一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法，该方法包括以下步骤：S1、建立用户主机与FPGA加密计算单元之间的数据传输通道；S2、依据数据类型及其重要性划分数据加密等级并构建索引目录；S3、利用并行加密计算通道对不同加密等级的数据进行压缩与加密；S4、将每个加密等级的加密数据通过对应的目录地址进行分级存储；S5、在离网环境中对各等级加密数据的密钥信息进行记录与反馈。本发明专利技术通过构建基于FPGA的多并行加密计算通道，可以实现不同加密等级数据的独立并行数据处理与加密计算，根据不同数据类型的特征和敏感程度，制定不同的加密策略和控制规则，从而实现更加精准的安全控制，且有效提高数据计算效率。且有效提高数据计算效率。且有效提高数据计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法


[0001]本专利技术涉及数据安全加密
，具体来说，涉及一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法。

技术介绍

[0002]数据加密的安全计算是由信息安全需求所引起的。随着计算机技术的不断发展，数据交换和传输已经成为人们工作和生活中不可或缺的一部分。但是，数据交换和传输过程中，数据很容易被黑客和其他攻击者窃取、修改、破坏等，因此，对数据进行加密已经成为保护信息安全的必要手段。
[0003]随着数据量不断增大，传统的软件加密算法的计算效率越来越低，因此，基于FPGA的数据加密的安全计算应用逐渐被广泛关注和研究。FPGA具有并行处理能力和高性能特点，可以通过硬件设计和编程实现快速加密和解密，因此，基于FPGA的数据加密应用可以提高计算效率和安全性能。
[0004]随着FPGA技术的发展，越来越多的应用场景开始采用基于FPGA的数据加密技术。例如，云计算、物联网、大数据处理等领域都需要保护数据的安全，因此，基于FPGA的数据加密技术应用广泛。在这些应用中，基于FPGA的数据加密技术可以快速加密和解密数据，提高数据处理效率和安全性。
[0005]然而，基于FPGA的数据加密技术也存在一些缺陷和需要解决的问题。例如，由于FPGA芯片的设计和编程难度较高，需要专业知识和经验，因此，开发基于FPGA的数据加密技术的成本较高。此外，基于FPGA的数据加密技术还需要考虑加密算法的安全性和硬件设计的复杂度等问题。
[0006]针对大规模数据加密场景，FPGA的存储容量和计算能力仍有限，需要进一步提升硬件的处理能力和容量，以适应大规模数据加密处理的需求。而大规模数据也具备不同的安全级别，在针对不同的安全等级和不同类型的数据，需要支持多种加密算法或多种数据处理方式，因此需要基于FPGA硬件应能寻找更加灵活高效的实现方式。
[0007]针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0008]针对相关技术中的问题，本专利技术提出一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
[0009]为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0010]一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法，该方法包括以下步骤：
[0011]S1、建立用户主机与FPGA加密计算单元之间的数据传输通道；
[0012]S2、依据数据类型及其重要性划分数据加密等级并构建索引目录；
[0013]S3、利用并行加密计算通道对不同加密等级的数据进行压缩与加密；
[0014]S4、将每个加密等级的加密数据通过对应的目录地址进行分级存储；
[0015]S5、在离网环境中对各等级加密数据的密钥信息进行记录与反馈。
[0016]进一步的，依据数据类型及其重要性划分数据加密等级并构建索引目录包括以下步骤：
[0017]S21、将不同数据类型的数据按照重要性划分为三个加密等级；
[0018]S22、向数据传输通道接收到的每个待加密数据分配数据标识符；
[0019]S23、根据不同待加密数据对应的加密等级及数据类型建立目录结构；
[0020]S24、利用索引表记录每个待加密数据的数据标识符及其在目录结构中的位置，构建用于数据类型及位置记录的索引目录。
[0021]进一步的，加密等级包括普通级数据、重要级数据及机密级数据；
[0022]数据标识符包括该数据对应的加密等级与数据类型；
[0023]普通级数据包括系统业务数据、系统公开数据及系统常规数据；
[0024]重要级数据包括用户行为数据、用户应用数据及敏感操作日志；
[0025]机密级数据包括个人身份信息、财务信息及机密信息。
[0026]进一步的，利用并行加密计算通道对不同加密等级的数据进行压缩与加密包括以下步骤：
[0027]S31、根据三个加密等级构建三个对应级别的并行加密计算通道；
[0028]S32、利用融合无损压缩算法对待加密数据进行压缩得到压缩数据；
[0029]S33、根据数据标识符将压缩数据转移对应的加密计算通道；
[0030]S34、利用普通加密计算通道对普通级数据进行加密计算；
[0031]S35、利用重要加密计算通道对重要级数据进行加密计算；
[0032]S36、利用机密加密计算通道对机密级数据进行加密计算。
[0033]进一步的，利用融合无损压缩算法对待加密数据进行压缩得到压缩文件包括以下步骤：
[0034]S321、利用游程编码对待加密数据进行预处理减少数据冗余；
[0035]S322、为串表压缩算法增加后缀特性进行改进得到融合无损压缩算法；
[0036]S323、利用融合无损压缩算法对待加密数据中存在的字符串依次进行压缩编码；
[0037]S324、当融合无损压缩算法对单字符进行压缩时，编码的输出为输入字符，则在压缩编码结束之后对输出的单字符进行统计，进行霍夫曼编码，结合字符串压缩编码得到完整的压缩数据。
[0038]进一步的，为串表压缩算法增加后缀特性进行改进得到融合无损压缩算法包括以下步骤：
[0039]S3221、初始化字典，此时字典内包含所有可能的单个字符串；
[0040]S3222、为串表中任意一个字符串赋予唯一标识号，字符串X＝Yz＝yZ，其中，Y为字符串X的前缀串，Z为字符串X的后缀串；
[0041]S3223、读取待加密数据中的第一个字符，作为前缀串K；
[0042]S3224、读取待加密数据中下一个字符作为扩充字符x，并判断Kx是否在当前字典中，若在当前字典中，则K＝Kx，若不在当前字典中，则输出K的字典索引作为输出码字，将Kx存入字典；
[0043]S3225、判断Kx的后缀串Z是否在当前字典中，若在当前字典中，则不作任何处理，
若不在当前字典中，则将后缀串Z存入字典。
[0044]进一步的，利用机密加密计算通道对机密级数据进行加密计算包括以下步骤：
[0045]S361、在机密加密通道分别引入RSA算法与DES算法；
[0046]S362、利用素数寻优算法对RSA算法进行改进提高运算效率；
[0047]S363、将改进后的RSA算法对DES算法的密钥管理进行优化；
[0048]S364、利用DES算法对待加密数据进行加密，得到加密文件；
[0049]S365、利用RSA算法对解密子密钥进行加密，得到加密密钥；
[0050]S366、将加密文件与加密密钥打包输入至相应的目录地址。
[0051]进一步的，利用素数寻优算法对RSA算法进行改进提高运算效率包括以下步骤：
[0052]S3621、利用随机递增搜索法对RSA算法中的大素数进行搜索；
[0053]S3622、对搜索得到的大素数的素性进行预处理，剔除伪素数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、建立用户主机与FPGA加密计算单元之间的数据传输通道；S2、依据数据类型及其重要性划分数据加密等级并构建索引目录；S3、利用并行加密计算通道对不同加密等级的数据进行压缩与加密；S4、将每个加密等级的加密数据通过对应的目录地址进行分级存储；S5、在离网环境中对各等级加密数据的密钥信息进行记录与反馈。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法，其特征在于，所述依据数据类型及其重要性划分数据加密等级并构建索引目录包括以下步骤：S21、将不同数据类型的数据按照重要性划分为三个加密等级；S22、向所述数据传输通道接收到的每个待加密数据分配数据标识符；S23、根据不同待加密数据对应的加密等级及数据类型建立目录结构；S24、利用索引表记录每个待加密数据的所述数据标识符及其在所述目录结构中的位置，构建用于数据类型及位置记录的索引目录。3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法，其特征在于，所述加密等级包括普通级数据、重要级数据及机密级数据；所述数据标识符包括该数据对应的加密等级与数据类型；所述普通级数据包括系统业务数据、系统公开数据及系统常规数据；所述重要级数据包括用户行为数据、用户应用数据及敏感操作日志；所述机密级数据包括个人身份信息、财务信息及机密信息。4.根据权利要求3所述的一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法，其特征在于，所述利用并行加密计算通道对不同加密等级的数据进行压缩与加密包括以下步骤：S31、根据三个所述加密等级构建三个对应级别的并行加密计算通道；S32、利用融合无损压缩算法对待加密数据进行压缩得到压缩数据；S33、根据所述数据标识符将所述压缩数据转移对应的加密计算通道；S34、利用普通加密计算通道对所述普通级数据进行加密计算；S35、利用重要加密计算通道对所述重要级数据进行加密计算；S36、利用机密加密计算通道对所述机密级数据进行加密计算。5.根据权利要求4所述的一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法，其特征在于，所述利用融合无损压缩算法对待加密数据进行压缩得到压缩文件包括以下步骤：S321、利用游程编码对所述待加密数据进行预处理减少数据冗余；S322、为串表压缩算法增加后缀特性进行改进得到融合无损压缩算法；S323、利用所述融合无损压缩算法对所述待加密数据中存在的字符串依次进行压缩编码；S324、当所述融合无损压缩算法对单字符进行压缩时，编码的输出为输入字符，则在压缩编码结束之后对输出的单字符进行统计，进行霍夫曼编码，结合字符串压缩编码得到完整的压缩数据。6.根据权利要求5所述的一种基于FPGA的数据加密的安全计算方法，其特征在于，所述为串表压缩算法增加后缀特性进行改进得到融合无损压缩算法包括以下步骤：S3221、初始化字典，此时字典内包含所有可能的单个字符串；
S3222、为串表中任意一个字符串赋予唯一标识号，字符串X＝Yz＝yZ，其中，Y为字符串X的前缀串，Z为字符串X的后缀串；S3223、读取所...

【专利技术属性】
技术研发人员：司小平，贺素霞，马苗苗，庄文高，席阳阳，刘旭，
申请(专利权)人：黄河科技学院，
类型：发明
国别省市：