(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111439496.9 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 东南大学深圳研究院 地址 518000 广东省深圳市南 山区高新 南 四道19号深圳虚拟大 学园A212室 (72)发明人 李冰　成小勇　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 代理人 朱林 (51)Int.Cl. H04L 9/32(2006.01) H04L 9/40(2022.01) H04L 69/04(2022.01) (54)发明名称 基于改进的LZW算法和PUF密钥的压缩加密 系统 (57)摘要 本发明公开了基于改进的LZW算法和PUF密 钥的压缩加密系统， 其包括PUF密钥读取模块、 压 缩加密模块、 解压解密模块， P UF密钥读取模块通 过UART串口将P UF密钥生成设备产生的密钥读取 到主机上； 压缩加密模块通过采用字典进行分块 管理方法， 在较大提升压缩比的同时牺牲较少的 速度性能， 从而减少带宽和存储空间的使用； 通 过与PUF密钥结合， 将加密嵌入到压缩过程中去， 使得加密在抗物理攻击的同时消耗较少的计算 资源； 解压解密模块用于对压缩加密后的文件进 行解压解密， 从而获得原文件； 本发明将字典分 块管理改进了原始LZW算法在字典被词条占满后 不对其进行更新而造成压缩比下降的缺陷； 基于 PUF密钥的加密方法， 在节约传输带宽和存储空 间的同时具有一定的安全性。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 114172658 A 2022.03.11 CN 114172658 A 1.基于改进的LZW算法和PUF密钥的压缩加密系统， 其特征在于包括PUF密钥读取模块、 压缩加密模块、 解压解密模块， 所述PUF密钥读取模块通过UART串口将PUF密钥生成设备产 生的密钥读取到主机上； 所述压缩加密模块通过采用字典进行分块管理方法， 使得改进的 LZW算法相对于原始的LZW算法在较大提升压缩比的同时牺牲较少的速度性能， 从而减少带 宽和存储空间的使用； 通过与PUF密钥 结合， 将加密嵌入到压缩过程中去， 使得加密在抗物 理攻击的同时消耗较少的计算资源； 所述解压解密 模块用于对压缩加密后的文件进行解压 解密， 从而获得原文件。 2.根据权利 要求1所述的基于改进的LZW算法和PUF密钥的压缩加密系统， 其特征在于： 所述PUF密钥读取模块读取步骤如下： 步骤(1)、 主机通过UART 串口与PUF密钥生成设备相连； 步骤(2)、 主机寻找和识别 对应的串口号， 向PUF密钥生成设备发送密钥提取信号， 密钥 生成后， 接收生成的密钥； 步骤(3)、 将接收到的密钥存 储到主机中， 供加密使用。 3.根据权利 要求1所述的基于改进的LZW算法和PUF密钥的压缩加密系统， 其特征在于， 所述压缩加密模块包括以下步骤： 步骤A、 定义一个固定大小的字典， 并将其0到255号词条用ASCII字符进行初始化， 定义 一个空字符串变量s， 读入PUF密钥； 步骤B、 将字典除了前256个词条外的区域进行分块， 每个字典块所包含的词条数相等， 每个字典块有各自的影响因子标识； 步骤C、 读入下一个字符c， 如果s+c在字典中， s＝s+c， 重 复步骤C； 否则需要判断字典是 否已经填满； 若字典满了， 则将影响因子最小的字典块清空， 将s+c作为新词条添加到该字 典块的起始位置； 若没满则依次添加， 进入步骤D； 步骤D、 输出s所对应的索引加上当前密钥位的值(0或1)， s＝c， 更新s所在字典块的影 响因子； 如果没到文件末尾则重复步骤C， 否则进入步骤E； 步骤E、 如果s不是空字符串， 则先输出s对应的索引加上当前密钥位的值(0或1)再结 束； 否则直接结束。 4.根据权利 要求1所述的基于改进的LZW算法和PUF密钥的压缩加密系统， 其特征在于， 所述解压解密模块包括以下步骤： 步骤A、 读入PUF密钥， 定义一个固定大小的字典， 并将其0到255号词条用ASCII字符进 行初始化， 定义一个空字符串变量c， 定义一个字符串w并初始化为待解压的首位数字与密 钥首位(0或1)的差在字典中所对应的字符串； 步骤B、 将字典除了前256个词条外的区域进行分块， 每个字典块所包含的词条数相等， 每个字典块有各自的影响因子标识， 输出w； 步骤C、 读入下一个数值*ptr， 如果*ptr与密钥位的差值在字典中， 将该差值所对应的 字符串赋值给c， 如果该差值不在字典 中且等于当前需要添加词条的索引， 则c＝w+w[ 0]， 若 字典满了， 则将影响因子最小的字典块清空， 将w+c[0]作为新词条添加到该字典块的起始 位置； 若没满则依次添加； 否则压缩文件损坏结束解压解密过程； 步骤D、 更新*ptr与密钥位的差值所在字典块的影响因子， 输出c， w＝c； 如果没到文件 末尾则重复步骤C， 否则结束。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114172658 A 25.根据权利 要求3或4所述的基于改进的LZW算法和PUF密钥的压缩加密系统， 其特征在 于， 字典分块包括所有 可以将字典除了前256个词条外的区域进 行等词条数的分块方式； 所 述影响因子的计算方式是： 该字典块第一个词条被添加的时间+该字典块中所有词条被索 引的次数。 6.根据权利 要求1所述的基于改进的LZW算法和PUF密钥的压缩加密系统， 其特征在于， 所述解压解密模块还包括向用户提供一个可视化的操作界面， 主窗口由三个文本框组成， 分别显示原文件、 压缩加密后的文件以及解压解密后的文件内容； 操作界面窗口包括PU F密 钥读取、 原文件、 压缩加密、 解压解密、 内存消耗和压缩比六个功能按 钮。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114172658 A 3