洞发现技术,对目标系统的安全做深入的探测,发现系统最脆弱的环节。

 

      18、内部设备的管理:很多企业会疏于对打印机、传真机等设备的管控,殊不知这些也是泄密渠道之一。必要的时候可以安装一些打印管理软件,实现打印内容监控、打印计数、打印审核等。

 

三、防止外部攻击的方法

 

      19、使用多种抵御手段:安装各种防火墙、入侵检测系统、DDoS防护服务、防病毒等产品来防范黑客的攻击和病毒的入侵。可以有效抵御外部的攻击导致的数据泄露,对企业整个网络安全环境起到一定的保护作用。

 

      20、监视攻击:有很多很好的监控工具,但是需要投入时间和精力来确保随时可以监控到异常。选择监控系统时,得确保知道自己在监控什么以及如何回应。

 

      21、分析各种网络日志:日志的搜集与分析可帮助企业侦测针对性攻击。IT和安全人员可从中发现关于黑客的一些宝贵信息,例如黑客如何进入网络,以及黑客的攻击策略。

 

      22、高防服务器:高防服务器就是能够帮助网站拒绝服务攻击,并且定时扫描现有的网络主节点,查找可能存在的安全漏洞的服务器类型。


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