基于混沌映射进行数据加密的安全电子邮件系统研究

李小明

（河南广播电视大学，河南 郑州 450046）

0 引 言

随着网络信息中电子邮件传输规模的不断扩大，电子邮件的安全性受到人们的关注，需要对电子邮件进行安全加密设计，构建安全电子邮件系统，采用加密方法进行安全电子邮件的加密设计，构造安全电子邮件加密的密钥协议，采用多重加密和量化编码的方法进行安全电子邮件系统的优化设计[1]。对安全电子邮件系统的设计建立在对加密算法设计的基础上，本文提出混沌映射加密算法，构建基于混沌映射加密算法的安全电子邮件系统，采用混沌映射方法进行数据加密中的信息传输协议控制设计，采用公钥编码配置的方法建立安全电子邮件系统编码和信息融合模型，结合加密密钥和解密密钥的构造[2]，实现安全电子邮件系统传输的混沌映射加密，最后进行仿真实验分析，展示了本文方法在提高安全电子邮件加密性能方面的优越性能。

1 电子邮件加密密钥协议构造

1.1 电子邮件信息传输协议控制

为了实现安全电子邮件系统加密，首先需要构建安全电子邮件的数据加密密钥协议，采用混沌映射方法进行数据加密过程中的信息传输协议控制设计[3]，采用公钥加密技术进行安全电子邮件的访问控制，在有限域中构建安全电子邮件加密的长消息的加密密文协议，得到密文传输协议为Decrypt(sk,c∗)A-1=T=(t i,j)mi,j=1，使用公钥加密技术进行电子邮件系统的加密传输控制[4]，构造系统主密钥，得到安全电子邮件安全加密的动态密钥为：

采用异构签密算法对安全电子邮件中的未加密数据进行授权加密，建立电子邮件加密的异构签密方案[5]，构建安全电子邮件的结构化分析模型，得到安全电子邮件的代理重加密密钥协议：

考虑到参数的随机性，输入安全参数k、对称密钥K，进行安全电子邮件系统加密密钥重置，得到密钥长度为n，根据接收者的私钥SB进行安全电子邮件传输数据信息算术编码，输入全部子密钥进行密钥重构，得到电子邮件的密钥扩展序列X=x1,x2,…,x n，采用一组二元离散型随机变量进行密文搜索，生成长度为的位向量，得到安全电子邮件的加密密文序列为S n=x1+x2+…+x n，使用代理重签的方法进行数字标签结构分析，得到电子邮件传输数据的密钥构造为：

采用关键字加密算法进行安全电子邮件的随机线性处理[6]，构建安全电子邮件的公钥加密明文序列为：

采用混沌映射方法进行数据加密过程中的信息传输协议控制设计，建立安全电子邮件的混沌映射加密控制协议[7]，得到安全电子邮件的混沌特征分布值e=h(m)，采用模糊统计分析方法进行安全电子邮件的量化编码，得到双线性编码方程为：

由此构建安全电子邮件安全传输的密文协议，结合私钥询问模式[7]进行安全电子邮件加密的密文传输控制，得到密钥扩展模型如图1所示。

图1 安全电子邮件加密的密钥扩展模型

根据图1所示的密钥扩展模型进行电子邮件信息传输协议控制，以提高安全电子邮件加密的可靠性。

1.2 电子邮件混沌映射加密的密钥设计

在上述进行电子邮件信息传输协议控制的基础上，进行电子邮件的混沌映射加密的密钥设计，根据系统参数的密文分布[8]进行电子邮件混沌映射加密，输入系统参数，得到安全电子邮件加密的分布式重构函数P⁃value为：

若解签密的密钥统计量P⁃value≥0.01，随机选取混沌密钥参数，当满足KS∈{0,1}，表示为一个1位的编码映射，通过相关列表检索的方法，得到安全电子邮件加密的线性编码分布函数：

式中：I表示安全电子邮件发送方的私钥，设定初始值I=[0,1]，输入密码体制分布向量v∈Zμ×μ，计算安全电子邮件传输数据信息加密的公钥pk=私 钥，得到安全电子邮件安全传输的公钥加密协议为：

式中：P i(i=1,2,…,n)表示安全电子邮件的密文分布概率区间，采用量化编码的方法构造公钥协议，采用密钥构造模式[9]得到安全电子邮件加密传输的信息熵，满足：

式中j=rmod 128，结合链路层密钥重组的方法，对f(x)取反函数，得到安全电子邮件加密传输的移位函数为：

采用密文序列重排的方法[10]，实现对安全电子邮件的密钥构造，如图2所示。

图2 电子邮件混沌映射加密的密钥构造设计

2 电子邮件的混沌映射加密算法优化

2.1 电子邮件系统编码

在上述构建安全电子邮件的数据加密密钥协议，并采用混沌映射方法进行数据加密过程中的信息传输协议控制设计的基础上，进行安全电子邮件系统的优化设计，本文提出基于混沌映射加密算法的安全电子邮件系统。采用公钥编码配置方法进行安全电子邮件系统编码和信息融合处理[11]，构建安全电子邮件安全加密的随机线性比特序列流模型为根据公钥机制选择安全电子邮件传输数据信息，得到对称加密密钥为：

根据公钥协议建立安全电子邮件加密的传输控制模型，得到电子邮件加密的适应性函数为：

通过参数密钥构造协议，以p为约束参数，实现对安全电子邮件安全传输中的加密传输控制，构造随机量化编码模型[12]进行密钥构造，得到统计信息特征量为I(x i)=-logp i，信息熵为：

构建电子邮件传输的随机编码模型，得到电子邮件稳态加密的密钥特征满足，且：

计算链路层中的电子邮件动态密钥特征分布集，进行安全电子邮件动态对称密钥设计[13]，构建椭圆重加密钥特征量rkij，通过KeyGen( 1λ)产生密钥对（sk,pk），令得到电子邮件系统编码输出为：

令电子邮件加密的询问密文为t i=H1(IDi,upki)，得：

根据上述设计，构建电子邮件系统编码模型，根据系统编码方案进行安全电子优化的混沌映射加密[14]。

2.2 邮件混沌映射加密系统

在Logistics混沌映射体系下进行安全电子邮件传输数据信息防篡改加密设计，Logistic混沌映射为：

通过向量量化编码的方法，得到安全电子邮件加密的双线性映射扩展序列加密密钥的分段混沌映射序列为：

式中：S n∈S,n=1,2,…,N，根据密钥构造方法，进行电子邮件传输的混沌映射加密密钥x=(x1,x2,…,x m)T∈GF(2n)m，通过密钥映射，得到安全电子邮件安全传输的解密密钥构造为：

在有限域进行混沌编码设计[15]，得到解密密钥为：RkeyGen(param,rskIDi,IDi,IDj)，安全电子邮件的码元组合序列为x1x2x3…x r，采用Logistic映射迭代方式，得到安全电子邮件的第N个加密的传输公钥k i,l i∈Z*q，安全电子邮件加密的密钥rkij，令同态公钥t0=H1(g,g1,g2,g3,h)，得到安全电子邮件加密的算术编码协议如下：

综上实现了混沌映射加密的加密和解密密钥设计，根据密钥构造实现电子邮件传输的混沌映射加密优化。

3 仿真实验与结果分析

通过仿真测试验证本文方法在实现安全电子邮件加密中的应用性能，实验采用Matlab设计，电子邮件码元比特序列传输的带宽为对安全电子邮件信息采样的频率为24 MHz，电子邮件加密的公钥尺寸为1.24 MB，电子邮件信息传输的最大采样频率为12 kHz，对电子邮件加密的码元序列为：

1010101001010010100100010100110010010101001010 0101011101001001010010100101010010100010100101 000001111111011111100100010010100100111

相关实验参数设定见表1。

表1 实验参数设置

根据上述参数设定进行电子邮件加密，得到加密前的数据如图3所示。

采用本文方法进行安全电子邮件系统加密，得到加密输出如图4所示。

图3 加密前数据

图4 加密输出

分析图4得知，采用本文方法进行电子邮件加密的安全加密性能较好。测试不同方法进行电子邮件加密的抗攻击能力，得到对比结果如表2所示，分析表2得知，采用本文方法进行电子邮件加密的抗攻击能力较强。

表2 电子邮件加密的抗攻击强度测试 dB

4 结 语

本文提出基于混沌映射加密算法的安全电子邮件系统。采用公钥加密技术进行安全电子邮件的访问控制，并建立电子邮件加密的异构签密方案，通过安全电子邮件的结构化分析模型及安全电子邮件的混沌映射加密控制协议，构建电子邮件系统编码模型，通过向量量化编码的方法，得到安全电子邮件加密的双线性映射扩展序列。在Logistic混沌映射体系下实现安全电子邮件传输数据信息防篡改加密设计，实现混沌映射加密的加密和解密密钥设计，根据密钥构造实现电子邮件传输的混沌映射加密优化。研究得知，本文方法进行电子邮件加密的抗攻击能力较强，加密可靠性较好。