CN103365766A - 一种文件完整性保护的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种文件完整性保护的方法和系统，系统包括当前文件夹模块、备份文件夹模块、文件更新检测模块和文件完整性检测模块，当前文件夹模块所存储的文件进一步包括文件完整性信息单元和文件信息单元，备份文件夹模块所存储的文件进一步包括文件完整性信息单元和文件信息单元。采用了本发明的技术方案，能够保障系统关键文件的完整性，避免因为文件的损坏导致系统应用程序运行异常，保证用户应用程序所访问文件的可靠性，同时极大提高了整个应用系统的稳定性和安全性。

Description

一种文件完整性保护的方法和系统

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种文件完整性保护的方法和系统。

背景技术

目前嵌入式操作系统在电子信息、通信等行业应用范围日益广泛，众多嵌入式操作系统都提供了对文件系统的支持。操作系统提供对文件系统的支持可以极大简化和方便应用程序的开发，而在实际应用中程序开发人员习惯用各种格式的文件存储程序应用中的关键数据和系统相关应用信息。

在嵌入式操作系统应用中关键文件的损害往往会导致系统某些重要功能无法正常实现，甚至影响到整个系统的正常运行，即使系统尝试多次复位等措施也无法解决，因此在嵌入式操作系统开发应用中确保系统关键文件、关键数据的完整性显得尤为重要。

虽然嵌入式操作系统能够提供对文件系统的支持，但是并没有提供保障机制来确保文件的完整性，在实际应用中无法避免由于一些非法操作和异常访问等原因造成对系统中某些关键文件的破坏，尤其是在某些应用场合中，当系统在对某个重要文件进行写入操作时发生掉电或电源不稳定情况，容易造成对文件的破坏，对系统的应用带来严重的后果。

造成这种情况的主要原因在于，操作系统未提供一种完善的文件完整性保护机制，需要应用程序开发者自己提出一种解决方案来确保文件的完整性。同时在应用中重要文件一旦被破坏或者被改写，应用程序往往没办法知道文件所存储的数据被破坏，此时应用程序去访问被破坏的文件而获取到非法数据会导致预期外的效果，甚至会因为文件读写访问异常引起应用程序系统的崩溃。

发明内容

本发明提供一种文件完整性保护的方法和系统，用以解决现有技术中存在的文件被破坏或者被改写可能造成的系统崩溃问题。

本发明的方法包括以下步骤：

A、设置当前文件夹和备份文件夹；

B、在文件头部加入文件完整性信息，存储在当前文件夹和备份文件夹；

C、当进行文件完整性检测时，读取当前文件夹中的文件的文件完整性信息，获得当前文件夹文件读取结果；

D、计算当前文件夹中的文件的文件完整性信息，获得当前文件夹文件计算结果；

E、读取备份文件夹中文件的文件完整性信息，获得备份文件夹文件读取结果；

F、计算备份文件夹中的文件的文件完整性信息，获得备份文件夹文件计算结果；

G、判断当前文件夹文件读取结果与当前文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则转至步骤H，如果不同，则转至步骤J；

H、判断备份文件夹文件读取结果与备份文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则文件完整性检测完成，文件完整性获得保护，如果不同，则转至步骤I；

I、将当前文件夹中的文件覆盖备份文件夹中的文件，则文件完整性检测完成，文件完整性获得保护；

J、判断备份文件夹文件读取结果与备份文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则转至步骤K，如果不同，则文件完整性检测完成，文件完整性遭到破坏；

K、将备份文件夹中的文件覆盖当前文件夹中的文件，则文件完整性检测完成，文件完整性获得保护。

进一步地，文件完整性信息包括文件名、文件大小、文件属性、当前文件路径、备份文件路径、Ramdisk存储路径、文件完整性校验值和/或保留信息。

进一步地，在系统启动流程中，还包括以下步骤：

检测当前文件夹中文件是否加入文件完整性信息，如果没有加入，则在文件头部加入文件完整性信息，并存储在当前文件夹和备份文件夹；和/或

检测备份文件夹中文件是否加入文件完整性信息，如果没有加入，则在文件头部加入文件完整性信息，并存储在备份文件夹和当前文件夹。

进一步地，检测文件是否加入文件完整性信息进一步包括以下步骤：

读取文件头信息；

解析头信息中是否包含文件完整性信息。

进一步地，还包括以下步骤：

将当前文件夹中文件进行解包，并将文件中的文件信息单元复制到RAM中，提供给应用程序访问。

进一步地，还包括以下步骤：

L、对RAM中当前文件进行锁定；

M、检测当前文件的更新标志，判断当前文件是否有更新，如果有，则转至步骤N，如果没有，则转至步骤P；

N、对当前文件加入文件完整性信息，并打包后存储在当前文件夹和备份文件夹；

O、清除当前文件的更新标志，并转至步骤P；

P、解除当前文件锁定。

优选地，当前文件夹和备份文件夹存储在Flash中。

优选地，定时进行文件完整性检测。

本发明的系统包括当前文件夹模块、备份文件夹模块、文件更新检测模块和文件完整性检测模块，当前文件夹模块所存储的文件进一步包括文件完整性信息单元和文件信息单元，备份文件夹模块所存储的文件进一步包括文件完整性信息单元和文件信息单元，其中，

当前文件夹模块和备份文件夹模块用于相互备份文件；

当前文件夹模块中的文件所包含的文件完整性信息单元用于存储文件的文件名、文件大小、文件属性、当前文件路径、备份文件路径、Ramdisk存储路径、文件完整性校验值和/或保留信息；

当前文件夹模块中的文件所包含的文件信息单元用于存储文件内容；

备份文件夹模块中的文件所包含的文件完整性信息单元用于存储文件的文件名、文件大小、文件属性、当前文件路径、备份文件路径、Ramdisk存储路径、文件完整性校验值和/或保留信息；

备份文件夹模块中的文件所包含的文件信息单元用于存储文件内容；

文件更新检测模块用于检测RAM中的文件是否有更新；

文件完整性检测模块用于检测当前文件夹模块和备份文件夹模块中的文件与其文件完整性信息是否一致。

进一步地，当前文件夹模块和备份文件夹模块存储在Flash中，在RAM中还包括RAM文件夹模块，RAM文件夹模块中的文件包含文件信息单元，其中，

RAM文件夹模块用于存储文件，提供给应用程序访问；

RAM文件夹模块中的文件所包含的文件信息单元用于存储文件内容。

进一步地，文件更新检测模块用于判断RAM中的文件是否有更新。

本发明有益效果如下：

1、通过对文件进行重新打包，加入文件完整性信息，应用程序可以实时监控到重要文件和关键数据是否保持完整。

2、通过增加对重要文件的备份存储，当检测到文件被损坏时可以尝试用另外备份存储的文件(文件保持完整)覆盖当前文件，实现对破坏数据的恢复。

3、将应用层所需访问的重要文件都解包后拷贝到RAM中，由于对RAM中数据访问效率要高于直接对存储介质的访问，因此有利于提高系统应用效率。

4、当需要进行文件更新时，更新的文件首先是存储到RAM中，加入文件完整性信息后才更新到备份文件夹和当前文件夹，即使在更新过程中出现掉电等异常，也能够确保系统中至少保存一份可用的文件，不会影响到系统的正常使用。

经过多次实验验证，无论是人为对当前文件夹或者备份文件夹下的文件进行破坏测试，本发明技术方案都可以实现对出错文件的检测和记录，并能够实现对出错文件的恢复操作。在文件更新过程中，即使出现掉电等异常也不会因为文件的破坏而影响到系统的正常工作。测试表明本发明提供的技术方案可以极大提高系统的安全性和稳定性，同时对系统性能也有提高。

附图说明

图1为本发明具体实施方式一中的文件完整性保护系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式二在系统启动流程中文件完整性保护流程图；

图3为本发明具体实施方式三在系统运行流程中文件完整性保护流程图；

图4为本发明具体实施方式四在文件更新流程中文件完整性保护流程图。

具体实施方式

图1为本发明具体实施方式一中的文件完整性保护系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括存储介质(Flash)和RAM两个部分，在Flash部分设置有当前文件夹模块、备份文件夹模块、文件更新检测模块和文件完整性检测模块，在RAM部分设置RAM文件夹模块。

当前文件夹模块和备份文件夹模块能够相互备份文件。

当前文件夹模块中包含的文件进一步包括文件完整性信息单元和文件信息单元，备份文件夹模块中包含的文件进一步包括文件完整性信息单元和文件信息单元。

当前文件夹模块中的文件所包含的文件完整性信息单元存储文件的文件名、文件大小、文件属性、当前文件路径、备份文件路径、Ramdisk存储路径、文件完整性校验值和/或保留信息，当前文件夹模块中的文件所包含的文件信息单元存储文件内容。

备份文件夹模块中的文件包含的文件完整性信息单元存储文件的文件名、文件大小、文件属性、当前文件路径、备份文件路径、Ramdisk存储路径、文件完整性校验值和/或保留信息，备份文件夹模块中的文件所包含的文件信息单元存储文件内容。

文件更新检测模块用于检测RAM中的文件是否有更新；

文件完整性检测模块用于检测当前文件夹模块和备份文件夹模块中的文件与其文件完整性信息是否一致。

RAM文件夹模块中的文件包含文件信息单元，其中，RAM文件夹模块存储文件，提供给应用程序访问，RAM文件夹模块中的文件所包含的文件信息单元用于存储文件内容。

文件更新检测模块判断RAM中的文件是否有更新。

图2为本发明具体实施方式二在系统启动流程中文件完整性保护流程图。如图2所示，该流程包括以下步骤：

步骤201、在Flash中设置当前文件夹和备份文件夹两个文件夹。

步骤202、在文件头部加入文件完整性信息，文件完整性信息包括文件名、文件大小、文件属性、当前文件路径、备份文件路径、Ramdisk存储路径、文件完整性校验值和/或保留信息，然后分别存储在当前文件夹和备份文件夹，优选地，可以将文件头部加入文件完整性信息后的文件打包后存储在当前文件夹和备份文件夹。

步骤203、当启动文件完整性检测时，首先检测当前文件夹中文件是否加入文件完整性信息，检测文件是否加入文件完整性信息的方法是读取文件头信息，解析头信息中是否包含文件完整性信息。

如果已经加入，则转至步骤204，如果没有加入，则转至步骤214。

步骤204、检测备份文件夹中文件是否加入文件完整性信息，如果已经加入，则转至步骤205，如果没有加入，则转至步骤215。

步骤205、读取当前文件夹中的文件的文件完整性信息，获得当前文件夹文件读取结果A。

步骤206、计算当前文件夹中的文件的文件完整性信息，获得当前文件夹文件计算结果B。

步骤207、读取备份文件夹中文件的文件完整性信息，获得备份文件夹文件读取结果C。

步骤208、计算备份文件夹中的文件的文件完整性信息，获得备份文件夹文件计算结果D。

步骤209、判断当前文件夹文件读取结果与当前文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则转至步骤210，如果不同，则转至步骤212。

步骤210、判断备份文件夹文件读取结果与备份文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则文件完整性检测完成，文件完整性获得保护，并转至步骤216，如果不同，则转至步骤211。

步骤211、将当前文件夹中的文件覆盖备份文件夹中的文件，并转至步骤216。

步骤212、判断备份文件夹文件读取结果与备份文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则转至步骤213，如果不同，则文件完整性检测完成，文件完整性遭到破坏，并转至步骤217。

步骤213、将备份文件夹中的文件覆盖当前文件夹中的文件，并转至步骤216。

步骤214、在文件头部加入文件完整性信息，打包后存储在当前文件夹和备份文件夹，并转至步骤216。

步骤215、在文件头部加入文件完整性信息，打包后存储在备份文件夹和当前文件夹，并转至步骤216。

步骤216、将当前文件夹中文件进行解包，并复制到RAM中，提供给应用程序访问。

步骤217、文件完整性检测流程结束。

在系统正常运行时，会定期对需要进行保护的文件进行文件完整性扫描检测，在扫描过程中检查当前文件夹和备份文件夹中的文件完整性信息的一致性，对文件完整性信息不一致的文件需要进行恢复操作。

图3为本发明具体实施方式三在系统运行流程中文件完整性保护流程图。如图3所示，该流程包括以下步骤：

步骤301、预先设定的时间达到，开始进行文件完整性检测。

步骤302、读取当前文件夹中的文件的文件完整性信息，获得当前文件夹文件读取结果A。

步骤303、计算当前文件夹中的文件的文件完整性信息，获得当前文件夹文件计算结果B。

步骤304、读取备份文件夹中文件的文件完整性信息，获得备份文件夹文件读取结果C。

步骤305、计算备份文件夹中的文件的文件完整性信息，获得备份文件夹文件计算结果D。

步骤306、判断当前文件夹文件读取结果与当前文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则转至步骤307，如果不同，则转至步骤309。

步骤307、判断备份文件夹文件读取结果与备份文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则文件完整性检测完成，文件完整性获得保护，并转至步骤311，如果不同，则转至步骤308。

步骤308、将当前文件夹中的文件覆盖备份文件夹中的文件，并转至步骤311。

步骤309、判断备份文件夹文件读取结果与备份文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则转至步骤310，如果不同，则文件完整性检测完成，文件完整性遭到破坏，并转至步骤311。

步骤310、将备份文件夹中的文件覆盖当前文件夹中的文件，并转至步骤311。

步骤311、文件完整性检测结束。

保存在RAM中受保护文件有正常更新时，需要对更新文件进行持久保存处理，即对正常更新的文件加入文件完整性信息后进行重新打包，保存到Flash中的当前文件夹，并备份到备份文件夹。

图4为本发明具体实施方式四在文件更新流程中文件完整性保护流程图。如图4所示，该流程包括以下步骤：

步骤401、预先设定的文件更新检测时间达到，启动文件更新备份处理。

步骤402、对RAM中当前文件进行锁定。

步骤403、检测当前文件的更新标志，判断当前文件是否有更新，如果有，则转至步骤404，如果没有，则转至步骤406。

步骤404、对当前文件加入文件完整性信息，并打包后存储在当前文件夹和备份文件夹。

步骤405、清除当前文件的更新标志，并转至步骤406；

步骤406、解除当前文件锁定，文件更新备份处理结束。

本发明技术方案提出的嵌入式系统文件完整性保护方法和系统，具有很好的工程应用价值，可以极大提高系统的安全性和稳定性，同时对系统性能也有提高；对文件进行重新打包加入完整性保护信息的方法，使得应用程序可以实时监控到重要文件是否保持完整，同时对重要文件的备份存储，使得系统检测到文件被损坏时可以尝试对破坏文件的恢复；最后将重要文件和关键数据都解包后拷贝到RAM中供用户应用程序访问，提高了系统访问效率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种文件完整性保护的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、设置当前文件夹和备份文件夹；

B、在文件头部加入文件完整性信息，存储在当前文件夹和备份文件夹；

C、当进行文件完整性检测时，读取当前文件夹中的文件的文件完整性信息，获得当前文件夹文件读取结果；

D、计算当前文件夹中的文件的文件完整性信息，获得当前文件夹文件计算结果；

E、读取备份文件夹中文件的文件完整性信息，获得备份文件夹文件读取结果；

F、计算备份文件夹中的文件的文件完整性信息，获得备份文件夹文件计算结果；

G、判断当前文件夹文件读取结果与当前文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则转至步骤H，如果不同，则转至步骤J；

H、判断备份文件夹文件读取结果与备份文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则文件完整性检测完成，文件完整性获得保护，如果不同，则转至步骤I；

I、将当前文件夹中的文件覆盖备份文件夹中的文件，则文件完整性检测完成，文件完整性获得保护；

J、判断备份文件夹文件读取结果与备份文件夹文件计算结果是否相同，如果相同，则转至步骤K，如果不同，则文件完整性检测完成，文件完整性遭到破坏；

K、将备份文件夹中的文件覆盖当前文件夹中的文件，则文件完整性检测完成，文件完整性获得保护。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，文件完整性信息包括文件名、文件大小、文件属性、当前文件路径、备份文件路径、Ramdisk存储路径、文件完整性校验值和/或保留信息。

3.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，在系统启动流程中，还包括以下步骤：

检测当前文件夹中文件是否加入文件完整性信息，如果没有加入，则在文件头部加入文件完整性信息，并存储在当前文件夹和备份文件夹；和/或

检测备份文件夹中文件是否加入文件完整性信息，如果没有加入，则在文件头部加入文件完整性信息，并存储在备份文件夹和当前文件夹。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，检测文件是否加入文件完整性信息进一步包括以下步骤：

读取文件头信息；

解析头信息中是否包含文件完整性信息。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将当前文件夹中文件进行解包，并将文件中的文件信息单元复制到RAM中，提供给应用程序访问。

6.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

L、对RAM中当前文件进行锁定；

M、检测当前文件的更新标志，判断当前文件是否有更新，如果有，则转至步骤N，如果没有，则转至步骤P；

N、对当前文件加入文件完整性信息，并打包后存储在当前文件夹和备份文件夹；

O、清除当前文件的更新标志，并转至步骤P；

P、解除当前文件锁定。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当前文件夹和备份文件夹存储在Flash中。

8.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，定时进行文件完整性检测。

9.一种文件完整性保护的系统，其特征在于，包括当前文件夹模块、备份文件夹模块、文件更新检测模块和文件完整性检测模块，当前文件夹模块所存储的文件进一步包括文件完整性信息单元和文件信息单元，备份文件夹模块所存储的文件进一步包括文件完整性信息单元和文件信息单元，其中，

当前文件夹模块和备份文件夹模块用于相互备份文件；

当前文件夹模块中的文件所包含的文件完整性信息单元用于存储文件的文件名、文件大小、文件属性、当前文件路径、备份文件路径、Ramdisk存储路径、文件完整性校验值和/或保留信息；

当前文件夹模块中的文件所包含的文件信息单元用于存储文件内容；

备份文件夹模块中的文件所包含的文件完整性信息单元用于存储文件的文件名、文件大小、文件属性、当前文件路径、备份文件路径、Ramdisk存储路径、文件完整性校验值和/或保留信息；

备份文件夹模块中的文件所包含的文件信息单元用于存储文件内容；

文件更新检测模块用于检测RAM中的文件是否有更新；

文件完整性检测模块用于检测当前文件夹模块和备份文件夹模块中的文件与其文件完整性信息是否一致。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，当前文件夹模块和备份文件夹模块存储在Flash中，在RAM中还包括RAM文件夹模块，RAM文件夹模块中的文件包含文件信息单元，其中，

RAM文件夹模块用于存储文件，提供给应用程序访问；

RAM文件夹模块中的文件所包含的文件信息单元用于存储文件内容。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，文件更新检测模块用于判断RAM中的文件是否有更新。

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