【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于信息安全，特別涉及一種數據加密認證方法。
技術介紹
1、近年來，隨著互聯網的發展，網絡用戶逐漸增加，新型網絡應用層出不窮，網絡規模不斷擴大，網絡數據量變得越來越龐大。與此同時，在數據傳輸中的網絡攻擊問題也越來越嚴峻。信息泄露攻擊、完整性破壞攻擊，拒絕服務攻擊等等，網絡攻擊工具變得智能化、自動化，網絡攻擊方式變得多樣化、更加隱蔽化，網絡攻擊活動持續性增強。為了提高數據傳輸的安全性，越來越多的網絡應用對數據進行加密。此外，通信雙方還通過消息完整性驗證來保證數據的完整性和正確性。
2、在互聯網上，分組密碼的使用比序列密碼更廣泛。分組密碼有多種工作模式(即ecb、cbc、cfb、ofb、ctr、xts)。這些工作模式中，cbc、cfb、ofb三種模式解決了ecb模式中相同明文生成相同密文的缺陷，ctr在此基礎上提供了多分組并行加密特性，但是這些模式都不能提供密文消息完整性校驗功能，因此gcm模式被提出。
3、gcm(galois/counter?mode，伽羅瓦計算模式)，g是指gmac，c是指ctr(counter，計數器模式)。它在ctr加密的基礎上增加gmac的特性，解決了ctr不能對加密消息進行完整性校驗的問題。然而，gcm模式也存在一些問題，分組密碼的密鑰必須保密，否者攻擊者一旦獲取密鑰，便可解密數據，從而造成數據泄露、盜用、篡改等問題。gcm模式的iv通常使用96bit的固定長度，較小的iv長度導致認證標簽很容易被偽造。這也導致消息完整性驗證安全性弱。此外，小的數據組塊導致gcm模式不適
技術實現思路
1、為了克服上述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種數據加密認證方法，以解決在數據傳輸中出現的上述安全性問題，提高消息完整性驗證的安全性。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：
3、一種數據加密認證方法，其特征在于，包括如下步驟：
4、步驟1，生成隨機數iv和密鑰key；所述隨機數iv作為初始變量；
5、步驟2，將數據分割為多個明文數據組，并利用所述隨機數iv和密鑰key對多個明文數據組并行加密；
6、步驟3，將密鑰key、隨機數iv以及步驟2生成的密文輸入hmac算法，生成用于消息認證的mac值，利用該mac值驗證數據的真實性和完整性。
7、在一個實施例中，所述隨機數iv、密鑰key和分組后的數據均為相同的固定長度，所述步驟1還對密鑰key進行如下處理：
8、判斷密鑰長度是否符合所述固定長度，如果密鑰長度小于所述固定長度，則使用0對密鑰key進行擴展，如果密鑰長度大于所述固定長度，則將密鑰長度截取為所述固定長度。
9、在一個實施例中，所述固定長度為128bit。
10、在一個實施例中，所述步驟2，使用分組密碼算法sm4進行加密。
11、在一個實施例中，所述步驟2，對多個明文數據組并行加密的過程如下：
12、s1：將明文數據p劃分為多個明文數據組p1、p2、…、pi、…、pn，分組長度為固定長度；pi表示第i個明文數據組，pn表示第n個也即最后一個明文數據組；
13、s2：生成累加計數器c1、c2、…、ci、…、cn，ci表示第i個累加計數器，cn表示第n個累加計數器；
14、s3：將所述初始變量和ci進行連接得到iv-ci，用密鑰key加密iv-ci，將加密后的iv-ci和pi進行異或運算得到密文ci，取i∈[1,n]，得到密文c1，c2，...，ci，...，cn；
15、s4：將得到的密文c1，c2，...，ci，...，cn拼接在一起。
16、在一個實施例中，對于所述第n個明文數據組pn，如果其長度小于所述固定長度，則截取加密后的iv-cn的長度為pn的長度，不進行填充。
17、在一個實施例中，所述步驟2，每次數據加密的初始變量是不同的，即每次加密時都會生成一個不同的值作為計數器的初始值。
18、在一個實施例中，所述步驟3，將密鑰key、隨機數iv以及步驟2生成的密文輸入hmac算法，生成用于消息認證的mac值，過程如下：
19、s1：通信雙方通過預共享密鑰key生成密鑰key2，通信發起方先對消息進行加密；所述消息，為所述密文，或為所述隨機數iv與所述密文組合得到的數據；
20、s2：通信發起方對密鑰key2進行處理，如果密鑰key2長于hash函數的分組長度，則利用hash函數計算出密鑰key2的散列值，然后將該散列值作為新的hmac的密鑰；如果密鑰key2短于hash函數的分組長度，則在密鑰key2末尾填充0，以補充到分組長度；
21、s3：通信發起方將處理后的密鑰key2與ipad進行異或運算，生成一個和hash函數的分組長度相同，且和密鑰key2相關的比特序列ipadkey；
22、s4：通信發起方將ipadkey與所述消息進行組合，即將ipadkey附加在消息的開頭；
23、s5：通信發起方散列s4的結果，計算出散列值；
24、s6：通信發起方將處理后的密鑰key2與opad進行異或運算，生成一個和hash函數的分組長度相同，且和密鑰key2相關的比特序列opadkey；
25、s7：通信發起方將opadkey與s5的散列值進行組合，即將opadkey附加在s5的散列值的開頭；
26、s8：通信發起方散列s7的結果，計算出最終的mac值mac-value1；
27、s9：通信發起方將所述消息和mac-value1拼接，發給通信接收方；
28、s10：通信接收方執行s2-s9計算mac值mac-value2，比對mac-value1和mac-value2是否相同，如果二者相同則證明消息未被篡改、重放。
29、在一個實施例中，當接收的數據未被篡改、重放，對消息執行并行的解密運算。
30、與傳統加密模式(例如ecb、cbc、cfb、ofb、ctr、xts等)相比，本專利技術并行分組加解密可以并行處理多個明文塊或密文塊，提高了加解密效率。此外，比起gcm模式，本專利技術的隨機數使用預設的固定長度(如128bit)，可以提高消息認證碼的偽造難度，提高消息完整性驗證的安全性。并行分組加密和大的數據分組塊提高了吞吐量，因此，本專利技術適用于大規模數據加解密。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種數據加密認證方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述數據加密認證方法，其特征在于，所述隨機數IV、密鑰key和分組后的數據均為相同的固定長度，所述步驟1還對密鑰key進行如下處理：
3.根據權利要求2所述數據加密認證方法，其特征在于，所述固定長度為128bit。
4.根據權利要求1所述數據加密認證方法，其特征在于，所述步驟2，使用分組密碼算法SM4進行加密。
5.根據權利要求1所述數據加密認證方法，其特征在于，所述步驟2，對多個明文數據組并行加密的過程如下：
6.根據權利要求5所述數據加密認證方法，其特征在于，對于所述第n個明文數據組Pn，如果其長度小于所述固定長度，則截取加密后的IV-cn的長度為Pn的長度，不進行填充。
7.根據權利要求1所述數據加密認證方法，其特征在于，所述步驟2中，每次數據加密的初始變量是不同的，即每次加密時都會生成一個不同的值作為計數器的初始值。
8.根據權利要求1所述數據加密認證方法，其特征在于，所述步驟3，將密鑰key、隨機數IV以及步驟2生成
9.根據權利要求1或8所述數據加密認證方法，其特征在于，當接收的數據未被篡改、重放，對消息執行并行的解密運算。
...【技術特征摘要】
1.一種數據加密認證方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述數據加密認證方法，其特征在于，所述隨機數iv、密鑰key和分組后的數據均為相同的固定長度，所述步驟1還對密鑰key進行如下處理：
3.根據權利要求2所述數據加密認證方法，其特征在于，所述固定長度為128bit。
4.根據權利要求1所述數據加密認證方法，其特征在于，所述步驟2，使用分組密碼算法sm4進行加密。
5.根據權利要求1所述數據加密認證方法，其特征在于，所述步驟2，對多個明文數據組并行加密的過程如下：
6.根據權利要求5所述數據加密認證方法，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：何艷杰，陳昱成，李衛，
申請(專利權)人：西交網絡空間安全研究院，
類型：發明
國別省市：
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