增强型加密文件程序的设计与实现
当前个人信息泄露已经成为了非常严重的问题，对于个人信息的隐私是一种侵犯，只有对隐私数据进行加密保护才可以防止个人信息被窃取。如今成熟的加密算法都已经得到了大规模的应用，其算法也相对较为复杂，开销也很大。对个人数据而言，可以应用密码学进行简单保护，现有的一些文件加密程序过于简单，很容易被破解，造成个人信息泄露，在时间和资源充足的条件下容易被破解或恢复。只有设计并实现了一种增强型的文件加密程序，加解密均可用同一程序来完成，并可安全高效地对任意类型的文件进行加解密。实验结果显示，增强型的文件加密程序能准确地对文件进行加解密，且执行效率高，实用性强。
关键词：信息安全,数据保护,文件加解密
当前，互联网个人信息泄露问题已经非常严重。据统计，78.2%的网民个人身份信息曾被泄露，包括姓名、家庭住址、身份证號及工作单位等[1]。通常采用两种方法防止信息泄露：一是做好敏感和隐私数据的保护工作，防止信息被盗取;二是对敏感和隐私数据进行加密，即使万一泄露也不会被非法读取。事实上，想要完全做到数据的保护十分困难，因此对敏感和隐私数据进行加密显得尤为重要。
标准化的加密算法如AES、RSA等是面向大规模应用的，其算法比较复杂，运行开销也较大，并不适用于日常个人信息的保护。本文运用密码学的基本原理，自行设计并实现了一种简单、高效的加密算法来保护网民的个人信息。
已有的一些加密程序设计过于简易，有的程序对用户输入的密钥长度没有任何限制，且读取密钥后未进行任何处理即直接用于加密。用户输入的密钥长度过短将很难抵抗统计攻击，直接用原始密钥加密则容易暴露密钥的内在规律性。此类算法在时间和资源充足的条件下容易被破解。本文提出的算法对用户输入的密钥有最短长度限制，同时对原始密钥进行置换后才作为加密密钥使用。为进一步增强加密强度，在加密过程中引入8位白化密钥，使加密后的数据更难以破解。此外，现有的一些程序在实现上存在漏洞，例如有的程序加密完成后，直接通过系统调用将原始文件删除，而通过常用的数据恢复软件很容易将已删除的文件还原出来，进而得到原始文件数据。本文提出的程序在加密完成后，通过随机填充的方式将原文件彻底覆盖后再进行删除，从而保证了数据安全性。
C语言是广泛应用的一种编程语言，它具有使用灵活方便、目标程序效率高、可移植性好等优点，适合于编写系统软件[6]。本算法通过C语言实现，在Windows平台下编译通过并成功运行。
1 算法设计
本程序主要分为3大模块：预处理模块、加解密模块与后处理模块。
预处理模块主要进行加密前的准备工作，其主要流程为：①读取用户输入的需要加密的文件名，检查是否正确，如不正确给出错误提示;②建立临时文件以备加解密模块使用，如创建失败，则给出错误提示并终止程序;③读取用户输入的密码，检查长度是否符合要求，如不符合则提示重新输入。
加解密模块是程序的核心模块，其主要流程为：①对用户输入的密码(也即密钥)按一定规则进行置换，目的是打乱用户输入密码中各字符之间的规律性，使密钥更加随机;②设置白化密钥，长度为8bit，目的是进一步增加密钥随机性并增强加密强度，使加密后的文件更难被破解;③逐个字节读取要加密的文件内容，将此字节与加密密钥及白化密钥异或，以达到加密目的，直至文件末尾，其中加密密钥根据用户输入的长度循环使用。
后处理模块主要负责清理工作，其主要工作为：①以1 024字节为单位生成随机数据并填充进原文件，以达到覆盖原文件的目的，此过程重复进行3次，确保原文件数据被完全覆盖，无法恢复;②将随机填充覆盖后的原文件直接删除(不经回收站)，由于删除前已进行了3遍随机覆盖，因此即使利用数据恢复软件将已删除的文件还原，也无法读取其原始内容;③将临时文件重命名为原文件名。
2 编程实现
2.1 原始密钥置换
2.2 加密实现
加密过程为利用C语言的文件操作函数逐字节读取要加密的文件内容，将此字节与加密密钥及白化密钥异或，直至文件最后一个字节。其中加密密钥根据用户输入的长度循环使用，例如，若用户输入密钥长度为6，则加密第7个字节时所用密钥与第1个字节相同。以此类推，加密第6n+1个字节与加密第1个字节所用密钥相同，其中n为整数。为保证加密强度，本程序强制要求用户输入的密钥不得少于6个字符。同时，根据实际应用情况考虑，限制长度不多于18个字符。本部分实现代码如下，其中01010001为指定的白化密钥，可根据需要进行修改。
2.3 删除实现
加密完成后需要删除原始文件，如果对原始文件不加处理直接删除，则利用常见的数据恢复软件如Easy Recovery、Final Data等很容易将已删除的文件还原，进而获取原始文件，如此加密便毫无意义。为防止这种情况发生，本程序在删除原始文件前，利用随机产生的垃圾数据以1 024字节为单位对原始文件填充覆盖3遍，以保证即使文件被还原也无法获取其原始内容。本部分实现代码如下：
2.4 程序执行实例
以下是本程序执行实例截图。图1为程序运行时的界面，图2为原始文件，图3为加密后的文件，图4为解密后的文件。从实例中可以看出，本程序准确实现了加解密运算，解密后的文件和原始文件完全相同，对于段落中的空格、换行和字母上方的标注符号以及·等特殊符号均能准确进行加解密。
3 程序执行效率分析
考虑到实际应用情况，选取100kB大小(约5万字符)与1MB大小(近40万字符，相当于一本普通书籍的字数)的文本文档和6MB大小图片(约为常用专业相机拍摄照片的大小)的文本文档进行加解密实验，实验环境为3.30GHz CPU，4GB内存，64位Windows 7家庭版操作系统，编译环境为Visual C++6.0。实验结果如表1所示。
由实验结果可以看出，本程序执行加解密速度非常快，对于6MB左右的常见图片文件，加解密平均仅需约150ms。此外，对于120MB左右的视频文件也进行了加解密实验，所需时间大约为2.4s，也在可接受的范围内。
4 結语
针对现有一些文件加密程序存在的问题和缺陷，本文提出并实现了一种增强型的文件加密程序，能够有效地对各种类型的文件进行加解密，并增强了加密强度，实现了对原始数据的彻底清除。下一步工作是实现对批量文件的加解密，或者对满足指定条件的文件进行自动扫描并加解密。
参考文献：
[1] 新华网.中国网民个人信息泄露问题严重，保护之网亟待编织 [EB/OL].
[2] 郑红艳.文件加密方法探析[J].软件导刊，2008，7(8)：198-199.
[3] 俞敏.基于C语言的文件加密与解密程序的实现[J].电脑编程技巧与维护，2016(13)：24-25，51.
[4] 王树斌，赵杨杰.文件加密算法实现[J].电脑知识与技术，2014，10(12)：2730-2731.
[5] 余笑轩，余腊生.一种基于Caesar密码的数据加密算法的研究[J].计算机安全，2013(4)：57-60.
[6] 谭浩强.C程序设计[M].第4版.北京：清华大学出版社，2010.
[7] 裴要强，孟波.Windows黑客技术揭秘与攻防—C语言篇[M].北京：中国铁道出版社，2010.
[8] WILLIAM STALLINGS. 密码编码学与网络安全-原理与实践[M].第6版.唐明，李莉，杜瑞颖，等，译.北京：电子工业出版社，2015.
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