CN101847184A - 采用加密沙箱的文件加密方法 - Google Patents

Abstract

采用加密沙箱的文件加密方法，借鉴了沙箱原理。文件打开时，把文件复制并重定向到一个虚拟磁盘中，所有编辑操作都在该虚拟磁盘进行；文件关闭时(或每隔一段时间)把文件加密复制，覆盖原始文件以达到加密的效果。虚拟磁盘内保存的都是临时文件，可以删除而不对系统造成影响，就如同一个沙箱。使用该方法，可以提高加解密的稳定性，简化策略设置。

Description

采用加密沙箱的文件加密方法

技术领域

采用加密沙箱的文件加密方法涉及文件加解密技术，尤其是如何保证加解密的稳定性以及简化策略设置。

背景技术

加密计算机上的文件是防止数据泄露的有效手段。目前常用的加密方法是透明加密，具有不改变用户操作习惯，无需用户干预等优点。为进一步保障信息安全，各加密方案大都采用文件进程相关的方式，即可设置指定进程只对特定后缀的文件加密，其他文件则不加密。这大大提高了加解密的灵活性，但也不可避免的造成一些问题。

首先，操作系统有缓存机制，当一个进程打开某文件后，操作系统会把文件内容缓存在内存中；如果另一进程再次打开同一文件，则直接从缓存返回数据。缓存中的数据都是明文的，这使得未授权的进程也有取得明文数据的可能。例如设置Word对doc加密，则应该只有Word进程能明文打开doc文件。但如果先用Word打开doc，马上用Wordpad打开，则Wordpad有可能直接从缓存取得明文数据，造成了泄密的可能。

为解决这个问题，必须实现相关的清缓存机制，并在合适的时机调用。如果时机不合适，不仅可能造成泄密，还可能造成文件损坏。这是一个较难处理的问题，使得现有的加密方案难以稳定。

另外一个问题是策略设置复杂。例如当设置Word对doc加密后，必须同时设置Word对tmp加密才能正常运行，否则保存时会出错。这是因为Word在保存时是先创建tmp，再重命名为doc文件。也就是说必须对各软件的重命名关系进行分析才能得到正确的策略。对于该问题，一般会预先对常用软件进行分析，提供一些可用的策略模板；而对于不常用的软件，则只能人为分析。这使得软件的通用性大大降低。

更严重的问题是“另存为”操作可能造成泄密。例如设置Word对doc加密后，把doc另存为txt则可以得到明文的txt文件，因为Word对txt没有设置加密。如果设置Word对所有可能的后缀都加密，则会把输入法词库也加密，导致其他进程无法使用输入法。有的方案没有考虑该问题使得加密如同虚设；有的方案则采用限制“另存为”的方法来处理该问题，有一定的效果，但难以全面，且仍存在配置复杂的问题。

发明内容

为了克服目前的透明加密难以稳定且策略设置复杂的问题，本发明提出沙箱加密技术。把所有修改的文件重定向到不加密的虚拟磁盘中进行编辑(虚拟磁盘的数据是加密的，但各进程均可解密，如同不加密)，可直接避免清缓存，另存，重命名带来的各种问题。另外在编辑时定时(并在文件关闭时)把虚拟磁盘内需加密的文件加密拷回原位置，达到加密的效果。

该发明的具体技术方案主要包含以下几个部分：

首先，是虚拟磁盘，可以使用文件虚拟磁盘或内存虚拟磁盘实现。虚拟磁盘上的数据是加密的，但所有程序都可以解密。为了防止泄密，需隐藏该磁盘，使用分配设备名而不关联符号链接(即盘符)的方法，达到应用程序不可访问，但驱动可以访问的效果。磁盘在加载后，自动删除以前的数据。

其次，是透明加密模块，该模块用于根据策略使指定的进程自动对特定文件进行加解密。该模块中无需考虑清缓存问题，容易稳定。

最重要的是重定向模块，用于在打开和关闭时对文件进行处理。在该加密方案中，Word打开A.doc并进行修改保存操作的示意图，如图1。当Word打开文件时，重定向模块将把A.doc复制到虚拟磁盘，透明加密模块会自动判断文件的状态并使之解密。此后虚拟磁盘的文件被打开并被Word编辑。

如果Word编辑过程中Wordpad尝试打开A.doc，根据策略该操作不会被重定向，因此Wordpad可以直接打开硬盘的A.doc；而此时Word编辑的是虚拟磁盘上的A.doc文件，是两个不同的文件，没有任何冲突。这样就避免了需要清缓存的问题，使该方案的稳定性大大增强。

当Word保存A.doc时，会先创建临时的tmp文件，写入数据后再重命名。重定向模块将处理该操作使重命名在虚拟磁盘内进行。虚拟磁盘的文件对Word都是不加密的，因此Word可以正常处理，不会出错。这样就没有传统方案中需要分析重命名关系的问题，提高了通用性。

如果Word尝试把A.doc另存为A.txt，此时的操作示意图，如图2。txt文件会被重定向到虚拟磁盘内创建，无法被其他程序访问；由于没有相应的策略，该文件不会被拷回本地磁盘，下次虚拟磁盘挂载时将自动清理，因此不会造成泄密，解决了“另存为”操作可能泄密的问题。

综上所述，该发明很好的解决了传统加密方案中存在的清缓存不稳定，策略配置负责，“另存为”操作可能泄密的问题，具有如下的优点：

无需进行清缓存处理，容易使方案稳定；

无需对各软件的重命名过程进行分析；

无需对用户操作进行限制也没有泄密风险；

策略配置简单，通用性强。

附图说明

图1Word打开A.doc的示意图

图2Word把A.doc另存为A.txt的示意图

图3各模块关系示意图

图4文件加解密过程示意图

图5文件虚拟磁盘的操作过程示意图

图6加密模块文件打开过程示意图

图7加密模块文件读写过程示意图

图8重定向模块打开文件示意图

图9重定向模块重命名操作示意图

图10重定向模块目录查询操作示意图

具体实施方式

本发明所述的虚拟磁盘系统、重定向模块和透明加密模块都是系统的底层驱动，他们相互之间的关系如图3所示，其中文件加解密过程的示意图，如图4。

1虚拟磁盘系统

虚拟磁盘用于保存重定向后的文件数据，可使用文件虚拟磁盘和内存虚拟磁盘实现。对于文件虚拟磁盘，其操作过程如图5所示。首先必须设置正确的密钥，否则拒绝加载；当创建设备对象后，为了防止应用程序访问，不进一步创建符号链接(即盘符)。设备创建完成后，首先清除原有数据，然后主要对虚拟磁盘读写进行处理即可：写入时根据密钥加密，读取时根据密钥解密。

2透明加密模块

透明加密模块是一个文件微过滤驱动，主要在底层拦截文件打开和读写操作并进行相应的处理。

文件打开过程如图6所示：当文件打开时，首先判断文件的状态，然后根据策略对整个文件加密或解密，再进行后续的处理。

文件读写过程如图7：当拦截到写入操作后，首先判断是否需要加密，根据需要把写入的数据进行加密再写入磁盘；而对于读取操作，则首先从文件读取相应数据，再判断是否需要解密，根据需要解密后返回。

在对打开和读写操作进行了处理后，就可以保证文件始终是加密的，且可以被授权程序正常打开。在这些操作过程中无需考虑清缓存问题，因此逻辑非常简单，有利于保证稳定性。

3重定向模块

重定向模块也是一个文件微过滤驱动，主要负责在打开时对文件进行复制和重定向，在关闭时把文件拷回原位置，同时对重命名和目录查询操作也需要进行处理。

打开文件时，重定向模块的处理如图8。首先判断被打开的文件是否已在虚拟磁盘中，如存在则不处理。然后对于设置了重定向策略的文件，把修改操作重定向到虚拟磁盘中。这里修改操作包含创建，删除，写入数据等。重定向之前需要判断重定向目标是否已存在，不存在则进行复制。在复制过程中透明加密模块会根据策略进行解密。经过该处理，程序打开的都是重定向后的文件，可保证修改操作都在虚拟磁盘中进行，而原始文件则未被打开。

在文件编辑过程中要定时把需加密的文件拷回原始位置，在文件关闭后再拷一次，通过透明加密模块实现加密的效果。由于原始位置的文件未被打开，因此拷贝过程不会有冲突，也没有文件损坏的风险。

重命名的处理较为简单，修改重命名目标，使之重命名到虚拟磁盘内的对应文件即可；当然首先需要判断目标是否已经在虚拟磁盘中，如图9。对于目录重命名，也同样处理。该操作的目的是保证所有中间文件都放在虚拟磁盘中，保证程序正常运行且防止信息泄漏。

目录查询是对重定向和重命名处理的补充，可让应用程序认为文件仍在原位置而不是重定向，否则会出现错误。其逻辑较为简单，把重定向目标目录的文件列表与待查询目录文件列表合并即可，如图10。

上述处理在实现了重定向的同时，可以保证应用程序能够正常运行，通过简单的策略设置，就可以达到加密防泄密的效果。

4策略设置

例如配置Word对doc文件加密，透明加密模块的策略设置为：

Word对所有doc文件加密；

Word对所有虚拟磁盘的文件解密。

重定向模块的策略设置为：

Word对所有编辑操作都重定向；

Word对doc文件的操作拷回原位置。

可以看出策略非常简单且有效：当Word编辑doc文件时，会重定向到虚拟磁盘并解密；由于进行了各种处理，Word可以正常运行；在编辑过程中或文件关闭时，会把doc文件拷回原位置而加密；如果另存为别的文件，则重定向到虚拟磁盘且不会拷回，其他程序无法访问，不会造成泄密。对于其他程序，设置类似的策略就可以保证正常运行。因此该方案很好的解决了传统方案的各种问题。

Claims (6)

1.采用加密沙箱的文件加密方法，借鉴了沙箱原理，特征如下：

一个虚拟磁盘系统，用于存放重定向后的文件；

一个透明加密模块，用于对文件进行加解密；

一个重定向模块，用于实现重定向处理；

简单的重定向和透明加密策略设置。

2.权利1所述的虚拟磁盘系统，其特征是：

可以使用文件虚拟磁盘，也可以是内存虚拟磁盘；

磁盘内的所有数据都是加密的，但所有进程都可以解开；

必须设置正确的密钥才能加载该磁盘；

该虚拟磁盘没有盘符，不能从应用层直接访问；

有数据清理机制，对于内存虚拟磁盘，每次关机后，则数据会消失；对于文件虚拟磁盘，每次加载时自动清理。

3.权利1所述的透明加密模块，其特征是：

以进程为单位，对文件加解密进行控制；

可根据文件路径对进程设置策略，如对特定后缀进行加解密等；

4.权利1所述的重定向模块，其特征是：

以进程为单位，对重定向进行控制；

所有文件重定向的目标都是权力1所述的虚拟磁盘；

只对有修改操作的文件进行重定向，只读访问不处理；

对重命名操作进行处理，相关的重命名都在虚拟磁盘内进行；

可以设置重定向策略，只有特定进程的文件访问才进行重定向；

可根据文件路径设置复制策略，如只有特定后缀的文件才从虚拟磁盘拷贝到本地硬盘，该操作在文件关闭及编辑时进行；

5.权利1所述的重定向策略，其特征是：

为每个需要加密进程在虚拟磁盘上选择重定向目标目录；

对于每个需要加密的进程，都设置文件重定向策略；

对于需要加密的文件，设置文件复制策略；

6.权利1所述的透明加密策略，其特征是：

首先设定本进程需要加密的文件；

对于虚拟磁盘的所有文件，设置解密策略。

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