CN102185694A - 基于指纹信息的电子文件加密的方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于指纹信息的电子文件加解密的方法及其系统，其包括通过指纹传感器输入用户的指纹并生成全球唯一的指纹信息号，然后将指纹信息号变换成加密算法中对应的加密密钥，并根据加密密钥对电子文件采用对称密码运算，生成密文电子文件。本发明采用指纹特征的唯一性、不可替代性保证了安全信息的长期有效性，避免口令和密钥遗忘、被盗、被破解的现象，同时操作简单并实用。

Description

基于指纹信息的电子文件加密的方法及其系统

技术领域

本发明涉及一种电子文件加密的方法及其系统，特指用一种基于指纹信息的电子文件加密的方法及其系统。

背景技术

计算机密码学是研究计算机信息加密、解密及其变换的科学，是数学和计算机的交义学科，也是一门新兴的学科。随着计算机网络安全和计算机通讯技术的发展，计算机密码学得到前所未有的重视并迅速普及和发展起来，并在计算机的文件加密中得到广泛的应用。

(1)数据保密安全基本原理

计算机系统中存储的数据信息及其在网络信道中传输的数据信息的安全问题，主要是数据信息的保密性，即防止非法地获悉数据；二是数据的完整性，即防止非法地修改数据。

解决上述问题的基础是现代密码学。现代密码学所采用的加密方法通常是用一定的数学计算操作来改变原始信息。用某种方法伪装消息并隐藏它的内容，称作加密(Encryption)。待加密的消息称作明文(Plaintext)，所有明文的集合称为明文空间；被加密以后的消息称为密文(Ciphertext)，所有密文的集合称为密文空间。而把密文转变成明文的过程，称为解密(Decryption)。其中，加解密运算是由一个算法类组成的，这些算法的不同运算可用不同的参数表示，这些参数称作密钥，密钥空间是所有密钥的集合。因此，一个密码系统包含明文空间、密文空间、密钥空间和算法及其密钥。简单加密和解密过程如图1所示。

从图中可以看出，密码系统的两个基本单元是算法和密钥。其中，算法是相对稳定的，视为常量；密钥则是不固定的，视为变量。密钥安全性是密码系统安全的关键。为了密码系统的安全，频繁更换密钥是必要的；在密钥的分发和存储时，应当特别小心。发送方用加密密钥，通过加密算法或设备，将信息加密后发送出去。接收方在收到密文后，用解密密钥通过解密算法将密文解密，恢复为明文。如果传输中有人窃取，他只能得到无法理解的密文，从而对信息起到保密作用。

(2)数据加密技术

在密码系统中，算法与相应的密钥构成一个密码体制。根据密钥的特点，密码体制分为对称密钥密码体制与公钥密码体制。其中，对称密钥密码体制也称为私钥密码体制或单密钥密码体制。在对称密钥密码体制中，加密密钥与解密密钥是相同的或从一个容易推出另一个。公钥密码体制也称为非对称密钥密码体制或双密钥密码体制。在公钥密码体制中，加密密钥与解密密钥是不同的或从一个很难推出另一个。

根据加密的不同方式，对称密钥密码可分为分组密码(Block Cipher)和流密码(Stream Cipher)。其中，分组密码将明文按一定的位长分组，输出也是固定长度的密文。明文组经过加密运算得到密文分组。解密时密文分组经过解密运算还原成明文分组。分组密码的优点是密钥可以在一定时间内固定，不必每次变换，因此给密钥配发带来了方便。DES(Data EncryptionStandard)密码是1977年由美国国家标准局公布的第一个分组密码。目前，国际上公开的分组密码算法有100多种，比如，Lucifer、IDEA(InternationalData Encryption Algorithm)、SAFER等，以及2000年2月制定和评估的高级数据加密标准AES(Advanced Encryption Standard)。对这些算法感兴趣的读者可在Schneier的Applied Cryptography：Protocals，Algorithms，and Source Code in C一书和会议论文集Fast Software Encryption中找到它们的详细讨论。

流密码又称序列密码，它将明文信息按单个字符(一般为二进制位bit为单位)一个一个地进行加密运算产生密文。在流密码中，通常使用称为密钥流的一个位序列作为密钥对明文逐位应用“异或”运算。有些序列密码基于一种称作线形反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register，LFSR)的机制，该机制生成一个二进制位序列。常用的流密码算法包括RC4、A5、软件优化加密算法(Software Optimized Encryption Algorithm，SEAL)、SNOW2.0、WAKE和PKZIP等算法。与分组密码相比，序列密码具有更快速度。

在对称密钥密码体制中，解密密钥与加密密钥相同或容易从加密密钥导出，加密密钥的暴露会使系统变得不安全，因此使用对称密钥密码体制在传送任何密文之前，发送者和接收者必须使用一个安全信道预先通信传输密钥，称为安全密钥交换，这在实际通信中做到这一点很困难。公钥密码体制能很好地解决对称密钥密码体制中的安全性问题。在公钥密码中，解密密钥和加密密钥不同，从一个难于推出另一个，解密和加密是可分离的，加密密钥是可以公开的。公钥密码系统的观点是由Diffie和Hellman在1976年首次提出的，称为Diffie-Hellman算法，它使密码学发生了一场革命。1977年由Rivest，Shamir和Adleman提出了第一个比较完善的公钥密码算法，这就是著名的RSA算法。自那时起，人们基于不同的计算问题，提出了大量的公钥密码算法，代表性的算法有DSA算法、Merke-Hellman背包算法和椭圆曲线算法等。

(3)基于口令的文件加密技术

在密码技术中，对称加密可以运用在许多领域中，它比非对称加密要快，主要适合于大量数据转换的情况，如文件加密。在对称加密中，加密和解密都使用相同的密钥，因此对称加密的密钥本身也要秘密保存。在基于口令的加密策略中，密钥就是口令。基于口令的加密使用一个口令对密钥进行加密，用户自己掌握密钥会比采用其它物理媒介更为安全，其工作过程如图2所示。从图2可以看出，基于口令的文件加密使用的是杂凑加密和对称加密的组合。口令由消息摘要算法进行杂凑，杂凑的结果为对称加密算法构造一个密钥。其中，导出密钥模块应用一个散列函数导出密钥，散列函数可以是MD2、MD5或SHA-1。

在文件解密中，用和加密操作一样的密钥导出函数应用于口令产生导出密钥。然后，在导出密钥作用下，用和加密操作一样的基本块密码算法解密密文文件，以恢复出明文文件，如图3所示。

然而采用口令加密的方式，但是这种方式存在容易忘记、被别人窃取等很难弥补的缺陷，安全性无法令人满意。因此，常规的基于口令的身份认证和加密方式存在诸多问题而越来越满足不了某些敏感场合的特殊要求。随着近年来开始逐渐成熟的生物特征识别技术的发展，将其应用在信息安全上，利用生物特征的惟一性、稳定性等特点与加密算法融合，为网络信息安全提供保障。将指纹生物特征技术和加密机制有机地结合在一起，可以利用指纹生物特征的唯一性、不可替代性保证信息安全的长期有效、彻底杜绝密码和密钥遗忘、被盗、被破解的现象。

综上所述，目前电子文件的机密性保护目前主要通过以下两种方法来处理：(1)口令加密方法；(2)指纹认证访问控制方法(其原理详见中国授权公告号第100520671专利)。然而上述两种方法均存在问题：第一种方法，采用传统的口令进行文件加密有明显的缺点，首先密码可能会忘记；其次密码输入的安全性不好；再者管理麻烦；最后没有唯一性，一个密码可以被任何人使用，没有一对一关系，不能对使用者的行为进行记录。而第二种方法虽基于指纹认证技术和指纹-密钥机制进行文件的加解密。这种方法的缺点是：首先需要进行指纹注册，即要把指纹信息事先存储到指纹数据库中，因此该方法的指纹信息本质上只是用于对操作用户的身份验证。其次该方法需要建立指纹-密钥信息库，攻击者可以通过获取指纹-密钥库中的信息直接获取文件的解密密钥，并对文件进行解密操作。这样，就可以绕过对文件解密时的身份验证。因此，上述两种方法均存在安全性问题。

发明内容

本发明的目的针对电子存储介质中的静态电子文件信息的保密性问题而提供了一种对基于指纹技术的文件加密的方法。

为达到上述目的，本发明采用一技术方案：一种基于指纹信息的电子文件加密的方法，其加密步骤包括：

S1选择需要加密的明文电子文件；

S2选择加密算法；

S3通过指纹传感器输入用户的指纹；

S4计算机通过所输入的指纹来提取指纹特征；

S5计算机根据指纹特征生成全球唯一的指纹信息号；

S6将全球唯一的指纹信息号变换成符合步骤S2中所选择的加密算法中对应的加密密钥；

S7根据加密密钥对明文电子文件采用对称密码运算，生成密文电子文件。

同时，本发明还采用另一技术方案：一种基于指纹信息的电子文件加密的系统，其包括：其包括指纹输入模块、加密模块、解密模块、以及控制上述模块的中央处理单元，其中加密模块包括加密算法单元、加密指纹识别单元、加密变换单元、加密密钥，而解密模块包括解密算法单元、解密指纹识别单元、解密变换单元、解密密钥、验证单元。

本发明优点是：

本发明提出的方法及系统能实现对静态存储的电子文件的加密保护，解决了对静态存储的明文电子文件的保密性问题，本发明利用较成熟的指纹技术，设计了指纹加密电子文件的方案，将指纹信息作为对称文件加密算法的密钥，采用指纹特征的唯一性、不可替代性保证了安全信息的长期有效性，避免口令和密钥遗忘、被盗、被破解的现象，同时操作简单并实用。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为一现有的电子文件加解密的功能方块图。

图2为另一现有的电子文件加密的功能方块图。

图3为图2的解密的功能方块图。

图4为本发明的电子文件加密方法的流程图。

图5为本发明的电子文件解密方法的流程图。

图6为本发明的电子文件加密系统的功能方块图。

图7为本发明的电子文件加密系统中的加解密模块的功能方块图。

具体实施方式

实施例：参照图4-5所示，本发明提供了一种基于指纹信息的电子文件加密的方法的实施例，其中电子文件加解密的方法包括电子文件加密流程和电子文件解密流程。

1.电子文件加密流程

由图4所示，在本流程中电子文件为明文文件，其加密步骤具体如下：

S1选择需要加密的明文电子文件；

S2选择加密算法，其中加密算法至少包括以下四种之一：DES(数据加密标准，Data Encryption Standard)、3DES(三重数据加密标准，TripleData Encryption Standard)、AES(高级加密标准，Advanced EncryptionStandard)、IDEA(International Data Encryption Algorithm)；

S3通过指纹传感器输入用户的指纹；

S4计算机通过所输入的指纹来提取指纹特征；

S5计算机根据指纹特征生成全球唯一的指纹信息号GFID(GlobalFinger IDentifier)；

S6将全球唯一的指纹信息号变换成符合步骤S2中所选择的加密算法中对应的加密密钥，例如，采用散列函数MD5(信息摘要算法5，MessageDigest Algorithm 5)或SHA1(安全哈希算法1，Secure Hash Algorithm 1)进行变换，但不限于此；

S7根据加密密钥对明文电子文件采用对称密码运算，生成密文电子文件；其中在进行加密运算时，需要借助来自步骤S1的明文文件信息；

S8计算机对明文文件进行不同的处理：删除明文电子文件或者将明文电子文件予以保留。如果用户选择了删除明文电子文件，则计算机将彻底删除存储体中的明文电子文件数据内容，例如将明文电子文件数据区所在的存储单元用“00”数据填充，但不限于此。

2.电子文件解密流程

由图5所示，在本流程中电子文件为密文文件，其解密步骤具体如下：

S9用户选择密文电子文件；

S10用户通过指纹传感器输入指纹；

S11计算机提取指纹特征；

S12计算机根据指纹特征生成全球唯一的指纹信息号GFID；

S13计算机自动将全球唯一的指纹信息号GFID变换成符合解密算法在解密运算中所需的解密密钥，例如，采用散列函数MD5或SHA1进行变换，但不限于此；其中变换时需要借助步骤S9中的密文电子文件信息；

S14计算机根据解密密钥自动选择对称解密算法，解密算法至少包括DES、3DES、AES、IDEA四种算法之一；其中在自动选择正确的解密算法时需要借助步骤S9中的密文电子文件信息来判断；

S15判断用户输入的指纹是否正确，如正确，则解密的电子文件就是明文文件，否则解密的电子文件就是乱码文件。

同时，如图6-7，本发明根据上述加密方法提供了一种基于指纹信息的电子文件加密的系统，其包括指纹输入模块、加密模块、解密模块、以及控制上述模块的中央处理单元(未图示)。其中指纹输入模块用于输入用户的指纹，中央处理单元为计算机中的CPU或单片机。

加密模块用于对明文电子文件进行加密，其包括加密算法单元、加密指纹识别单元、加密变换单元、加密密钥。加密算法单元至少包括DES、3DES、AES、IDEA四种算法之一，加密指纹识别单元通过所提取的指纹特征生成全球唯一的指纹信息号GFID。加密变换单元采用散列函数，例如MD5或SHA1对指纹信息号进行变换而输出一加密密钥。

解密模块用于对密文电子文件进行解密，其包括解密算法单元、解密指纹识别单元、解密变换单元、解密密钥、验证单元。解密算法单元至少包括DES、3DES、AES、IDEA四种算法之一，解密指纹识别单元通过所提取的指纹特征生成全球唯一的指纹信息号GFID。解密变换单元采用散列函数，例如MD5或SHA1对指纹信息号进行变换而输出一解密密钥，而验证单元用于验证加密密钥和解密密钥是否一致。

本发明中基于指纹的加解密密钥值是由指纹特征值和哈希算法来决定，而且在电子文件加密过程中，根据用户选择的不同加密算法产生不同的加密密钥值，同时在电子文件解密过程中，又能根据密文文件自动选择适当的解密算法，并产生对应的解密密钥值。另外在电子文件加解密所需的密钥是在加解密操作过程中动态产生，也不需要将密钥放入到密钥池中，更不需要将密钥存储在任何的存储介质中，由此避免因存储介质而导致密钥安全或丢失等问题。不需要事先产生并存储加解密的密钥，从而避免了加解密密钥自身存储的安全性问题。而且在电子文件的加密过程中，用户还可以选择是否彻底删除明文电子文件，以避免加密电子文件后，明文电子文件仍然保留在存储介质中而带来的保密性问题。本发明更为关键的是，在对电子文件进行指纹加解密之前，不需预先对指纹进行注册，使操作更加简单方便。

本发明将指纹特征信息和加密机制有机地结合在一起，提供一种更加安全、便捷的文件加密管理系统，采用指纹特征的唯一性、不可替代性保证了安全信息的长期有效性，避免口令和密钥遗忘、被盗、被破解的现象，同时操作简单并实用。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于指纹信息的电子文件加密的方法，其特征在于：其加密步骤包括：

S1选择需要加密的明文电子文件；

S2选择加密算法；

S3通过指纹传感器输入用户的指纹；

S4计算机通过所输入的指纹来提取指纹特征；

S5计算机根据指纹特征生成全球唯一的指纹信息号；

S6将全球唯一的指纹信息号变换成符合步骤S2中所选择的加密算法中对应的加密密钥；

S7根据加密密钥对明文电子文件采用对称密码运算，生成密文电子文件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S2中的加密算法至少包括DES、3DES、AES或IDEA中的任意一种。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S6采用散列函数MD5或SHA1进行变换。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：其进一步包括步骤S8：计算机对明文文件进行不同的处理，删除明文电子文件或者将明文电子文件予以保留。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的方法，其特征在于：其解密步骤包括：

S9选择密文电子文件；

S10通过指纹传感器输入指纹；

S11计算机提取指纹特征；

S12计算机根据指纹特征生成全球唯一的指纹信息号；

S13计算机自动将全球唯一的指纹信息号变换成符合解密算法在解密运算中所需的解密密钥；

S14计算机根据解密密钥自动选择对称解密算法，并产生解密的电子文件；

S15判断用户输入的指纹是否正确，如正确，则解密的电子文件就是明文文件，否则解密的电子文件就是乱码文件。

6.一种基于指纹信息的电子文件加密的系统，其特征在于其包括：其包括指纹输入模块、加密模块、解密模块、以及控制上述模块的中央处理单元，其中加密模块包括加密算法单元、加密指纹识别单元、加密变换单元、加密密钥，而解密模块包括解密算法单元、解密指纹识别单元、解密变换单元、解密密钥、验证单元。

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