專利名稱：雙鑰鎖密碼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
電子保密通信三、現(xiàn)代密碼狀況以前密碼學(xué)家憑直覺和信念設(shè)計和分析密碼；自1949年Shannon發(fā)表保密系統(tǒng)的信息理論為私鑰密碼系統(tǒng)建立了理論基礎(chǔ)，成為一門科學(xué)1976年Diffie和Hellman的“密碼學(xué)的新方向”一文，導(dǎo)致密碼學(xué)上的一埸革命。首次證明發(fā)送端和接收端無密鑰傳輸?shù)谋Ｃ芡ㄐ?，開創(chuàng)公鑰密碼學(xué)的新紀(jì)元。
密碼分私鑰和公鑰密碼體制。
私鑰密碼系統(tǒng)加密和解密對稱，嚴(yán)重缺陷是任何密文傳輸之前，必需使用一個安全通道預(yù)先通信密碼K，在實際中很難做到。
公鑰密碼體制，公鑰和私鑰可分開，通信雙方無須事先交換密鑰就可保密通信。Diffie和Hellman建議利用計算復(fù)雜性設(shè)計加密算法。指出np-完全問題，因為不可能用已知的技術(shù)在多項式時間內(nèi)求解它們。密碼就利用秘密“陷門”被嵌在單向函數(shù)(one-way function)計算復(fù)雜性內(nèi)，這是設(shè)計公鑰密碼體制的基本原理，故其安全性是指計算安全性。但目前還沒有一個函數(shù)能被證明是單向的。
最著名的就是RSA在美國申請了專利，1996年以2億美元高價賣出。它的安全性是基于分解大整數(shù)的困難性，要求n＝p·q足夠大，目前分解的數(shù)已達(dá)到130位；基于安全性考慮，從長遠(yuǎn)的角度來看，512比特模(相當(dāng)于十進(jìn)制154位)還不能提供足夠高的安全度。用Las Vegas算法分解n成功概率至少是一半；且同模攻擊告誡我們，不要在不同用戶之間共享模n。在密文攻擊中RSA算法同態(tài)性質(zhì)是一個缺點，必須進(jìn)行雜湊或單向變換來破壞同態(tài)性質(zhì)；另外循環(huán)攻擊對RSA產(chǎn)生不動點，p，q不能選得太近，加密指數(shù)b和解密指數(shù)a都不能選得太小。除此之外，RSA需要產(chǎn)生大的“隨機(jī)素數(shù)”，且在判斷素性時有可能把合數(shù)判錯為素數(shù)。在分解n＝p·q時采用二次篩法，1994年用上成百個工作站分解了106位整數(shù)。
除此之外還有EIGamaI算法是非確定性的，在密碼協(xié)議中有著大量應(yīng)用，它的安全性是基于離散對數(shù)問題的困難性，但可用窮搜法解決。還有Shanks算法是一種時間-空間折衷法；有Rabin算法、Merkle-Hellman背包算法、Chor-Rivest算法、McEliece算法、橢圓曲線密碼算法、有限自動機(jī)算法、基于身份的公鑰密碼算法等等，都各有優(yōu)缺點。
四、發(fā)明創(chuàng)造雙鑰鎖密碼系統(tǒng)的優(yōu)越性1、“顧名思義”雙鑰鎖意思是指需要兩把鑰匙才能開起一個鎖，如銀行保險柜的兩把鑰匙，這是雙鎖密碼特點之一。與密碼學(xué)的“雙鑰”分別使用和主機(jī)主密鑰加密有本質(zhì)的不同。這種全新的雙鑰鎖密碼是由哥德巴赫奇數(shù)猜想(B)每個奇數(shù)(N≥9)都是叁個素數(shù)(p，q，pi)之和N＝p+q+pi式中p+q＝w大偶數(shù)，這種性質(zhì)p+q的對數(shù)個數(shù)≥1，稱“重素數(shù)”，下同。四元一次方程函數(shù)所構(gòu)成。由公鑰pi(素數(shù))和私鑰N(大奇數(shù))共同確定大偶數(shù)w的“重素數(shù)”個數(shù)——密碼串，這才是真正的密碼，故稱“雙鑰鎖密碼”。公開公鑰pi；保密私鑰。
若偶數(shù)w變化，這種由w確定的兩個素數(shù)p、q組成的數(shù)對(p+q＝w)個數(shù)和位置也隨機(jī)變化，故稱偽隨機(jī)。因為公鑰pi，私鑰N是已知數(shù)，且必滿足pi＜N；如使pi≥N違反數(shù)理，電腦運(yùn)算立即停止；利用這特性、可“封凍”密碼，可凍結(jié)帳戶，可發(fā)現(xiàn)盜竊者，使信息無效等等。
從以上分析可知，很多人可用同一個“密碼”pi(實際上是公鑰)，因為他們的密鑰N與銀行帳號一一對應(yīng)(映射)已被保密。每個人的“密碼”(pi)就沒有保密必要性的煩事了，他人偷到你的“密碼”(pi公鑰)也取不到你銀行的錢；密鑰N也可作為每個人的身份證明及密碼，全世界有六拾幾億人，這個數(shù)字很容易滿足如取大偶數(shù)w＝25×106(八位數(shù))，不超過25×106的奇素數(shù)個數(shù)為 它的密碼(串)個數(shù)為N×[πw-1]=w-82×[πw-1]=25×106-82×668≈83.5×108>65×108]]>即取2500萬的大偶數(shù)來建立雙鑰鎖密碼，就滿足全世界的人，每一個人都有一個身份證明或密碼。
2、雙鑰鎖密碼系統(tǒng)沒有多余度具有特強(qiáng)的安全性用統(tǒng)計分析之所以能破解多種密碼，最根本原因是明文中有多余度；明文中的已知統(tǒng)計規(guī)律，在雙鑰密碼系統(tǒng)中不存在，原因是(參見下表例) a.一個明文符號(如拼音符號e)在密文中有多種(102，154，114)表示法。反之，明文不同符號(i，h)在密文中可以一種(120)表示法。把明文搞得面目全非，隱蔽了明文數(shù)字，使信息完全失去已知統(tǒng)計規(guī)律。
b.在密文中用多種數(shù)字(174，250)表示明文同一個符號(如拼音符號n)；反之，密文中用一種數(shù)字(120)表示明文多個符號(如拼音符號i，h)。密碼串長度的重復(fù)使用規(guī)律性被隱蔽，使密鑰空間也失去統(tǒng)計規(guī)律。
從數(shù)理上說，因為私鑰N大小不受限制，大偶數(shù)w因此也不受限制，明文中一個符號在密文中有無窮多個表示法；反之，在密文中用一種數(shù)字w可表示明文中任何符號，因此是有分裂、有保密功能密碼體制；所以雙鑰鎖密碼系統(tǒng)中不存在多余度，用統(tǒng)計分析等來分析、攻擊偽規(guī)律性的雙鑰鎖密碼體制是不可能破解的。雙鑰密碼體制能抵抗最強(qiáng)的密文攻擊，當(dāng)然能抵抗唯密文攻擊和已知明文攻擊。
3、破解雙鎖密碼體制的可能性 即破解密碼串那是不可能的事a)等于求解四元一次方程N(yùn)＝p+q+pi，一個方程中有四個未知數(shù)，僅知公鑰pi數(shù)值，談何容易；b)密碼串長度(即重素數(shù)個數(shù))和序號位置隨公鑰pi和鑰私N大小組合不同隨機(jī)變化。
c)從數(shù)理上說，當(dāng)私鑰N不受限制，大偶數(shù)w＝N-pi也不受限制，重素數(shù)個數(shù)無限多，密碼串長度可做到無限長，密碼串長度不必重復(fù)使用；d)密文中已沒有多余度，想從密文攻擊得到雙鎖密碼編碼規(guī)則也是不可能的事。而要做到“一文一密”卻是很容易的事。
4、破解雙鎖密碼系統(tǒng)的可能性雙鎖密碼系統(tǒng)是單向多項式函數(shù)(算法)，也具有它的數(shù)學(xué)規(guī)律性；所以窮舉破譯法(即強(qiáng)力法、完全試湊法)是可以破譯的。兩個素數(shù)p+q＝w之和是很容易求得；但是分解大偶數(shù)w是兩個素數(shù)之和(p+q)是單向不定解函數(shù)；且當(dāng)大偶數(shù)w很大時，分解w卻很難。原因是p，q都要求是奇素數(shù)。
第一、大偶數(shù)w的重素數(shù)個數(shù)(篩法)參見哥德巴赫猜想[定理1]公式(1.1)及(1.2)[定理1]公式(1.4)Zw(w)＝Zp·q(w)+2Za(w) (1.1)Zp·q(w)=w+1+Σl+m≤nl,m≥0(-1)l+mΣ1≤i1<···<il≤n1≤j1<···<jm≤n{i1···il}∩{j1···jm}=Φ[w-rj1···jmi1···ilpi1···pilpj1···pjm+1]-2AW-1---(1.2)]]>這里pi=2,3,...,pn,n=π(w),p1=2,]]>Za(w)是區(qū)間 奇素數(shù)對的個數(shù)， rj1…jmi1…il是下列同余方程組在區(qū)間
中的解。
x≡0(modpi1pi2···pil)x≡w(modpj1pj2···pjm)---(1.3)]]>重素數(shù)個數(shù)Zw(w)的下界Zw′(w)Zw′(w)=[π(w)-1]+Bw-x]]> Zw(w)個數(shù)隨w增大而增多，如5位數(shù)的w就有3位數(shù)的Zw(w)表示法(參考“重素數(shù)數(shù)據(jù)庫”)，重素數(shù)個數(shù)公式(1.2)是多項式。有2n項，運(yùn)算煩鎖復(fù)雜；計算多項式時間隨w的增大而按級數(shù)倍增2n，n=πw;]]>第二、一個大偶數(shù)w分解成重素數(shù)個數(shù)Zw(w)的數(shù)量和位置是隨機(jī)的。一般的密碼系統(tǒng)，是采用“唯一分解定理”來編制，沒有這種偽隨機(jī)性。
如果按算法的復(fù)雜性，由算法所需求的最大時間(T)和存儲空間(S)度量，時間是線性的，輸入數(shù)據(jù)長度n是指數(shù)的。如果計算T＝0(2n)，若取n＝106時的運(yùn)算次數(shù)，需實際時間3×10301016年，已經(jīng)失去現(xiàn)實意義；若用上萬億個處理器，也是不可能實現(xiàn)的事。
5、雙鑰密碼體制與私鑰、公鑰密碼體制的比較雙鑰鎖密碼體制有私鑰密碼體制加密和解密對稱的優(yōu)點，便于密碼機(jī)的制造和使用；而不需要私鑰密碼體制要一個安全通道預(yù)先通信密碼K有高于公鑰密碼體制安全度，而不要求公鑰密碼體制(如RSA)要達(dá)到一定安全性，需要計算到512比特模(相當(dāng)于十進(jìn)制154位)以上的計算量。雙鑰鎖密碼計算量(十進(jìn)制20位)僅是公鑰密碼計算量的一小部份，相應(yīng)的計算設(shè)備也少很多；雙鑰密碼的多種使用功能優(yōu)于前兩者。
五、雙鑰鎖密碼信息流程線路(一)無仲栽者的認(rèn)證系統(tǒng)模型(參見說明書附
圖1)。雙鑰鎖密碼是一種有分裂，有保密功能，無仲裁者的認(rèn)證系統(tǒng)可由滿足下列條件的三重組(S，A，K，)來描述。
(1)S是所有可能的信源狀態(tài)作成的一個有限集，稱信源集；(明文)(由信源集合S的拼音符號s與素數(shù)qi對照表SQ)(2)A是所有可能的認(rèn)證標(biāo)簽作成的一個有限集，稱信息集(密文)(3)K是所有可能的雙鑰作成的一個有限集，稱密碼串序號；(編碼規(guī)則)信息集A定義為A＝Q×K為了傳送一個消息，發(fā)送者和接收者共同秘密選擇同一個私鑰N和一個公開的公鑰pi，雙方均由pi和N計算得隨機(jī)密碼串Kk1，k2，…，kr序號，k∈K。發(fā)送者用認(rèn)證編碼器計算后給接收者傳送一個信息集A，a∈A，接收者得到信息集A后，按同樣隨機(jī)密碼串Kk1，k2，…，kr序號在認(rèn)證譯碼器逆運(yùn)算，便得明文。
(二)雙鑰鎖密碼系統(tǒng)的電子原件①將信源集合S“人生幾何”由漢語拼音轉(zhuǎn)換為拼音符號集“ren2 sheng1 ji3 he2”的電子器件稱“漢字拼音轉(zhuǎn)換器”②由拼音符號信源集合S中的每一符號s(包括標(biāo)點符號)，將拼音符號與素數(shù)對照表轉(zhuǎn)換為素數(shù)qi；拼音符號s與有序素數(shù)qi對照表 表2
由上表將拼音符號s數(shù)字化變換為素數(shù)集合Qq1，q2，…，qA將拼音符號按上述過程轉(zhuǎn)換為數(shù)字的電子設(shè)備稱“語音數(shù)字化轉(zhuǎn)換器”③由德巴赫猜想(B)每個奇數(shù)(N≥9)都是叁個奇素數(shù)之和N＝w+pi＝p+q+pi確定密碼串。如取私鑰N＝49，公鑰pi＝13，大偶數(shù)w＝N-Pi＝36按(1.1)(1.2)，(1.4)式計算得 表2
重素數(shù)與密碼序號k對照表(p+q＝w) 表3
由上表產(chǎn)生編碼規(guī)則集合Kk1，k2，…，kr(2 3 5 6 7 8 9 10)偽隨機(jī)密碼串序號上述由公鑰pi和私鑰N產(chǎn)生隨機(jī)密碼串的電路器件稱“密碼串產(chǎn)生器”④哥德巴赫猜想數(shù)字儲存庫根據(jù)哥德巴赫猜想[定理1]重素數(shù)個數(shù)公式(1.1)、(1.2)計算大偶數(shù)w從6～1020的重素數(shù)Zw(w)，并儲存?zhèn)溆玫挠嬎丬浖喎Q“重素數(shù)效據(jù)庫”⑤加密發(fā)送者將信源集S轉(zhuǎn)換為素數(shù)集合Q，對每個素數(shù)qi，q∈Q與密碼串序號ki，k∈K，對應(yīng)在“重素數(shù)數(shù)據(jù)庫”中找出相應(yīng)的大偶數(shù)w(如找不到相應(yīng)的w，跳一個密碼串序號k用“-”表示；漢語的四聲標(biāo)調(diào)(1，2，3，4)按原標(biāo)調(diào)填寫)
參考此兩表重素數(shù)數(shù)據(jù)庫(w＝168)
依次得消息集合A168 102 174 2 230 160 154 250 326 1 116 120 3 120 114 2(密文)，完成上述計算電路硬件稱“加密器”⑥解密接收者從信道獲得公鑰pi＝13和密文A(168 102 174 2 230 160 154 250 326 1 116 1203 120 114 2)，由公鑰pi＝13和私鑰N＝49，同樣計算出密碼串序號K對照“重素數(shù)數(shù)據(jù)庫”將AS，解密成拼音字母集合ren2 sheng1 ji3 he2很容易把拼音符號譯成漢語人生幾何。
①～⑤中的“漢字拼音轉(zhuǎn)換器”“語音數(shù)字化轉(zhuǎn)換器”“密碼串產(chǎn)生器”“重素數(shù)數(shù)據(jù)庫”及“加密器”的組合電子設(shè)備統(tǒng)稱“認(rèn)證編碼器”。因為加密和解密對稱，其逆向電子器件組合就是“認(rèn)證解碼器”。
上述過程可由程序設(shè)計軟件實現(xiàn)，也可制成“密碼機(jī)”稱“雙鑰鎖密碼機(jī)”。
六、雙鑰鎖密碼體制較現(xiàn)有公鑰密碼體制的優(yōu)點與效果(一)有特強(qiáng)的安全性1、雙鎖密碼系統(tǒng)沒有多余度，可供破解；2、密碼串的隨機(jī)性和保密性，要破解密碼串，等于求解四元一次方程N(yùn)＝p+q+pi，一個方程三個未知數(shù)(僅知公鑰pi數(shù)值)談何容易；3、私鑰N的絕對保密性。因為它可加密后隱藏在密碼機(jī)里而不動聲色工作，怕的是你忘記了它。當(dāng)取大偶數(shù)w＝1020時，若全球平均一千個人擁有一部密碼機(jī)，N的重復(fù)機(jī)率1020÷2/65×108÷1000＝76923×108為7.7萬億份之一，比DNA重復(fù)機(jī)率還低。
(二)雙鑰鎖密碼的特殊功能用途1、雙鑰鎖密碼可使每個人在銀行的“密碼”(公鑰pi)不必保密，他人用你的“密碼”取不到錢，因為每個人的私鑰N與銀行帳號一一對應(yīng)已被保密。每個人的“密碼”就沒有保密必要性的煩事了；實際上“密碼”僅是公鑰pi，甚至很多人可以使用同樣“密碼”，但只能取自己的錢。
2、可作為每個人身份證明及密碼，這樣每個人都不需要帶鈔票，任何消費只需用密碼付款即可，鈔票也會慢慢喪失它的功能。
3、雙鎖密碼的密文可作絕密檔案，因為私鑰N已被保密，沒辦法破解。
4、可“封凍”密碼，可凍結(jié)帳戶，有可能發(fā)現(xiàn)敵手，使信息無效等等。因為可利用pi≥N違反數(shù)理特性，使電腦運(yùn)算立即停止5、可作為商務(wù)、隱私、網(wǎng)絡(luò)…的通信。
七、雙銷密碼電器原件的組成與信息流程圖(參見說明書附圖2)八、最佳實施例如銀行帳號的使用1、任何一個人(或單位)憑身份證(或營業(yè)執(zhí)照)到銀行開戶；2、銀行營業(yè)員根據(jù)身份證的號碼與開戶人雙方一次性密約確認(rèn)密匙N(又稱密鑰)和開戶人自定的公匙pi不經(jīng)營業(yè)員直接輸入電腦；(銀行營業(yè)員由N、pi數(shù)值從“密碼串產(chǎn)生器”產(chǎn)生真正密碼——密碼串，存檔備用)，開戶人領(lǐng)取存折即可；3、每個人帶存折到銀行憑“密碼”(公匙pi)領(lǐng)款；有可能多人同用一個公鑰pi，但只能取自己的存款，因各人的密鑰N不同，各密藏在銀行雙鑰鎖密碼系統(tǒng)里，不必?fù)?dān)心；這樣每個人的“密碼”(公匙pi)就沒有保密的煩事了，他人用你的“密碼”也取不到你的款。
4、用雙鑰鎖密碼存款還有幾個好處a)每個人都不需要帶鈔票了，任何消費只需用“密碼”(公匙pi)付款即可，既方便又不怕丟失鈔票的煩事了，有“銀行卡”的方便而又沒有“銀行卡”怕被知道“密碼”被盜款的危險；這樣鈔票也會慢慢喪失它的功能。
b)因為公匙是你自己定的，直接輸入電腦不顯示，銀行營業(yè)員不知道pi值，沒有你的配合銀行也轉(zhuǎn)不了你的款。銀行只憑“密碼串”對與錯付款，營業(yè)員雖然知道你的真正密碼(密碼串)，但沒有經(jīng)電腦里軟件程序的核算不承認(rèn)。
c)如果你覺得存款不安全，你到銀行(若是電話銀行用電話)把pi改小使pi≤N，你的帳戶馬上凍結(jié)。但下次使用時，必須如(2)一樣重新辦理手續(xù)；5、雙鑰鎖密碼系統(tǒng)有防暴力盜款提高人身、財產(chǎn)安全功能a)盜徒取不到款如果你在開戶時加一個“密鑰N轉(zhuǎn)換鍵”，即使你被暴力劫持了存折、密碼(即公匙pi)和身份證；由銀行營業(yè)員憑來人提供的身份證核對取款人控制，暴徒也取不到款；但每次取款時(或規(guī)定超過多少錢)都得帶身份證。
b)圍捕盜徒歸案這是一種報警系統(tǒng)在開戶時申請一個“報警轉(zhuǎn)換鍵”，在你的“密碼”(即公匙pi)前加上“報警轉(zhuǎn)換鍵”的非零任何一位數(shù)，盜徒能取到款不懷疑；但同時已經(jīng)進(jìn)入報警裝置系統(tǒng)如“持有××雙鑰鎖密碼卡的用戶某某人被盜徒劫持，盜徒現(xiàn)在××地方取款機(jī)非法提款，請火速組織營救；被劫持者親人電話××”(參見說明書附圖3)。
權(quán)利要求
1.雙鑰鎖密碼原理編制雙鑰鎖密碼的原理，是根據(jù)哥德巴赫猜想[定理1]公式(1.1)、(1.2)及[定理2]公式(2.1)制作，是一種有分裂、有保密功能、無仲裁密碼系統(tǒng)。滿足“無條件安全性”又稱完善保密性；也滿足“計算安全性”又稱實際保密性。最著名的RSA公鑰密碼體制的安全性僅是計算安全性。技術(shù)特征沒有多余度——有特強(qiáng)保密安全性。從數(shù)理上說，因私鑰N值大小不受限制，大偶數(shù)w也不受限制，明文中的一個符號在密文中有無窮多個表示法；反之，在密文中的一個數(shù)字(w)可表示明文的任何符號，因此是有分裂、有保密功能密碼體制；所以雙鑰鎖密碼系統(tǒng)中不存在多余度可供破解。隨機(jī)性——一個大偶數(shù)w分解成的“重素數(shù)”(w＝p+q)個數(shù)Zw(w)的數(shù)量和位置是隨機(jī)的。一般的密碼系統(tǒng)，是采用“唯一分解定理”來編制，沒有這種隨機(jī)性；雙鑰——雙鑰鎖密碼是指需要兩把鑰匙(分“公鑰pi”和“私鑰N”)才能開起一個鎖，如銀行保險柜的兩把鑰匙，這是雙鑰鎖密碼最大特點之一。與密碼學(xué)的“雙鑰”分別使用和主機(jī)主密鑰加密不同。故他人用你的“密碼”(公鑰pi)也取不到款、也破解不了密文。
2.雙鑰鎖密碼程序軟件雙鑰鎖密碼的技術(shù)實現(xiàn)方案，可用程序設(shè)計軟件實現(xiàn)。(包括銀行帳號密碼系統(tǒng))。該系統(tǒng)由認(rèn)證碼三個要素——信源集合，消息集合和編碼規(guī)則集合。其中每一個編碼規(guī)則由一個密鑰串來控制，發(fā)送者的任何一個編碼規(guī)則，都是從信源集合到信息集合的一個映射，可由數(shù)學(xué)運(yùn)算來實現(xiàn)，由此可編成程序軟件。
3.雙鑰鎖密碼可以以制成專用“雙鑰鎖密碼機(jī)”。它的電子器件組成如下①“漢字拼音轉(zhuǎn)換器”；②“語音數(shù)字化轉(zhuǎn)換器”；③“重素數(shù)數(shù)據(jù)庫”；④“加密器”；①→④稱“A認(rèn)證編碼器”；⑤“密碼串產(chǎn)生器”；⑥④→①稱“A′認(rèn)證譯碼器”。上述過程可制成專用“雙鑰鎖密碼機(jī)”。
全文摘要
雙鑰鎖密碼屬電子保密技術(shù)領(lǐng)域。原理是用“正、反一次篩法”在電子保密通信的運(yùn)用。解決主要技術(shù)問題現(xiàn)代私、公鑰密碼缺點僅有計算安全性；沒有無條件安全性。如RSA美國專利，十進(jìn)制154位還不能滿足實際保密性。解決技術(shù)方案雙鑰鎖密碼是一種有分裂、有保密功能密碼系統(tǒng)；沒有多余度，滿足了無條件安全性和計算安全性。主要用途雙鑰鎖密碼特征是雙鑰；為與公、私鑰密碼區(qū)別故稱“陽鑰p
文檔編號H04L9/14GK1819514SQ20041000516
公開日2006年8月16日 申請日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月11日
發(fā)明者許世傳 申請人:許世傳