并行计算在信息安全中的若干应用

随着网络信息化的飞速发展,互联网给人们带来前所未有的海量信息的同时,网络信息的安全问题日益突出。密码学和数字水印技术作为解决网络信息安全问题的方法,近些年来备受关注。本文在充分研究LUC和ElGamal两种公钥密码体制的基础上,结合当前多核技术的发展,分别提出了它们的并行算法以及一种基于批处理的数字水印方案。具体研究内容包括以下几方面：首先,研究ElGamal公钥密码体制,发现其加密时需要计算的密文对之间相互独立,具有并行特性,故本文将其加密时的密文对进行并行计算。此方案有效地加快了ElGamal公钥密码体制加密的速度。其次,通过研究LUC公钥密码体制,探索到了其加解密性能与大数模运算的实现效率有着直接的关系,故本文利用中国剩余定理,将大整数的模运算转化为两个较小素数的模运算,设计并实现了LUC公钥密码体制的并行算法。再次,对于域为m=m1m2…mn结构的LUC公钥密码体制,利用中国剩余定理和算术基本定理,将大数分解为几个较小素数来对数据进行加解密运算。此方案有利于并行计算的执行。最后,本文结合LUC公钥密码体制,提出了一种基于批处理的数字水印方案。该方案可以解决现实中对多幅作品嵌入水印而导致速度较慢的问题。本文中ElGamal、LUC公钥密码体制的并行算法通过调用Miracl大整数库,以MPI和VS2010为实验平台对所提出的算法进行实现；批处理的数字水印方案的实现平台为Matlab2011b。加速比和CPU的效率是衡量并行算法性能的重要指标,本文对所提出的相关算法进行加速比和CPU效率计算。实验结果表明,本文所提出的相关并行算法是有效可行的。