CN103312494A - 数据分散存储方法、数据还原方法及数据卡 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据分散存储方法、数据还原方法及具有数据分散存储及交叉还原功能的数据卡。根据本发明的技术方案，能够按照预定规则将原始数据分散存储到多张数据卡中，使得每张数据卡按照其卡序号索引自动存储了对应的部分数据，并以交叉方式存储了其他数据卡中的部分数据，使得仅通过任意超过半数的数据卡就能还原所有数据卡中存储的原始数据，在确保数据安全存储的同时实现了数据还原的高效、方便、快捷。

Description

数据分散存储方法、数据还原方法及数据卡

技术领域

本发明涉及一种数据分散存储方法及还原方法，以及能够实现所述方法的数据卡。

背景技术

当前，密钥管理系统通常采用多个数据卡分别存储密钥码单的部分密钥数据，有管理权限的领导分别持有一个数据卡，即所谓的领导卡或密钥卡，还原密钥时，则要求所有的领导卡共同参与，分别提高各自保存的部分密钥数据，才能还原出完整的密钥码单。这种密钥管理系统通过使密钥码单(通常较长)分散保存在多个人手中，减少了密钥泄密的可能性，能够有效保证了系统的安全性。

但是，这种密钥管理方式存在的一个严重问题是，必须所有的数据卡全部参与才能还原密钥数据。当个别数据卡持有人因故迟到甚至缺席时，即使其他所有的数据卡到齐也不能还原密钥，导致系统不能按时启动，结果严重影响正常工作，甚至造成重大损失。

另一方面，在某些情况下，密钥管理系统根据具体应用需要可以设定为不需要所有的数据卡参与，即只需要超过一定比例的数据卡参与就能还原密钥。

因此，有必要开发出一种新的密钥管理系统和方法，能够将密钥码单分散存储在多个数据卡中，而只需要超过一定比例的数据卡就能还原出原始的密钥码单，从而解决在特殊情况下部分数据卡缺席导致密钥无法正常还原的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种数据分散存储方法、数据还原方法及能够执行数据分散存储和数据还原的数据卡，能够将原始数据分散存储到多张数据卡中，使得超过预定数量的数据卡就能还原所有数据卡中分散存储的原始数据。

根据本发明的一个方面，提供一种数据分散存储方法，包括：步骤S101，第一次数据划分，将原始数据划分为m个组，m为大于或等于3的整数；步骤S102，第一次数据分散存储，将m个组的数据分散存储到m张数据卡中；步骤S103，第二次数据划分，将每张数据卡中存储的数据划分为(m-1)*n个小组，其中n为大于或等于m的半数的整数；步骤S104，第二次数据分散存储，将每张数据卡中划分后形成的(m-1)*n个小组分散存储到其它(m-1)个卡内，每张数据卡内存储n个小组，使得m张数据卡中的任意n张数据卡的数据组合能够恢复每张数据卡在第一次数据分散存储中存储的数据。

其中，所述数据划分是按照数据的排列顺序划分，所述数据分散存储是将经划分形成的组或小组分别存储到对应的数据卡中。所述(m-1)*n个小组中的每个小组附带有表示该小组在原始数据中的位置的位置索引。

其中，在执行步骤S104的第二次数据分散存储之后，每张数据卡内仍然存储第一次数据分散存储的数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种数据还原方法，用于对根据前述方法执行了数据分散存储的数据卡执行数据还原，包括：步骤S201，数据导入，将m张数据卡中任意n张数据卡中的数据导入到其中1张数据卡内；步骤S202，数据还原，基于所述1张数据卡中的数据还原原始数据。

可选的，还包括数据导出的步骤S203，将所述还原的原始数据导出到外部设备。

其中，根据数据卡中的各个小组的位置索引恢复每个小组在原始数据中的排序，从而还原生成原始数据。

根据本发明的另一方面，提供了一种数据卡，第一预定数量的这种数据卡能够分散存储原始数据，使得任意第二预定数量的这种数据卡能够还原所述原始数据，该数据卡包括：导入单元，用于从外部设备导入数据；存储单元，用于存储数据；数据分散单元，用于按照预定规则对初始存储的数据执行数据分散；数据还原单元，用于基于第二预定数量的数据卡中的数据还原生成原始数据；导出单元，用于将数据卡中的数据导出到外部设备；其中，所述第二预定数量为大于或等于第一预定数量的半数的整数。

其中，每张数据卡内存储了该数据卡初始存储的数据，以及其他所有数据卡中的部分数据。

其中，所述预定规则是将数据卡中初始存储的数据划分成(m-1)*n个小组，其中，m为大于或等于3的整数，表示所述第一预定数量，n表示所述第二预定数量。

其中，所述数据卡将其初始存储的(m-1)*n个小组分别导出到其他(m-1)张数据卡中，每张其他的数据卡中存储其中的n个小组。

其中，所述(m-1)*n个小组中的每个小组附带有表示该小组在原始数据中的位置的位置索引。

所述数据还原单元根据数据卡中的各个小组的位置索引恢复每个小组在原始数据中的排序，从而还原生成原始数据。

优选的，所述导入单元和导出单元对数据的导入导出进行加密，加密方式包括对称加密机制或非对称加密机制。

所述外部设备包括数据存储设备、读写卡器或其他数据卡。

如上所述，根据本发明的技术方案，可以将密钥数据分散存储在多个数据卡中，每张数据卡存放各自密钥因子的同时也存放着其他数据卡中密钥因子部分片段。当发生意外情况需还原密钥因子，持有领导码单卡的领导不能全部到场时，只要过预定数量(例如半数)的持卡领导到场，就可以实现密钥因子的还原。从而解决了在特殊情况下部分码单卡缺席导致码单无法正常还原的缺陷，大大提高密钥管理系统的使用灵活性。

附图说明

图1显示了本发明优选实施例的数据分散存储方法的流程图；

图2显示了本发明优选实施例的数据还原方法的流程图；

图3显示了本发明实施例的数据卡结构示意图；

图4显示了本发明的一个具体示例。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1显示了本发明优选实施例的数据分散存储方法的流程图。

本实施例的数据分散存储方法用于实现数据备份和还原。本实施例中设定数据分组数为m，实现n备份。也即，设定将原始数据按照一定规则分散存储在m张数据卡中，即由m个数据卡持有人分别持有1张数据卡，并且只需要其中任意n张卡就能还原原始数据。

所述分散存储方法包括下述步骤：

步骤S101，第一次数据划分。

本方法需要将原始数据分散存储到m张卡中。因此，首先执行第一次数据划分，即首先将原始数据划分为m组，例如D1、D2......Dm，该m组对应将要分散存储数据的m张卡，每个组中的数据将要存储到其中一张卡中。

本步骤中，m代表领导卡数量，表示有m领导参与密钥管理，因此原始数据分为m份。在本步骤的划分中，可以平均划分，也可以不平均划分。因此，每张卡内分散存储的数据长度(例如字节数)可以相同也可以不同。

步骤S102，第一次数据分散存储。

本步骤执行第一次数据分散存储，将分为m组的数据分别导入到m张卡中，每组数据导入到一张数据卡中，从而实现将原始数据初步分散存储在这m张数据卡中。

现有技术中的数据分散存储方法就到此为止，仅仅是按照简单的规则将数据进行顺序划分，分别存储在不同数据卡中。相应的，也必须要求所有的数据卡参与才能还原出完整的初始数据。但是，本发明的分散存储方法还进一步执行下面的步骤。

步骤S103，第二次数据划分。

本步骤将每组或每张卡中初步存储的数据进一步划分成多个小组。具体来说，将每张卡或每组中的数据划分成(m-1)*n个小组，每个小组附带位置索引。例如，将第一组(对应第1张卡)数据D1分为D_1，1、D_1，2......D_1，(m-1)*n这(m-1)*n个小组；将第二组数据(对应第2张卡)D2分为D_2，1、D_2，2......D_2，(m-1)*n个小组，以此类推，例如第k组数据(对应第k张卡)Dk(1≤k≤m)划分为D_k，1、D_k，2......D_k，(m-1)*n，直到m组数据全部划分完毕。

在任一个小组D_k，i，(1≤k≤m，1≤i≤(m-1)*n)中，k表示该小组的组索引号或卡索引号，即该小组来自于第k组(第k张卡)数据Dk，i表示该小组在对应组中的位置，即第k组数据Dk中的第i个小组。这样，每个小组都具有位置索引，该位置索引表示了该小组在原始数据中的位置。

应说明的是，本步骤中对每组中的数据进行第二次划分时，优选的将数据均匀划分为(m-1)*n个小组。但是，也可以不均匀的划分。例如，可以将不同长度的一段字节划分为一个小组，也即，某个小组D_k，i可以是1个字节长度，也可以是多个字节长度。在大组的数据长度不能被(m-1)*n整除的情况下，可以采用不均匀划分方式将不同数量的字节划分到一个小组中。最后的划分结果是(m-1)*n个小组可能具有相同的数据长度，也可能具有不同的数据长度。

还应该说明的是，在本发明涉及的第一次和第二次数据划分中，具体的划分规则的不同(例如均匀划分或不均匀划分)并不影响本发明的实施结果，只要保证两次数据划分之后形成的若干个小组均有对应的位置索引，就能保证最好可以基于这些位置索引还原小组数据在原始数据中的位置。

步骤S104，第二次数据分散存储。

本步骤是将每组中的多个小组进一步分散存储到其他组(或卡)内，同时保留第一次分散存储的数据。

具体来说，将每组数据划分后形成的(m-1)*n个小组分配到其它m-1组内，每组内分配n个小组。例如，将第一组数据D1中划分后形成的(m-1)*n个小组D_1，1、D_1，2......D_1，(m-1)*n分别分配到D2、D3......Dm这m-1个组中，每组中分配n个小组。同时，D1组中仍然存储第一次分散存储的数据D_1，1，D_1，2......D_1，(m-1)*n。结果，经过本步骤的数据分散存储之后，m个组的每一个组中仍然存储其原始的数据，同时存储了其他组分散存储过来的数据。例如，第一组数据D1中存储了其原始的数据D_1，1，D_1，2......D_1，(m-1)*n这(m-1)*n个小组，同时存储了D2-Dk组分散存储过来的数据。

应说明的是，本步骤涉及到的数据分散存储，是基于m卡n备份的分散存储备份原则进行，即任意n张卡的组合就能恢复m张卡中每张卡的数据的原则。具体来说，在按照上述规则将数据分散存储到m张卡中之后，对于m个组的任意一组，例如Dk组，能够保证任意n张卡的组合就能恢复出该Dk组的数据。进一步，也能恢复出所有m个组的数据，并根据小组的位置索引恢复数据的原始位置。对于每张卡数据的分散算法，可以按照数据的顺序排列进行分散，也可按指定的顺序进行分散，只需要保证每挑出n张卡来都能够覆盖全部数据即可。

本步骤中，数据的导入和导出可以通过数据卡内的导入单元和导出单元执行，或者插入到读写卡器执行。

在实际应用中，m组数据对应于m张数据卡，原始数据分散存储在这m张数据卡中，同时每张卡中存储了其他卡分散存储的数据。根据上述步骤，对其他卡中要存储的数据按照上述规则完成分散存储，并根据卡索引号存储相应的其他卡分散的部分数据片段。结果，每张数据卡中除了存储原始分配的数据之外，还存储了其他数据卡分散存储过来的部分数据。

通过上述规则分散存储的数据卡的优点是，只需要其中任意n张数据卡就能还原出原始数据，而不需要所有的m张数据卡全部参与。

应说明的是，上述n的大小可以根据实际需要灵活确定。在一优选实施例中，n确定为超过m的半数的整数，但本发明不限制于此。在另一可选实施例中，n确定为超过m的2/3的整数。

图2显示了本发明优选实施例的数据还原方法的流程图。

本实施例的数据还原方法用于实现数据还原。按照图1所示的数据分散存储方法，根据m卡n备份原则将原始数据分散存储到m张卡中之后，可以只需要其中任意n张卡就能还原原始数据。

所述数据还原方法包括下述步骤：

步骤S201，数据导入。

在m张卡中任意选择n张卡，利用每张卡内的导出单元将这n张卡中的任意(n-1)张卡中的数据导出，然后利用剩余的1张卡内的导入单元将任意(n-1)张卡中的数据导入该剩余的1张卡内，从而完成将n张卡内的数据导入到其中的任意1张卡内。可选的，该过程可以通过读写卡器执行。

步骤S202，数据还原。

通过数据卡内的还原单元执行还原指令，基于上述n张卡内的数据还原原始数据，生成完整的所有m张卡内数据，即D_1，1、D_1，2......D_1，(m-1)*n；D_2，1、D_2，2......D_2，(m-1)*n，......D_k，1、D_k，2......D_k，(m-1)*n。每个小组均附带有位置索引，根据这些位置索引，恢复各个小组在原始数据中的排序，从而还原生成原始数据。

可选的，还可以包括步骤S203，数据导出。

原始数据还原后，可以通过数据卡内的导出单元将原始数据导出到外部设备，例如读卡器或密钥数据输入装置。

图3显示了本发明实施例的数据卡结构示意图。

本实施例的数据卡可用于执行前述实施例的数据分散存储方法和数据还原方法。如图3所示，该数据卡包括下述部分：导入单元1、存储单元2、数据分散单元3、数据还原单元4、导出单元5。

导入单元1用于从外部导入数据。数据卡可以外接到数据存储设备、读写卡器或其他数据卡等外部设备，从外部设备导入全部或部分的数据，导入的数据存储存储单元。导入单元可以导入完整的原始数据，或者从其他数据卡中导入部分的原始数据。

存储单元2用于存储数据。

数据分散单元3用于按照预定规则对所存储的数据执行数据分散。本发明中，就是按照m卡n备份的规则执行图1所述方法的中的步骤S 103。具体的说，就是将存储到某张卡内的数据划分成(m-1)*n个小组，每份附带位置索引，该位置索引表示了该小组在原始数据中的位置。然后，将这些小组分别导出到其他的m-1张卡中，向每张卡导出n个小组，同时仍然存储该(m-1)*n个小组。

每张卡都与其他的m-1张卡执行分散存储，从而实现m张卡彼此之间的交叉存储，使得每张卡在存储了原始分配的数据之外，还存储了其他所有卡中的部分数据。

数据还原单元4用于基于预定数量的数据卡中存储的数据还原生成原始数据。具体来说，数据还原单元4内置有还原指令，可以基于每个小组附带的位置索引对卡内存储的所有小组进行排序，使得每个小组根据其位置索引恢复其在原始数据中的排序。

按照m卡n备份的规则，每张数据卡内都存储了本卡原始分配的数据，以及其他所有卡中的部分数据。当把任意n张卡中的数据导入到其中某一张卡中之后，数据还原单元4就可以将这n张卡中存储的数据执行还原指令，恢复各个小组在原始数据中的排序，从而还原生成原始数据。

导出单元5用于将数据卡中的数据导出到外部设备。

数据卡可以外接到数据存储设备、读写卡器或其他数据卡等外部设备，导出单元5可以将全部或部分的数据导出到外部设备。

本发明中，优选的对数据的导入导出进行加密的，加密方式包括对称加密机制或非对称加密机制。例如在银行业务系统中，优选采用3DES算法或AES算法进行加密。

如上所述，根据本发明的数据卡具有数据分散存储及交叉还原的功能，可以用作密钥管理系统中的领导码单卡，在原始密钥码单采集完成后，使用领导码单卡统一进行码单卡信息的冗余备份，实现密钥因小组的分散存储和交叉还原。在密钥管理系统中密钥因小组存储与还原环节，不同领导码单卡存放各自密钥因子的同时也存放着其他领导码单卡中密钥因子部分片段。当发生意外情况需还原密钥因子，持有领导码单卡的领导不能全部到场时，只要过设定备份数(例如半数)的持卡领导到场，就可以实现密钥因子的还原。在做到数据安全存储的同时实现了数据还原的高效、方便、快捷。

图4显示了本发明的一个具体示例。

该示例以5卡3备份作为示例，即将原始数据(例如密钥因子)分散存储到5张卡中，确保其在任意3张卡就能还原原始数据。

如图3所示，5张卡分别命名为A、B、C、D、E卡。首先将原始数据分为5组，利用读写卡器和卡内的导入单元分别导入存储到该5张卡中，从而完成第一次数据划分和第一次数据分散存储。应注意，该5张卡中各自存储的数据长度可以相同或不同，根据原始数据的长度和具体的划分规则确定。

执行第二次数据划分，将每张卡内的数据划分为(m-1)*n＝(5-1)*3＝12个小组。如图所示，划分后5张领导卡A、B、C、D、E中存储的小组分另为：A1 A2……A12；B1 B2……B12；C1 C2……C12；D1 D2……D12；E1 E2……E12。这样，领导卡对密钥因子依据5卡3备份规则对导入的密钥因子进行分散，分散后每张领导卡内存储的各自的密钥因小组。应注意，这些小组中各自存储的数据长度可以相同或不同，根据原始数据的长度和具体的划分规则确定。例如，小组A1可能是1个字节，而小组A2可能是5个字节。

执行第二次数据分散存储，每张卡对其他卡中要存储的小组(密钥因子片段)依据5卡3备份规则完成分散，并根据卡索引号存储相应的其他卡分散的部分数据片段。如图4所示，从表格中的第二行起，每一列表示本张卡内经分散存储的其他四张卡内的密钥因子片段，以A领导卡为例，本卡应存储的密钥因子A1 A2……A12；对B卡密钥因子分散后存储的部分密钥因子片段为B3 B5 B7 B10 B11 B12；对C卡密钥因子分散后存储的部分密钥因子片段为C2 C4 C7 C8 C9 C12；对D卡密钥因子分散后存储的部分密钥因子片段为D1 D4 D5 D6 D9 D11；对E卡密钥因子分散后存储的部分密钥因子片段E1 E2 E3 E6 E8 E10。结果，每一列表示每张卡要存储的全部数据。例如A卡所属列中表示A卡所要存储的全部数据：A1A2……A12；B3 B5 B7 B10 B11 B12；C2 C4 C7 C8 C9 C12；D1 D4 D5 D6D9 D11；E1 E2 E3 E6 E8 E10。以此类推，其他列表示对应的卡中所要存储的全部数据。

这里，数据分散是基于分散存储备份的原则，即能够保证任意3张卡能够组合出B1-B12的拆分算法，可按照数据的顺序排列进行分散，也可按指定的顺序进行分散，只需要保证每挑出n张卡来，都能够覆盖全部数据即可。

数据(密钥因子)还原时，选择5张卡中任意3张卡，首先通过卡内的导出单元将该卡内存储的所有数据导出，将3张卡中任意2张卡的数据导出并导入到另外1张卡内，通过卡内的数据还原单元在卡内完成数据还原生成原始数据，即完整的所有5张卡内的密钥因小组A1 A2……A12 B1B2……B12 C1 C2……C12 D1 D2……D12 E1 E2……E12。最后，用导出模块将生成的原始数据导出。

如上所述，本发明请求保护一种具有数据分散存储及交叉还原功能的数据卡，以及对应的数据分散存储方法和数据还原方法。根据本发明，可以将原始数据在卡内依据预定的卡片分组数按预定备份规则分散成多份数据片段，数据片段由指定卡序号做索引，在卡内依照卡序号索引自动存储相对应的部分数据片段。在数据还原时，可以交叉的方式与同样保存了其他部分数据片段的指定卡片分组内任意数量的同类数据卡共同将分散数据实现还原。数据的导出和导入优选进行加密。

根据本发明，可以在超过预定数量的领导在场，即预定数量的领导码单卡参与的情况下，即可还原全部的密钥因小组。领导码单卡采用本发明的具有数据分散存储及交叉还原功能的数据卡，实现领导码单卡密钥因小组分散存储。

本发明实现了利用超过预定数量的任意领导码单卡的卡内信息即可获得不在场的领导的码单卡信息，完成密钥生成。从而，在实现数据安全存储的同时实现了数据还原的高效、方便、快捷。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (15)

1.一种数据分散存储方法，包括：

步骤S101，第一次数据划分，将原始数据划分为m个组，m为大于或等于3的整数；

步骤S102，第一次数据分散存储，将m个组的数据分散存储到m张数据卡中；

步骤S103，第二次数据划分，将每张数据卡中存储的数据划分为(m-1)*n个小组，其中n为大于或等于m的半数的整数；

步骤S104，第二次数据分散存储，将每张数据卡中划分后形成的(m-1)*n个小组分散存储到其它(m-1)张数据卡内，每张数据卡内存储n个小组，使得m张数据卡中的任意n张数据卡的数据组合能够恢复每张数据卡在第一次数据分散存储中存储的数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据划分是按照数据的排列顺序划分，所述数据分散存储是将经划分形成的组或小组分别存储到对应的数据卡中。

3.根据权利要求1所述的方法，所述(m-1)*n个小组中的每个小组附带有表示该小组在原始数据中的位置的位置索引。

4.根据权利要求1所述的方法，在执行步骤S104的第二次数据分散存储之后，每张数据卡内仍然存储第一次数据分散存储的数据。

5.一种数据还原方法，用于对根据权利要求1-4中任一项的方法执行了数据分散存储的数据卡执行数据还原，包括：

步骤S201，数据导入，将m张数据卡中任意n张数据卡中的数据导入到其中1张数据卡内；

步骤S202，数据还原，基于所述1张数据卡中的数据还原原始数据。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括数据导出的步骤S203，将所述还原的原始数据导出到外部设备。

7.根据权利要求5所述的方法，根据数据卡中的各个小组的位置索引恢复每个小组在原始数据中的排序，从而还原生成原始数据。

8.一种数据卡，第一预定数量的这种数据卡能够分散存储原始数据，使得任意第二预定数量的这种数据卡能够还原所述原始数据，该数据卡包括：

导入单元，用于从外部设备导入数据；

存储单元，用于存储数据；

数据分散单元，用于按照预定规则对初始存储的数据执行数据分散；

数据还原单元，用于基于第二预定数量的数据卡中的数据还原生成原始数据；

导出单元，用于将数据卡中的数据导出到外部设备；

其中，所述第二预定数量为大于或等于第一预定数量的半数的整数。

9.根据权利要求8所述的数据卡，每张数据卡内存储了该数据卡初始存储的数据，以及其他所有数据卡中的部分数据。

10.根据权利要求9所述的数据卡，所述预定规则是将数据卡中初始存储的数据划分成(m-1)*n个小组，其中，m为大于或等于3的整数，表示所述第一预定数量，n表示所述第二预定数量。

11.根据权利要求10所述的数据卡，所述数据卡将其初始存储的(m-1)*n个小组分别导出到其他(m-1)张数据卡中，每张其他的数据卡中存储其中的n个小组。

12.根据权利要求10所述的数据卡，所述(m-1)*n个小组中的每个小组附带有表示该小组在原始数据中的位置的位置索引。

13.根据权利要求8所述的数据卡，所述数据还原单元根据数据卡中的各个小组的位置索引恢复每个小组在原始数据中的排序，从而还原生成原始数据。

14.根据权利要求8所述的数据卡，所述导入单元和导出单元对数据的导入导出进行加密，加密方式包括对称加密机制或非对称加密机制。

15.根据权利要求8-14中任一项所述的数据卡，所述外部设备包括数据存储设备、读写卡器或其他数据卡。

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