CN101206542B

CN101206542B - 具有按键和显示屏的加密签名手写板

Info

Publication number: CN101206542B
Application number: CN200610165321A
Authority: CN
Inventors: 刘迎建; 王红岗; 侯涛; 王杰
Original assignee: Hanwang Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Hanvon Neutrosophy Technology Co. Ltd.
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: CN101206542A

Abstract

具有按键和显示屏的加密签名手写板属于计算机输入设备领域。本发明的技术方案是，提供一种加密签名手写板，具有主控模块、通用串行总线USB模块、手写模块、加解密算法模块、随机数发生模块和安全存储空间模块，还包含键盘输入模块、显示模块，USB模块、手写模块、键盘输入模块、显示模块、加解密算法模块、随机数发生模块、安全存储空间模块分别连接主控模块。键盘输入模块上具有数字按键，并将其输入的信息反馈到显示模块加以显示。手写板上设置按键和显示屏。本装置通过手写板的数字按键实现独立PIN码输入方式完成电子签名，并结合手写签名，构造安全等级更高的电子加密签名保护机制。

Description

具有按键和显示屏的加密签名手写板

技术领域

本发明涉及一种加密签名手写板，特别是涉及一种具有按键和显示屏的加密签名手写板，属于计算机输入设备领域。

背景技术

手写板虽然不是计算机系统的标准输入设备，但是由于其克服了其他输入法需要学习后才能使用的缺点，并且具有输入快捷、方便的特点，解决了不同层次人群的汉字、字母输入难题，具有广泛的使用价值，已经成为非键盘输入的典型代表，越来越多的人接受并使用手写输入方式。手写板通常配有专用的手写笔，用户用专用的手写笔在手写板上写字，计算机将同步显示笔的痕迹并将其识别为对应的文字。但是，传统的手写板仅仅作为输入设备，功能非常单一，影响了手写板的进一步推广、使用。

计算机网络的普及和大规模使用，极大的方便了人们的生活，成为人们工作、生活和学习不可缺少的有力工具，计算机系统不仅保存了大量的用户数据和机密信息，也促进了电子商务的迅速发展。绝大多数用户不仅将机密信息以明文形式保存在计算机中，而且还以明文形式发送机密邮件。即使少数用户将机密信息进行加密，但基本上采用软加密方式，而传统的软加密方式仍然使用计算机内存，这使得密码信息、机密信息长时间驻留内存，很容易被黑客获取，而且，软件加密所需要的键盘输入也极易被监控，因此，软件加密方式安全强度差，易于破解。

为解决因特网上开展电子商务的安全问题，推出了电子签名以便在交换信息及进行商业交易前确定相对方身份。电子签名多采用PKI/CA体系，由电子认证机构负责管理。用户在电子认证机构注册数字证书，即为在认证机构注册的密码，包括公钥和私钥及其它信息。公钥和私钥之间具有一定的函数关系，公钥是公开的，它提供给需要的用户，通过公钥即可解读利用私钥进行加密运算得到的加密文件，并可在认证机构的网络服务器上得到密钥持有者身份等信息。私钥一般保存在IC卡、USB Key等外置载体或者用户的本地计算机里。用户需要通过输入PIN码读取保存在外置载体或计算机本地的私钥对目标对象进行数字签名。但是，IC卡、USB Key等外置载体体积小，容易丢失，PIN码保护机制可靠性差，用户通过键盘等设备输入PIN码时非常容易被监控和破解，而保存在计算机本地的私钥更容易被非法用户获得。而且，现有数字证书载体移动性差，只保存用户的私密信息，若用户使用另一台计算机，还需到认证机构重新下载数字证书，用户使用极不方便。

上述分析知，计算机系统通过键盘输入完成的加密签名，安全性和可靠性差，极易被非法监控、破解和获取。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有按键和显示屏的加密签名手写板，通过手写板完成独立式PIN码验证机制。

本发明解决技术问题采取的技术方案是，手写板具有主控模块、通用串行总线USB模块、手写模块，并增加键盘输入模块、显示模块，键盘输入模块输入的数字被反馈到显示模块进行显示；还包含加解密算法模块、随机数发生模块和安全存储空间模块；加解密算法模块用于对数据进行加密、解密处理；随机数发生模块用于硬件产生随机数；安全存储空间模块用于保存用户电子签名所使用的数字证书、特征字和私钥；主控模块控制整个硬件系统的协调工作；通用串行总线USB模块、手写模块、键盘输入模块、显示模块、加解密算法模块、随机数发生模块、安全存储空间模块分别通过I/O口连接主控模块。手写板上设置按键及显示屏。

键盘输入模块由16个按键组成，为4×4阵列，具有数字按键0～9、清除按键CLR、确认按键ENTER、功能和扩展按键F1～F4。

键盘输入模块的按键采用导电塑胶，通过手写板外壳的孔洞固定在手写板上。

显示模块具有显示屏，所述显示屏固定在手写板上。

主控模块集成加解密算法模块、安全存储空间模块和随机数发生模块中的一个模块，或集成所述模块中的两个模块。

所述通用串行总线USB模块通过USB接口与计算机连接，初始化时，通过键盘输入模块设置PIN码后通过手写模块输入手写数据，该手写数据被发送至加解密算法模块计算手写数据的哈希值，并将得到的数据传输至安全存储空间模块。

所述手写模块在用户键盘输入模块进行PIN码采集后，采集手写信息传递到主控模块，由主控模块将手写信息通过USB模块传递到计算机内运算进行签名验证，两次验证均通过后，加解密算法模块、随机数发生模块和安全存储空间模块才与计算机进行加密解密操作。

所述随机数发生模块产生一组随机数，并用安全存储空间模块中的私钥加密，将加密后的随机数发送到计算机，计算机用公钥解密该随机数，得到明文，将该明文作为密钥加密待加密对象，并将该随机数用公钥加密保存在加密对象中。

所述主控模块通过通用串行总线USB模块的USB接口接收计算机发来的待解密文件中用公钥加密后的随机数，手写板用安全存储空间模块保存的私钥解密后，并用私钥加密该随机数，将加密后的随机数发送给计算机，由计算机用公钥解密获取随机数明文，并用随机数明文作为密钥解密待解密对象。

所述待加密对象为计算机中的本地文件或电子邮件。

所述待解密对象为计算机中的本地文件或电子邮件。

本发明的有益效果是，克服了计算机键盘输入PIN码的缺陷，通过独立PIN码输入方式完成电子签名，结合手写签名，构造安全等级更高的电子签名保护机制，使单纯作为输入工具的手写板成为电子签名的新型安全载体，确保用户用于电子签名的私密信息不会被非法获取和使用，增强了电子签名载体的移动性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

图1是本发明的硬件结构框图。

图2是本发明的基本电路连接关系示意图。

图3是本发明的一种外观结构平面图。

图4是本发明所提出的手写板上按键的安装示意图。

图5是本发明所提出的手写板上显示屏的安装示意图。

图6是用户第一次使用本发明装置的初始化过程。

图7是使用本发明装置进行电子签名保护机制的示意图。

图8是使用本发明装置对本地文件加密的示意图。

图9是使用本发明装置对本地文件解密的示意图。

图10是使用本发明装置对电子邮件加密的示意图。

图11是使用本发明装置对电子邮件解密的示意图。

图12是使用本发明装置对文档进行签名的示意图。

图13是使用本发明装置对经过签名的文档的认证工作示意图。

附图标记说明：

1-手写区，2-显示屏，3-数字区，4-按键，5-手写板外壳，6-PCB板，7-紧固件。

具体实施方式

图1是本发明的硬件结构框图。本发明装置工作在PKI/CA体制下(PKI指公钥基础设施，CA指认证机构)，具有主控模块、通用串行总线USB模块、手写模块、键盘输入模块、显示模块、加解密算法模块、随机数发生模块和安全存储空间模块。主控模块控制整个硬件系统的协调工作。USB模块负责与计算机进行通讯。手写模块用来扫描横纵坐标，并将物理坐标转换为有效数值。键盘输入模块用于数字的输入，并将其反馈到显示模块加以显示。加解密算法模块用于对数据进行加密、解密处理。随机数发生模块用于硬件产生随机数。安全存储空间模块用于保存用户电子签名所使用的数字证书、特征字和私钥等信息。

主控模块与加解密算法模块、随机数发生模块和安全存储空间模块之间的连接关系还可以是：主控模块集成加解密算法模块、安全存储空间模块和随机数发生模块中的任意一个模块，或集成所述模块中的任意两个模块。

图2是本发明的基本电路连接关系示意图。显示模块、安全存储空间模块、手写模块、USB模块、加解密算法模块、随机数发生模块、键盘输入模块通过I/O口和主控模块连接，受主控模块控制。键盘输入模块由16个按键组成，为4×4阵列，分别是键值为0～9的数字键、清除键CLR、确认键ENTER以及功能和扩展键F1～F4。键盘输入模块共有8个引脚，具体是x1、x2、x3、x4、y1、y2、y3和y4，分别和主控模块的8个I/O口连接，主控模块通过控制I/O口控制键盘。

图3是本发明的一种外观结构平面图，图4为键盘输入模块的按键在手写板上的安装示意图，图5为显示模块的显示屏在手写板上的安装示意图。如图3所示，手写板具有手写区，键盘输入模块的按键和显示模块的显示屏布置在手写区的周边。图3仅仅是一个示例图，实际上，按键和显示屏可以根据板形和手写板大小需要布置在手写板的任意位置。键盘输入模块的按键采用导电塑胶制成，如图4所示，按键通过手写板外壳的孔洞固定在手写板上。显示模块具有显示屏，如图5所示，显示屏固定在手写板的印刷电路板PCB上，通过手写板外壳的对应孔洞将显示屏露在外面。

图6是用户第一次使用本发明装置的初始化过程。本发明手写板通过USB模块的USB接口连接计算机，计算机端安装有签名识别软件，用户即可使用加密签名手写板进行手写签名。用户第一次使用本装置时，签名识别软件提供输入界面并提示用户设置个人识别密码即PIN码，用户通过手写板键盘输入模块的数字键输入PIN码，需要输入PIN码两次，两次PIN码输入相同的，PIN码设置成功。PIN码设置完成后，计算机显示页面提示用户通过手写板输入个人签名，用户通过个人签名并经确认后，系统将该签名数据发送到手写板，手写板的加解密算法模块计算该签名的哈希值即HASH值，用安全存储空间模块保存的数字证书对此HASH值进行数字签名处理，并保存所述个人签名数据和经过数字签名处理的HASH值。

图7是使用本发明装置进行电子签名保护机制的示意图。手写板与计算机连接后，若使用电子签名以及加密功能，则需要用户进行签名验证。计算机提示用户通过手写板的数字键输入PIN码，用户输入PIN码后，若验证通过，则进一步提示用户通过手写板进行个人签名。计算机将进行签名识别，若识别成功，则为合法用户，允许其使用电子签名和加密功能。

图8是用户使用本发明装置对本地文件加密的示意图。选中待加密文件，首先进行签名识别和PIN码验证，签名认证通过后，手写板的随机数发生模块产生一组随机数并用安全存储空间模块存储的私钥加密，将私钥加密后的随机数发送到计算机。计算机用公钥将其解密，得到随机数明文，再用随机数明文作为密钥对文件进行加密，加密完成后，计算机将随机数用公钥加密，保存到被加密文件中，并清除内存数据。

图9是用户使用本发明装置对本地文件解密的示意图。选中待解密文件，首先进行签名识别和PIN码验证，签名认证通过后，计算机提取保存在待解密文件中的随机数，并将该用公钥加密后的随机数发送给手写板。手写板用安全存储空间模块保存的私钥解密后并用私钥加密该随机数，再将加密后的随机数发送给计算机，计算机收到密文信息后，用公钥解密获取随机数明文，用随机数明文作为密钥，对待解密文件进行解密。对文件解密完成后，随机数失效，对加密文件的解密工作至此完成。

图10是用户使用本发明装置对电子邮件加密的示意图。当发送者需要加密邮件信息时，选中待加密邮件，通过签名识别和PIN码验证，由发送方计算机端安装的签名识别软件计算邮件信息的HASH值发送给手写板。手写板的随机数模块产生随机数，用安全存储空间模块保存的私钥分别对HASH值和随机数进行加密处理，将加密后的HASH值和随机数返回给计算机。计算机用发送方公钥将随机数解密获取随机数明文，再用明文随机数作为密钥对邮件信息进行加密。再用接收方的公钥对用发送方私钥加密过的随机数和HASH值再加密一次。双方公钥可以通过网站查询，也可以通过电子邮件发送。将加密过的邮件信息、HASH值和随机数全部发送给接收方。

图11是用户使用本发明装置对电子邮件解密的示意图。接收方收到邮件后，选中待解密邮件，签名识别和PIN码验证后，接收方将收到的HASH值和随机数发送给手写板。手写板用接收方私钥解密HASH值和随机数，将解密后的HASH值和随机数返回给计算机。计算机用发送方公钥将HASH值和随机数二次解密，获取HASH值和随机数明文；随后用明文随机数为密钥解密邮件信息，由配套的签名识别软件计算解密后邮件信息的HASH值。比较计算出的HASH值与所接收的HASH值，如果两个HASH值相等，说明邮件接收成功，没有经过任何篡改，如果两个HASH值不同，说明邮件接收失败。

图12是用户使用本发明装置对文档进行签名的示意图。作为数字签名和手写签名的典型应用，图12反映了用户对文档(如word或者WPS)进行个人签名的过程。文档完成后，用户进行个人签名，触发内嵌在文档中的签名命令，系统将签名命令发送给手写板，同时提醒用户通过手写板进行签名识别和PIN码验证。验证通过后，计算机计算整个文档的HASH值，并将其送给手写板。手写板用保存的数字证书对文档的HASH值进行处理，并将处理后的文档HASH值、个人签名以及签名HASH返回给计算机，计算机将收到的数据内嵌到文档中。

图13是用户使用本发明装置对经过签名的文档的认证工作示意图。当其他人收到文档后，为了确认文档的真实性，需要对文档进行签名认证。首先提取文档的签名信息，用作者的公钥将签名信息进行解密，得到文档HASH值明文，随后计算文档的HASH值，对比从签名信息中得到的HASH值和计算得到的HASH值，如果两个HASH值相等，说明文档没有被篡改。

本发明通过手写板的数字按键实现了独立于计算机的PIN码验证机制，本实施例采用PIN码验证和手写识别验证双验证机制，也可单独采用PIN码验证方式，依靠手写板上的按键输入PIN码进行验证即可安全完成加密签名功能。本发明大大提高了加密签名手写板的可靠性和安全性，确保用户用于电子签名的私密信息不会被非法获取和使用。加密签名手写板具有很强的私密性和排他性，提高了电子签名载体的移动性，用户只需携带本装置即可方便地进行电子签名，使用简单。

Claims

1.一种具有按键和显示屏的加密签名手写板，具有主控模块、通用串行总线USB模块、手写模块，其特征在于：包含键盘输入模块、显示模块，键盘输入模块输入的数字被反馈到显示模块进行显示；还包含加解密算法模块、随机数发生模块和安全存储空间模块；加解密算法模块用于对数据进行加密、解密处理；随机数发生模块用于硬件产生随机数；安全存储空间模块用于保存用户电子签名所使用的数字证书、特征字和私钥；主控模块控制整个硬件系统的协调工作；通用串行总线USB模块、手写模块、键盘输入模块、显示模块、加解密算法模块、随机数发生模块、安全存储空间模块分别通过I/O口连接主控模块。

2.根据权利要求1所述的加密签名手写板，其特征在于：键盘输入模块由16个按键组成，为4×4阵列，具有数字按键0～9、清除按键CLR、确认按键ENTER、功能和扩展按键F1～F4。

3.根据权利要求2所述的加密签名手写板，其特征在于：键盘输入模块的按键采用导电塑胶，通过手写板外壳的孔洞固定在手写板上。

4.根据权利要求1所述的加密签名手写板，其特征在于：显示模块具有显示屏，所述显示屏固定在手写板上。

5.根据权利要求1所述的加密签名手写板，其特征在于：主控模块集成加解密算法模块、安全存储空间模块和随机数发生模块中的一个模块，或集成所述模块中的两个模块。

6.根据权利要求1所述的加密签名手写板，其特征在于：所述通用串行总线USB模块通过USB接口与计算机连接，初始化时，通过键盘输入模块设置PIN码后通过手写模块输入手写数据，该手写数据被发送至加解密算法模块计算手写数据的哈希值，并将得到的数据传输至安全存储空间模块。

7.根据权利要求1所述的加密签名手写板，其特征在于：所述手写模块在用户键盘输入模块进行PIN码采集后，采集手写信息传递到主控模块，由主控模块将手写信息通过USB模块传递到计算机内运算进行签名验证，两次验证均通过后，加解密算法模块、随机数发生模块和安全存储空间模块才与计算机进行加密解密操作。

8.根据权利要求1所述的加密签名手写板，其特征在于：所述随机数发生模块产生一组随机数，并用安全存储空间模块中的私钥加密，将加密后的随机数发送到计算机，计算机用公钥解密该随机数，得到明文，将该明文作为密钥加密待加密对象，并将该随机数用公钥加密保存在加密对象中。

9.根据权利要求1所述的加密签名手写板，其特征在于：所述主控模块通过通用串行总线USB模块的USB接口接收计算机发来的待解密文件中用公钥加密后的随机数，手写板用安全存储空间模块保存的私钥解密后，并用私钥加密该随机数，将加密后的随机数发送给计算机，由计算机用公钥解密获取随机数明文，并用随机数明文作为密钥解密待解密对象。

10.根据权利要求8所述的加密签名手写板，其特征在于：所述待加密对象为计算机中的本地文件或电子邮件。

11.根据权利要求9所述的加密签名手写板，其特征在于：所述待解密对象为计算机中的本地文件或电子邮件。