基于Java实现的云计算网络信息传输认证系统【100012517】

## 本科生毕业设计(论文) # 基于国产密码算法的云计算网络信息传输认证系统设计与实现 ```c++ Design And Implementation Of Information Transmission And Authentication System In Cloud Computing Network Based On Domestic Cryptography Algorithm ``` ## 摘　要 随着云计算的发展，越来越多的应用都在使用云计算，然而，数据的隐私安全也变得格外重要，作为云计算服务的使用者，他们不希望自己的数据服务提供者所得到，只是借助云计算强大的计算和存储能力来帮助完成一些任务。如果服务使用者发送密文数据到相应的云上，云服务对密文进行运算，得到的密文结果再发送给服务使用者，服务使用者解密拿到的结果和直接使用明文进行相同的操作得到的结果是相同的，若密码算法具备这种性质，则称为同态加密算法，这也是目前解决云计算数据隐私安全最强有力的手段。 本课题主要对云计算环境下的网络信息传输认证系统的设计与实现，信息传输使用的国产密码算法需要具有同态性。主要研究的国产密码算法是非对称加密算法 SM2，对称密码算法 SM4，数字摘要算法 SM3 三种密码算法，先通过实验确定其是否具有同态性，再通过时间衡量其加解密的效率，最后选择合适的算法以及模式设计传输认证系统。 研究主要通过 socket 通信，通信双方分为发送者和接收者模拟用户和云服务器，发送者为用户端，接收者为服务端，对数据的加密操作在用户端进行，用户端再将加密后的数据通过网络发送给服务端，服务端对客户端传递来的数据进行某种计算，并且将得到的密文结果返回给客户端，客户端解密后拿到结果，再判断与使用明文进行相应计算得到的结果是否相同。通过此种方式模拟用户数据传输到云服务器，云服务进行只进行相应的计算操作，客户端拿到密文后解密得到明文的结果。 研究最后得出在国产加密算法 SM4 的 ECB 模式下，使用分割字符串的方法拿到的结果解密之后与明文运算的结果相同。 **关键词：**国产密码算法；同态加密技术；云计算；网络通信 ## Design And Implementation Of Information Transmission And Authentication System In Cloud Computing Network Based On Domestic Cryptography Algorithm ### Abstract With the more and more scene use cloud computing, but the security of data has also become an very important problem. As users of cloud computing services, they do not want their data to be gotten by cloud computing providers, and they only want to use the powerful computing of cloud computing to help complete some problems. If the service users send the ciphertext data to the remote cloud, and the cloud service calculates result using the ciphertext and sends the ciphertext result to user. Users decrypt ciphertext result and get the plaintext result. It is the same as execute those operation on the plaintext directly. The cipher algorithm with this property is called homomorphic encryption algorithm. This is one powerful way to solve the problem of data security on the cloud. In this paper, we mainly study how to design and implementation of transmission authentication system. Homomorphism is required for the domestic cryptographic algorithms used in information transmission.We mainly study some existing domestic cryptographic algorithms. They are SM2, SM3, and SM4. Firstly, we determine whether it has homomorphism by experiment, then measure the efficiency of encryption and decryption by time, and finally choose the appropriate algorithm and mode to design the transmission authentication system. In this paper, I use socket to communication. Coding the socket of client and server independently, then encrypting the data in client, then client sends the encrypted data to server. Server calculates result, and returns the encrypted result to the client. Client decrypts the result, then judges if it is the same as using the corresponding operation in plaintext. In this way, It is simulated to transmit data to the cloud server, and the cloud service only performs the corresponding computing operation. The client gets the ciphertext result and decrypts it to get the plaintext result. At last, it is concluded that under the ECB mode of the domestic encryption algorithm SM4, the result by using the method of splitting string is the same as result using plaintext to operate. **Key Words:** Domestic Cryptography Algorithm； Homomorphic Encryption； Cloud Computing； Network Communications # 第一章 绪论 ## 1.1 研究的背景与意义 近二十年来，云计算技术的高速发展,使得我们的生活发生了翻天覆地的变化,并且也对许多传统行业影响是深远的。云计算的发展给我们带来方便的同时，也随之带来了严峻的隐私数据安全问题。近年来,云计算时常发生严重的安全问题，其中用户隐私数据安全态势显得格外严峻。 年，国外知名互联网公司 Facebook 被曝出发生数据泄漏事件，3 月 Facebook 上 5000 万名用户个人信息遭一家名为剑桥分析公司的泄露；在 9 月 Facebook 上有大约 3000 万用户信息泄露，导致这次是事件的原因是安全系统存在一定的漏洞，而该漏洞被黑客攻击；在 12 月 Facebook 上有大约有 6 亿人的私隐照片被泄露。 年 8 月，美国的大型商业银行 Capital One 发生数据泄露，黑客利用他们基础设施中一个特定的配置漏洞，获得了约 1 亿美国人以及 600 万加拿大人的基本信息，这些信息涵盖了 2005 年至 2019 年初的个人信息，其中包括大约 14 万个社会安全号码和 8 万个关联银行账号。 由上述众多数据泄露事件可以看出，在云计算，大数据等新的科学技术越来越多的应用在我们平时的生活中，其所服务的用户数据量回事越来越多，相应地用户的隐私数据被泄露的可能性也随之增高。随着云计算成为众多企业的首选数据存储处理方案，其应用场景也是一直在变化,云计算服务提供者需要保证在任一场景下用户隐私数据都是安全的，因此云计算不得不面对一个巨大的难题，即如何在保证用户数据安全的基础上进行相应的数据处理操作。一般地，我们为了使得数据更加安全,往往会对用户数据进行加密，然后将加密后的密文发送给云服务商，云服务商得到的只会是数据密文，但是用户数据传输到云服务商处是需要对其进行相应的计算操作，因为其是密文无法进行相应的操作，即使进行计算，也会使得得到的结果无法正确解密亦或得不到预期结果。这种情况下，云服务只是单单存储数据，并没有用到其巨大的计算能力。如果使的加密算法具有同态性,就可以在不解密情况下对密文进行任意的计算操作，此时对密文的处理等价于对明文的处理,用户拿到密文结果解密后依然会得到预期明文结果,通过同态密码算法可以解决目前云计算中的用户隐私数据安全问题。如此云的计算力可以很好地发挥出来,同时又解决了用户隐私数据安全问题。 ## 1.2 研究的主要内容与方法 本课题研究国产加密算法在云计算网络信息传输认证的设计与实现，主要是基于现有的国产密码算法，通过实验判断其是否具有同态特性,再选择合适的密码算法对传输认证系统进行设计与实现。密码算法的同态性是指对于密文进行某种操作，得到相应的密文结果，对密文结果进行解密后得到的结果与直接使用明文进行运算得到的结果是一样的，即对密文的操作等价于在明文上进行相同的操作，满足�