CN115208554B - 一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法及系统，系统包括一次性存储模块、冗余存储模块以及纠错自恢复模块，在冗余存储模块分区存储密钥，首次存储密钥时，每条密钥写N份，分别存放在两个分区中，密钥明文后存放MAC值，如读取一个存储区域的密钥时校验不通过，则依次查询N份密钥直至校验通过，并将正确的密钥及MAC值写入校验失败的存储块中，若同一条密钥的N个备份全部查询完毕且均没有校验通过，则将该密钥读取的偏移地址转移至另外的存储区域。本发明提出密钥校验密钥的概念，通过一次性存储模块、冗余存储以及纠错自恢复三个模块，实现密钥的自校验、自纠错以及自恢复功能，从而保证密码设备中密钥的正确性。

Description

一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法及系统

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，更具体的说是涉及一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法及系统。

背景技术

近年来，密码技术越来越受到人们的关注，密码算法、密钥的安全管理是密码技术应用的重要构成。密码算法的安全性从无条件安全性、计算安全性、可证明安全性等维度进行安全保障。密码应用的核心是密钥的安全性，密钥一旦丢失或损坏，则安全应用系统面临完全被破解或攻击的威胁。目前密钥管理更多地侧重于密钥分发、密钥传输的正确性以及密钥存储的安全性上，对于密钥存储的正确性缺乏判断。密钥一般存储在可多次擦写的存储器上，此类存储器的缺点是擦写次数有限制，若擦写次数超过限制次数，存储器极易损坏，读出的密钥可能会被更改或丢失。若在缺乏校验的情况下使用此密钥进行相关运算，比如对称算法加解密，错误的密钥依然可以进行加解密，可能会导致整个系统的瘫痪。另外，也有一些密钥管理虽然增加了对密钥正确性的校验，但也仅局限于判断密钥正确性，一旦发现密钥错误则发送错误报告，却不能恢复到正确密钥。

因此，如何实现密钥的校验和纠错，提高密钥安全性是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法及系统，能够实现密码设备存储的密钥在使用过程中自动校验、自动纠错和自动恢复，确保密码设备中密钥的正确性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法，包括以下步骤：

步骤1：从一次性存储模块中读取密钥校验密钥，并对待存储的密钥明文进行校验计算，获得校验值；

步骤2：将校验值编写至密钥明文后面，获得校验密钥，并备份为若干份分别保存至密码设备的密钥存储区的密钥块内；

步骤3：根据密钥索引查询第一块密钥块内的校验密钥，并读取其对应的密钥明文和校验值；

步骤4：利用密钥校验密钥计算读取的密钥明文的校验值，并与读取的校验值进行对比，如果相同则校验成功，并输出密钥明文，如果当前密钥块不是第一块密钥块，则将当前密钥块的校验密钥复制至之前的所有密钥块进行备份存储；否则，校验失败，执行步骤5；

步骤5：查询下一块密钥块内的校验密钥，并读取其对应的密钥明文和校验值，返回步骤4，直至查询完所有密钥块，如果所有密钥块均校验失败，则进行报错。

优选的，密钥校验密钥作为校验计算密钥和IV值。

一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理系统，包括一次性存储模块、冗余存储模块和纠错自恢复模块；

一次性存储模块，一次性写入密钥校验密钥并保存；

冗余存储模块，存储密钥明文并备份为若干份；存入密钥明文时，调取密钥校验密钥对密钥明文进行校验计算，获得校验值，并将校验值存储至密钥明文后面，生成校验密钥；

纠错自恢复模块，调取一次性存储模块的密钥校验密钥，根据密钥索引对存储的校验密钥进行查询校验，输出校验成功的校验密钥对应的密钥明文，并利用校验成功的校验密钥更新校验失败的校验密钥。

优选的，冗余存储模块将校验密钥存储至密码设备的密钥存储区，密钥存储区包括原始密钥区和恢复密钥区；所述原始密钥区和所述恢复密钥区划分为N块密钥块，冗余存储模块复制2N份校验密钥分别存储至每块密钥块；待存储的密钥明文包括n条密钥明文，所以校验密钥对应n条密钥明文。

优选的，查询索引为k的密钥明文时，纠错自恢复模块从原始密钥区的第一块密钥块中开始查询校验密钥，读取其对应的密钥明文和校验值，并采用密钥校验密钥计算当前读取密钥明文的校验值，并与读取的校验值进行对比，若相同则校验成功返回当前密钥明文；否则，依次检索下一块密钥块的校验密钥，若校验成功，则将校验成功的校验密钥复制至校验失败的原始密钥区的密钥块内，如果原始密钥区的所有密钥块全部校验失败，则将偏移地址修改为恢复密钥区；

从恢复密钥区的第一密钥块中查询校验密钥，读取其对应的密钥明文和校验值，并采用密钥校验密钥计算当前读取密钥明文的校验值，并与读取的校验值进行对比，若相同则校验成功返回当前密钥明文，并将当前校验密钥复制至所述原始密钥区的所有密钥块内；否则依次检索下一块密钥块的校验密钥，直至所有密钥块查询完毕，如果存在校验成功的校验密钥，则将其复制至所有校验失败的密钥块中，否则进行报错；

纠错自恢复模块主要对密钥进行纠错和自恢复，纠错或自恢复后的密钥明文主要存储在恢复密钥区，且同样划分为N块；在使用密钥明文时，首先从原始密钥区开始读取并校验MAC值，若校验失败，则代表此密钥损坏或丢失，依次往下查询并校验。若查询到的校验密钥对应的密钥明文校验通过，则将此密钥明文与MAC值一起存放在校验失败的原始密钥区，对冗余存储模块存储的损坏的密钥明文做自恢复，若一条密钥明文在冗余存储模块的N块备份中均损坏，则放弃从该原始密钥区获取此密钥，并将偏移地址改为恢复密钥区，按照从原始密钥区获取密钥方式依次查询，若查询到的校验密钥对应的密钥明文校验通过，则将此密钥与MAC值一起存放在原始密钥区和校验失败的恢复密钥区，如果均校验失败，则进行报错。

优选的，一次性存储模块只有一次写入密钥的机会，一旦写入密钥校验密钥后，则不可以进行更改；一次性存储模块可以采用Efuse（“熔丝(FUSE)”熔断）一次性可编程存储器；密钥校验密钥只用来校验密钥明文，各密码设备中密钥校验密钥互不相同；密钥校验密钥可以为任意32字节的随机数。

优选的，在需要使用索引为k的密钥明文时，首先读取第1块密钥块的密钥明文及MAC值，使用密钥校验密钥计算上述索引为k的密钥明文的MAC值，与读取的MAC值进行校验比对，若校验成功，则返回并使用此密钥明文，若校验失败，则继续查询第i块密钥块(i=1、2、3……N)，如此依次查询，索引为（i-1）*n+k，n代表每块密钥块包含的密钥明文数量为n，k代表要获取的第k个密钥明文。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法及系统，提出密钥校验密钥的概念，通过一次性存储模块、冗余存储以及纠错自恢复三个模块，实现密钥的自校验、自纠错以及自恢复功能，从而保证密码设备中密钥的正确性。本发明校验方式包含但不限于对称算法的MAC计算或杂凑算法的HMAC等其他方式，密钥存储不限于明文存储或采用其他密钥加密后的密文存储方式，因此本发明的方法和系统适应性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的密钥存储分布示例示意图；

图2附图为本发明提供的密钥管理方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法及系统，图1为密钥存储分布示例，以对称算法的MAC计算为例。

密钥存储区分为原始密钥区和恢复密钥区，每个密钥区又被分为N块。在首次存储密钥时，主要存放在原始密钥区，且每条密钥写N份。每条密钥按照如图所示进行存储，密钥明文后存放4字节MAC值，密钥可以为对称密钥、SM2密钥、RSA密钥等，共存储n条不同的密钥（同类型）。恢复密钥区为备份密钥存放区，如在原始密钥区读取密钥时校验不通过，则依次查询至校验通过，并将正确的密钥及MAC值写入校验失败的原始密钥区。对于原始密钥区，若原始密钥区中同一条密钥的N个备份全部查询完毕且均没有校验通过，则将该密钥读取的偏移地址转移至恢复密钥区，重复上述校验过程，并将校验成功的密钥复制至原始密钥区，实现恢复。

图2为密钥管理的方法及系统流程图。具体流程如下：

S1：从Efuse中获取MAC计算密钥及IV值，计算待存储密钥的MAC值；

S2：进入冗余存储模块，将S1中的待存储密钥及MAC值存入原始密钥区和恢复密钥区，且备份N块相同密钥；

S3：根据密钥索引获取第一块的密钥及MAC值，校验MAC值，若校验成功，则读取正确密钥，否则，继续执行S4；

S4：查询原始密钥区剩余密钥块，如果校验成功，则将校验成功的密钥及MAC值写入校验失败密钥区，实现纠错自恢复功能；如果均未成功，偏移地址改为恢复密钥区；

S5：从恢复密钥区的第一块开始索引其存储的密钥及MAC值，并进行校验，若校验成功，则读取正确密钥，并将校验成功的密钥及MAC值写入原始密钥区和恢复密钥区校验失败密钥区；若均未成功，则进行报错。

实施例

本发明的一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法及系统，包括一次性存储模块、冗余存储模块以及纠错自恢复模块。假设待存储密钥为n条，取任意密钥索引为i，BLOCK[i](i=1、2……n)标记第i条密钥从原始密钥区的哪一块取出，其值为1至N，默认为1。FLAG[i] (i=1、2……n)标记第i条密钥是否为从原始密钥区获取还是从恢复密钥区获取，0代表原始密钥区，1代表恢复密钥区，默认为0。设置以上两个标志变量，是为了更大化地利用所有备份的密钥，具体实施方案如下：

S1：从Efuse存储模块获取MAC计算密钥及IV；

S2：存储索引为i的密钥，使用MAC计算密钥及IV计算MAC，将密钥及MAC值一起存储在原始密钥区，共存N份；

S3：读取索引为i的密钥时，首先从第一块密钥区读取密钥及MAC值，利用MAC计算密钥及IV计算MAC值，并与读取的MAC值比较，相等则返回密钥，否则，启动纠错自恢复模块，继续执行S4；

S4：继续查询原始密钥区剩余部分，直至MAC校验成功，返回正确的密钥值，假设此时为第m块密钥区，则BLOCK[i]=m，将校验成功的密钥和MAC值存入校验失败密钥区，此时FLAG[i]=0；

S5：再次使用i索引密钥时，不需再次查询已损坏区域，根据公式(BLOCK[i]-1)*n+i计算出密钥的绝对索引，直接读取原始密钥区当前密钥区的密钥并校验；

S6：存在一种情况，即对于一条密钥，原始密钥区所有备份的密钥均损坏，则设置FLAG[i]=1，意味着获取此密钥的偏移地址转移至恢复密钥区；假设恢复密钥区的地址为addr，FLAG[i]*addr即代表第i条密钥的偏移地址，FLAG[i]=0时代表从原始密钥区获取，FLAG[i]=1则代表从恢复密钥区获取。

需要说明的是对于原始密钥区，可能有一部分密钥的所有N个备份都损坏，但也有一部分密钥可能全部储存完好，这样恢复密钥区可能就不存在此种密钥，简单丢弃原始密钥区所有密钥会导致部分密钥丢失。因此，为达到纠错自恢复功能，如上所述设置了BLOCK[i]和FLAG[i]两个变量，既节省了查询校验密钥时间，又能将错误密钥恢复。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：从一次性存储模块中读取密钥校验密钥，并对待存储的密钥明文进行校验计算，获得校验值；

步骤2：将校验值编写至密钥明文后面，获得校验密钥，并备份为2N份分别保存至密码设备的密钥存储区的密钥块内；

密钥存储区分为原始密钥区和恢复密钥区，每个密钥区被分为N块密钥块；

步骤3：根据密钥索引查询原始密钥区的第一块密钥块内的校验密钥，并读取其对应的密钥明文和校验值；

步骤4：利用密钥校验密钥计算读取的密钥明文的校验值，并与读取的校验值进行对比，如果相同则校验成功，并输出密钥明文，如果当前原始密钥区的密钥块不是第一块密钥块，则将当前原始密钥区的密钥块的校验密钥复制至之前的原始密钥区的所有密钥块进行备份存储；否则，校验失败，执行步骤5；

步骤5：查询原始密钥区的下一块密钥块内的校验密钥，并读取其对应的密钥明文和校验值，返回步骤4，直至查询完所有密钥块，如果所有密钥块均校验失败，则将偏移地址修改为恢复密钥区；

从恢复密钥区的第一密钥块中查询校验密钥，读取其对应的密钥明文和校验值，并采用密钥校验密钥计算当前读取密钥明文的校验值，并与读取的校验值进行对比，若相同则校验成功返回当前密钥明文，并将当前校验密钥复制至所述原始密钥区的所有密钥块内；否则依次检索恢复密钥区的下一块密钥块的校验密钥，直至所有密钥块查询完毕，如果存在校验成功的校验密钥，则将其复制至所有校验失败的密钥块中，否则进行报错。

2.根据权利要求1所述的一种密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法，其特征在于，密钥校验密钥作为校验计算密钥和IV值。

3.一种根据权利要求1-2任一项所述的密钥自校验、自纠错、自恢复的管理方法的管理系统，其特征在于，包括一次性存储模块、冗余存储模块和纠错自恢复模块；

一次性存储模块，一次性写入密钥校验密钥并保存；

冗余存储模块，存储密钥明文并备份为若干份；存入密钥明文时，调取密钥校验密钥对密钥明文进行校验计算，获得校验值，并将校验值存储至密钥明文后面，生成校验密钥；

纠错自恢复模块，调取一次性存储模块的密钥校验密钥，根据密钥索引对存储的校验密钥进行查询校验，输出校验成功的校验密钥对应的密钥明文，并利用校验成功的校验密钥更新校验失败的校验密钥。

4.根据权利要求3所述的一种管理系统，其特征在于，冗余存储模块将校验密钥存储至密码设备的密钥存储区，密钥存储区包括原始密钥区和恢复密钥区；所述原始密钥区和所述恢复密钥区划分为N块密钥块，冗余存储模块复制2N份校验密钥分别存储至每块密钥块。

5.根据权利要求4所述的一种管理系统，其特征在于，查询索引为k的密钥明文时，纠错自恢复模块从原始密钥区的第一块密钥块中开始查询校验密钥，读取其对应的密钥明文和校验值，并采用密钥校验密钥计算当前读取密钥明文的校验值，并与读取的校验值进行对比，若相同则校验成功返回当前密钥明文，

否则，依次检索下一块密钥块的校验密钥，若校验成功，则将校验成功的校验密钥复制至校验失败的原始密钥区的密钥块内，如果原始密钥区的所有密钥块全部校验失败，则将偏移地址修改为恢复密钥区；

从恢复密钥区的第一密钥块中查询校验密钥，读取其对应的密钥明文和校验值，并采用密钥校验密钥计算当前读取密钥明文的校验值，并与读取的校验值进行对比，若相同则校验成功返回当前密钥明文，并将当前校验密钥复制至所述原始密钥区的所有密钥块内；否则依次检索恢复密钥区的下一块密钥块的校验密钥，直至所有密钥块查询完毕，如果存在校验成功的校验密钥，则将其复制至所有校验失败的密钥块中，否则进行报错。

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