一种基于分子加密技术的数据加密系统及方法

摘要

本发明提供了一种基于分子加密技术的数据加密系统及方法，涉及医疗领域。其特征在于，所述系统包括：加密装置和解密装置；所述加密装置包括：荧光基团选择模块、溶剂选择模块、浓度选择模块、PH值选择模块、加密光谱仪、编码转换模块、加密模块和传输装置；所述解密模块包括：第一接收端、第二接收端、第三接收端、第四接收端、解密光谱仪、解密模块和接收装置。该发明具有成本低、简单、可靠新高、不易被截取破解等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及信息安全领域，特别涉及一种基于分子加密技术的数据加密系统及方法。

背景技术

加密作为保障数据安全的一种方式，它不是现在才有的，起源历史要追溯于公元前2000年，虽然它不是现在我们所讲的加密技术(甚至不叫加密)，但作为一种加密的概念，确实早在几个世纪前就诞生了。当时埃及人是最先使用特别的象形文字作为信息编码的，随着时间推移，巴比伦、美索不达米亚和希腊文明都开始使用一些方法来保护他们的书面信息。

近期加密技术主要应用于军事领域，如美国独立战争、美国内战和两次世界大战。最广为人知的编码机器是German Enigma机，在第二次世界大战中德国人利用它创建了加密信息。此后，由于Alan Turing和Ultra计划以及其他人的努力，终于对德国人的密码进行了破解。当初，计算机的研究就是为了破解德国人的密码，人们并没有想到计算机给今天带来的信息革命。随着计算机的发展，运算能力的增强，过去的密码都变得十分简单了，于是人们又不断地研究出了新的数据加密方式，如利用RSA算法产生的私钥和公钥就是在这个基础上产生的。

虽然加密技术已经发展了这么长时间，但现有的加密技术依然存在很多的问题：

1、加密手段单一：现有的加密技术或加密手段大都基于传统的数学或者通信技术。这种加密手段虽然普及率较高，但还是很容易被破解，信息安全很难得到保障。从实践中来看，单一的加密手段已经很难保障信息的安全。

2、大型加密算法极其复杂：很多加密算法往往要进行非常复杂的运算，才能生成足够的密钥去保护数据信息。而在实际情况中，很多时候我们要求能够非常迅速的对信息进行解密，但同时又要求极高的安全性，这时候，传统加密技术就很难满足实际需求。

3、容易被截取：传统的加密手段，密钥如果被截取，那么所有信息都极其容易被破解。不管是对称式加密还是非对称式加密，密钥的安全性保障都是一个难题。

4、成本高：现有的很多领先的加密算法都是被垄断的，如果为了安全而购买使用的费用非常高昂，而由于加密算法随着时间推移，一种解密技术出现，就很容易被淘汰，进一步的增加了成本。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种基于分子加密技术的数据加密系统及方法，该发明具有成本低、简单、可靠新高、不易被截取破解等优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于分子加密技术的数据加密系统，其特征在于，所述系统包括：加密装置和解密装置；所述加密装置包括：荧光基团选择模块、溶剂选择模块、浓度选择模块、PH值选择模块、加密光谱仪、编码转换模块、加密模块和传输装置；所述解密模块包括：第一接收端、第二接收端、第三接收端、第四接收端、解密光谱仪、解密模块和接收装置；

所述编码转换模块信号连接于加密模块；所述荧光基团选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第四接收端；所述溶剂选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第三接收端；所述浓度选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第二接收端；所述PH值选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第一接收端；所述加密光谱仪信号连接于加密模块；所述加密模块信号连接于传输装置；所述传输装置信号连接于接收装置；所述接收装置信号连接于解密模块；所述解密模块信号连接于解密光谱仪；所述解密光谱仪分别信号连接于第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端。

所述编码转换模块，用于将明文字母信息按照字母表顺序转换为对应的数字编码；荧光基团选择模块，用于选择用于加密用的荧光基团，同时，将选择好的荧光基团种类信息发送至第四接收端和加密光谱仪；所述溶剂选择模块，用于选择用于加密用的溶剂种类，同时将选择好的溶剂种类信息发送至第三接收端和加密光谱仪；所述浓度选择模块，用于选择用于加密的溶剂的浓度，同时将选择好的浓度数据信息发送至第二接收端和加密光谱仪；所述PH值选择模块，用于选择用于加密的溶剂的PH值，同时将选择好的PH值数据信息发送至第一接收端和加密光谱仪。

所述加密光谱仪用于根据发送过来的PH值数据信息、浓度数据信息、溶剂种类和荧光集团种类信息进行光谱分析，获得荧光光谱，根据荧光光谱获得特征参数，将特征参数发送至加密模块；所述加密模块，将特征参数和数字编码进行组合后进行加密，得出加密信息，将加密信息经传输装置发送至解装置。

所述第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端都为独立的信号接收装置，通过插接到解密光谱仪上的数据传输接口的方式信号连接于解密光谱仪，用于将接收到的PH值数据信息、浓度数据信息、溶剂种类信息和荧光基团种类信息发送至解密光谱仪。

所述解密光谱仪，用于根据第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端发送过来的PH值数据信息、PH值数据信息、浓度数据信息、溶剂种类信息和荧光基团种类信息得出对应的特征参数，将特征参数发送至解密模块；所述解密模块，用于根据解密光谱仪发送过来的特征参数和加密端发送过来的字母信息对明文字母信息进行解密。

一种基于权利要求1至5之一所述的基于分子加密技术的数据加密系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：加密端将需要加密的明文字母信息先通过编码转换模块转换为数字信息；

步骤2：在加密端选择用于加密的荧光基团种类、溶剂种类、溶剂PH值和溶剂浓度，加密光谱仪通过选择的这些参数可以得出在该溶剂环境和在该荧光基团作用下，分子的光谱，选取该光谱峰值点对应的X轴坐标和Y轴作为特征参数，将特征参数发送至加密模块；

步骤3：加密模块将该特征参数和编码转换模块发送过来得数字信息进行组合加密，将加密后的加密信息发送至解密端；

步骤4：如果解密端需要解密，则需要分别持有第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端的相关人员同时将各个接收端插接到解密光谱仪上，解密光谱仪通过这些参数才能获得特征参数，将特征参数发送至解密模块；

步骤5：解密模块将接收到的加密信息和特征参数进行组合解密。

所述编码转换模块转换明文字母信息的编码转换方法为：将明文字母信息中的空格进行去除，获得字母串，获得每个字母对应于字母表中顺序的数字，将每两个数字组成一组加密因子矩阵：

所述加密模块，将特征参数和数字信息进行组合加密的加密方法包括以下步骤：

步骤1：将特征参数的X坐标值作为参数A，将特征参数的Y坐标值作为参数B，构建一个加密矩阵:

步骤2:将加密矩阵和加密因子矩阵相乘，得到一个加密后字符串矩阵X：

$X=\left(\begin{array}{cc}A& B\\ A-1& B-1\end{array}\right)*\left(\begin{array}{c}C\\ D\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}P\\ Q\end{array}\right)$

步骤3：将字母表中顺序对应于X矩阵中的P参数和Q参数的数值的字母作为加密后的信息，将所有的加密后的信息组成最终的加密信息。

所述解密模块，将特征参数和加密信息进行组合解密的解密方法包括以下步骤：

1、根据特征参数计算出特征参数的逆矩阵；

2、根据加密的过程作逆运算。

采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：

1、采用分子技术加密：本发明绕开传统的电子通讯手段加密方式，独创性的采用分子技术进行加密。理论上可以产生无穷多的密钥，破解难度非常的大，大大提升了加密系统的可靠性。

2、多重加密、算法简单：除了将分子技术应用到加密手段以外，本发明还对分子信息和数字信息进行了组合加密，双重加密的方式也让整个加密后的信息更难被破解，除此之外，本发明采用的加密算法也非常简单，依赖于密钥的多样性，使得简单的算法也能有很高的安全度。

3、不易被截取：本发明将四个接收端进行分离，可交由不同的工作人员进行保管，只有当四个接收端上的数据信息都被解密光谱仪进行读取后，才能保证解密光谱仪获取的特征参数值正确的，也才能对加密信息进行解密。

4、成本低廉：本发明采用的加密手段，理论上来说具有无穷多个密钥，由于在添加不同物质、不同浓度、不同溶剂和pH值的条件下，这套系统可以产生很多种荧光光谱，这样就可以得到千变万化的密钥，让数据得到更好的保护，而且操作过程也足够简单。

附图说明

图1是本发明的一种基于分子加密技术的数据加密系统及方法的系统结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明实施例1中提供了一种基于分子加密技术的数据加密系统，设备结构图如图1所示：

一种基于分子加密技术的数据加密系统，其特征在于，所述系统包括：加密装置和解密装置；所述加密装置包括：荧光基团选择模块、溶剂选择模块、浓度选择模块、PH值选择模块、加密光谱仪、编码转换模块、加密模块和传输装置；所述解密模块包括：第一接收端、第二接收端、第三接收端、第四接收端、解密光谱仪、解密模块和接收装置；

所述编码转换模块信号连接于加密模块；所述荧光基团选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第四接收端；所述溶剂选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第三接收端；所述浓度选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第二接收端；所述PH值选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第一接收端；所述加密光谱仪信号连接于加密模块；所述加密模块信号连接于传输装置；所述传输装置信号连接于接收装置；所述接收装置信号连接于解密模块；所述解密模块信号连接于解密光谱仪；所述解密光谱仪分别信号连接于第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端。

所述编码转换模块，用于将明文字母信息按照字母表顺序转换为对应的数字编码；荧光基团选择模块，用于选择用于加密用的荧光基团，同时，将选择好的荧光基团种类信息发送至第四接收端和加密光谱仪；所述溶剂选择模块，用于选择用于加密用的溶剂种类，同时将选择好的溶剂种类信息发送至第三接收端和加密光谱仪；所述浓度选择模块，用于选择用于加密的溶剂的浓度，同时将选择好的浓度数据信息发送至第二接收端和加密光谱仪；所述PH值选择模块，用于选择用于加密的溶剂的PH值，同时将选择好的PH值数据信息发送至第一接收端和加密光谱仪。

所述加密光谱仪用于根据发送过来的PH值数据信息、浓度数据信息、溶剂种类和荧光集团种类信息进行光谱分析，获得荧光光谱，根据荧光光谱获得特征参数，将特征参数发送至加密模块；所述加密模块，将特征参数和数字编码进行组合后进行加密，得出加密信息，将加密信息经传输装置发送至解装置。

所述第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端都为独立的信号接收装置，通过插接到解密光谱仪上的数据传输接口的方式信号连接于解密光谱仪，用于将接收到的PH值数据信息、浓度数据信息、溶剂种类信息和荧光基团种类信息发送至解密光谱仪。

所述解密光谱仪，用于根据第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端发送过来的PH值数据信息、PH值数据信息、浓度数据信息、溶剂种类信息和荧光基团种类信息得出对应的特征参数，将特征参数发送至解密模块；所述解密模块，用于根据解密光谱仪发送过来的特征参数和加密端发送过来的字母信息对明文字母信息进行解密。

本发明实施例2中提供了一种基于分子加密技术的数据加密方法：

一种基于权利要求1至5之一所述的基于分子加密技术的数据加密系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：加密端将需要加密的明文字母信息先通过编码转换模块转换为数字信息；

步骤2：在加密端选择用于加密的荧光基团种类、溶剂种类、溶剂PH值和溶剂浓度，加密光谱仪通过选择的这些参数可以得出在该溶剂环境和在该荧光基团作用下，分子的光谱，选取该光谱峰值点对应的X轴坐标和Y轴作为特征参数，将特征参数发送至加密模块；

步骤3：加密模块将该特征参数和编码转换模块发送过来得数字信息进行组合加密，将加密后的加密信息发送至解密端；

步骤4：如果解密端需要解密，则需要分别持有第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端的相关人员同时将各个接收端插接到解密光谱仪上，解密光谱仪通过这些参数才能获得特征参数，将特征参数发送至解密模块；

步骤5：解密模块将接收到的加密信息和特征参数进行组合解密。

所述编码转换模块转换明文字母信息的编码转换方法为：将明文字母信息中的空格进行去除，获得字母串，获得每个字母对应于字母表中顺序的数字，将每两个数字组成一组加密因子矩阵：

所述加密模块，将特征参数和数字信息进行组合加密的加密方法包括以下步骤：

步骤1：将特征参数的X坐标值作为参数A，将特征参数的Y坐标值作为参数B，构建一个加密矩阵:

步骤2:将加密矩阵和加密因子矩阵相乘，得到一个加密后字符串矩阵X：

$X=\left(\begin{array}{cc}A& B\\ A-1& B-1\end{array}\right)*\left(\begin{array}{c}C\\ D\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}P\\ Q\end{array}\right)$

步骤3：将字母表中顺序对应于X矩阵中的P参数和Q参数的数值的字母作为加密后的信息，将所有的加密后的信息组成最终的加密信息。

所述解密模块，将特征参数和加密信息进行组合解密的解密方法包括以下步骤：

1、根据特征参数计算出特征参数的逆矩阵；

2、根据加密的过程作逆运算。

本发明实施例3中提供了一种基于分子加密技术的数据加密系统及方法，系统结构图如图1所示：

一种基于分子加密技术的数据加密系统，其特征在于，所述系统包括：加密装置和解密装置；所述加密装置包括：荧光基团选择模块、溶剂选择模块、浓度选择模块、PH值选择模块、加密光谱仪、编码转换模块、加密模块和传输装置；所述解密模块包括：第一接收端、第二接收端、第三接收端、第四接收端、解密光谱仪、解密模块和接收装置；

所述编码转换模块信号连接于加密模块；所述荧光基团选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第四接收端；所述溶剂选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第三接收端；所述浓度选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第二接收端；所述PH值选择模块分别信号连接于加密光谱仪和第一接收端；所述加密光谱仪信号连接于加密模块；所述加密模块信号连接于传输装置；所述传输装置信号连接于接收装置；所述接收装置信号连接于解密模块；所述解密模块信号连接于解密光谱仪；所述解密光谱仪分别信号连接于第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端。

所述编码转换模块，用于将明文字母信息按照字母表顺序转换为对应的数字编码；荧光基团选择模块，用于选择用于加密用的荧光基团，同时，将选择好的荧光基团种类信息发送至第四接收端和加密光谱仪；所述溶剂选择模块，用于选择用于加密用的溶剂种类，同时将选择好的溶剂种类信息发送至第三接收端和加密光谱仪；所述浓度选择模块，用于选择用于加密的溶剂的浓度，同时将选择好的浓度数据信息发送至第二接收端和加密光谱仪；所述PH值选择模块，用于选择用于加密的溶剂的PH值，同时将选择好的PH值数据信息发送至第一接收端和加密光谱仪。

所述加密光谱仪用于根据发送过来的PH值数据信息、浓度数据信息、溶剂种类和荧光集团种类信息进行光谱分析，获得荧光光谱，根据荧光光谱获得特征参数，将特征参数发送至加密模块；所述加密模块，将特征参数和数字编码进行组合后进行加密，得出加密信息，将加密信息经传输装置发送至解装置。

所述第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端都为独立的信号接收装置，通过插接到解密光谱仪上的数据传输接口的方式信号连接于解密光谱仪，用于将接收到的PH值数据信息、浓度数据信息、溶剂种类信息和荧光基团种类信息发送至解密光谱仪。

所述解密光谱仪，用于根据第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端发送过来的PH值数据信息、PH值数据信息、浓度数据信息、溶剂种类信息和荧光基团种类信息得出对应的特征参数，将特征参数发送至解密模块；所述解密模块，用于根据解密光谱仪发送过来的特征参数和加密端发送过来的字母信息对明文字母信息进行解密。

一种基于权利要求1至5之一所述的基于分子加密技术的数据加密系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：加密端将需要加密的明文字母信息先通过编码转换模块转换为数字信息；

步骤2：在加密端选择用于加密的荧光基团种类、溶剂种类、溶剂PH值和溶剂浓度，加密光谱仪通过选择的这些参数可以得出在该溶剂环境和在该荧光基团作用下，分子的光谱，选取该光谱峰值点对应的X轴坐标和Y轴作为特征参数，将特征参数发送至加密模块；

步骤3：加密模块将该特征参数和编码转换模块发送过来得数字信息进行组合加密，将加密后的加密信息发送至解密端；

步骤4：如果解密端需要解密，则需要分别持有第一接收端、第二接收端、第三接收端和第四接收端的相关人员同时将各个接收端插接到解密光谱仪上，解密光谱仪通过这些参数才能获得特征参数，将特征参数发送至解密模块；

步骤5：解密模块将接收到的加密信息和特征参数进行组合解密。

所述编码转换模块转换明文字母信息的编码转换方法为：将明文字母信息中的空格进行去除，获得字母串，获得每个字母对应于字母表中顺序的数字，将每两个数字组成一组加密因子矩阵：

所述加密模块，将特征参数和数字信息进行组合加密的加密方法包括以下步骤：

步骤1：将特征参数的X坐标值作为参数A，将特征参数的Y坐标值作为参数B，构建一个加密矩阵:

步骤2:将加密矩阵和加密因子矩阵相乘，得到一个加密后字符串矩阵X：

$X=\left(\begin{array}{cc}A& B\\ A-1& B-1\end{array}\right)*\left(\begin{array}{c}C\\ D\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}P\\ Q\end{array}\right)$

步骤3：将字母表中顺序对应于X矩阵中的P参数和Q参数的数值的字母作为加密后的信息，将所有的加密后的信息组成最终的加密信息。

所述解密模块，将特征参数和加密信息进行组合解密的解密方法包括以下步骤：

1、根据特征参数计算出特征参数的逆矩阵；

2、根据加密的过程作逆运算。

采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：

本发明绕开传统的电子通讯手段加密方式，独创性的采用分子技术进行加密。理论上可以产生无穷多的密钥，破解难度非常的大，大大提升了加密系统的可靠性。

除了将分子技术应用到加密手段以外，本发明还对分子信息和数字信息进行了组合加密，双重加密的方式也让整个加密后的信息更难被破解，除此之外，本发明采用的加密算法也非常简单，依赖于密钥的多样性，使得简单的算法也能有很高的安全度。

本发明将四个接收端进行分离，可交由不同的工作人员进行保管，只有当四个接收端上的数据信息都插接到光谱仪上，被解密光谱仪进行读取后，才能保证解密光谱仪获取的特征参数值正确的，也才能对加密信息进行解密。

本发明采用的加密手段，理论上来说具有无穷多个密钥，由于在添加不同物质、不同浓度、不同溶剂和pH值的条件下，这套系统可以产生很多种荧光光谱，这样就可以得到千变万化的密钥，让数据得到更好的保护，而且操作过程也足够简单。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。