面向云计算的改进AES加密算法的并行化研究与实现
发布时间：2023-12-02 14:06
云中充满了重要和敏感的数据信息,这些信息的泄露、破坏或窃取会造成不同程度的后果,保障云计算环境中数据的机密性和完整性是当下的研究热点。使用加密技术可以将明文信息转变为不具有实际意义的密文数据,密文数据的破解是一项耗时巨大且十分困难的工程,而且对于一些加密算法,目前还不存在可以攻破它们的攻击方法,因此加密技术可以提高云中数据的安全性。但是加密算法的计算复杂度普遍偏高,加解密大数据时的时间成本和计算成本都很高,因此,研究加解密速度快、安全性高且适用于云计算环境的加密算法,对保障云计算中数据的安全具有重要的意义和价值。本文的主要研究内容为如何利用云计算的计算资源丰富和支持虚拟化、并行化等优点,结合加密技术来提升云计算的安全性。通过对比分析,发现了对称密码体制中的AES密码算法相对来说更加适合加解密大数据,且易于并行化实现,因此选择AES密码算法作为研究面向云计算的数据加解密方案。考虑到传统的AES密码算法中的S盒具有迭代周期短、非线性性弱,以及密钥生成算法具有轮密钥和种子密钥相关性较强的缺点。基于AES改进算法的国内外研究现状,改进了 S盒的构造过程,并结合序列密码的优点改进了密钥流生成过程...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 云计算安全性的研究现状
1.2.2 并行计算的研究现状
1.2.3 AES改进算法的研究现状
1.3 研究内容及组织结构
2 云计算与预备数学知识
2.1 云计算的概念和环境构成
2.2 云计算中的常见概念
2.2.1 并行计算
2.2.2 分布式计算
2.2.3 集群计算
2.2.4 网格计算
2.3 云服务的分类
2.4 云计算的发展趋势和面临问题
2.5 预备数学知识
2.5.1 有限域
2.5.2 有限域GF(28)的运算
2.5.3 有限环GF(28)[x]/(x4+1)上的运算
2.6 本章小结
3 传统AES算法及改进算法
3.1 密码学
3.1.1 密码学的基本简介
3.1.2 密码学中的专业术语
3.1.3 经典加密模型
3.2 分组密码和序列密码
3.2.1 分组密码
3.2.2 序列密码
3.3 传统AES算法
3.4 改进AES算法的设计与实现
3.4.1 S盒的改进
3.4.2 改进AES算法的设计思想
3.4.3 基于改进AES的一次一密加密算法的实现
3.4.4 基于改进AES的一次一密加密算法的安全性分析
3.5 本章小结
4 基于云计算的改进AES算法并行化设计与实现
4.1 多核多进程并行化算法设计与实现
4.1.1 并行编程语言的选择
4.1.2 数据文件的分解
4.1.3 基于多核多进程的并行改进AES算法的设计
4.1.4 基于多核多进程的并行改进AES算法的实现
4.2 基于MapReduce模式的并行化
4.2.1 并行化平台的选择
4.2.2 Hadoop集群部署和环境配置
4.2.3 基于MapReduce模式的并行改进AES算法的设计
4.2.4 基于MapReduce模式的并行改进AES算法的实现
4.3 本章小结
5 实验与结果分析
5.1 算法的理论分析
5.1.1 原AES串行化算法理论分析
5.1.2 改进后的AES串行化算法理论分析
5.1.3 基于多核多进程的并行化算法理论分析
5.1.4 基于MapReduce模型的并行化算法理论分析
5.2 多核多进程并行化算法实验结果及分析
5.2.1 实验环境和实验数据
5.2.2 实验结果及分析
5.3 基于MapReduce模式的并行化算法实验结果及分析
5.3.1 实验环境和实验数据
5.3.2 实验结果及分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3869823
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 云计算安全性的研究现状
1.2.2 并行计算的研究现状
1.2.3 AES改进算法的研究现状
1.3 研究内容及组织结构
2 云计算与预备数学知识
2.1 云计算的概念和环境构成
2.2 云计算中的常见概念
2.2.1 并行计算
2.2.2 分布式计算
2.2.3 集群计算
2.2.4 网格计算
2.3 云服务的分类
2.4 云计算的发展趋势和面临问题
2.5 预备数学知识
2.5.1 有限域
2.5.2 有限域GF(28)的运算
2.5.3 有限环GF(28)[x]/(x4+1)上的运算
2.6 本章小结
3 传统AES算法及改进算法
3.1 密码学
3.1.1 密码学的基本简介
3.1.2 密码学中的专业术语
3.1.3 经典加密模型
3.2 分组密码和序列密码
3.2.1 分组密码
3.2.2 序列密码
3.3 传统AES算法
3.4 改进AES算法的设计与实现
3.4.1 S盒的改进
3.4.2 改进AES算法的设计思想
3.4.3 基于改进AES的一次一密加密算法的实现
3.4.4 基于改进AES的一次一密加密算法的安全性分析
3.5 本章小结
4 基于云计算的改进AES算法并行化设计与实现
4.1 多核多进程并行化算法设计与实现
4.1.1 并行编程语言的选择
4.1.2 数据文件的分解
4.1.3 基于多核多进程的并行改进AES算法的设计
4.1.4 基于多核多进程的并行改进AES算法的实现
4.2 基于MapReduce模式的并行化
4.2.1 并行化平台的选择
4.2.2 Hadoop集群部署和环境配置
4.2.3 基于MapReduce模式的并行改进AES算法的设计
4.2.4 基于MapReduce模式的并行改进AES算法的实现
4.3 本章小结
5 实验与结果分析
5.1 算法的理论分析
5.1.1 原AES串行化算法理论分析
5.1.2 改进后的AES串行化算法理论分析
5.1.3 基于多核多进程的并行化算法理论分析
5.1.4 基于MapReduce模型的并行化算法理论分析
5.2 多核多进程并行化算法实验结果及分析
5.2.1 实验环境和实验数据
5.2.2 实验结果及分析
5.3 基于MapReduce模式的并行化算法实验结果及分析
5.3.1 实验环境和实验数据
5.3.2 实验结果及分析
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文目录
本文编号：3869823
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