CN105634719A

CN105634719A - 数据传输方法及装置

Info

Publication number: CN105634719A
Application number: CN201410607949.8A
Authority: CN
Inventors: 王立辉; 张志敏; 闫守礼; 郭丽敏; 刘丹; 单伟君
Original assignee: Shanghai Fudan Microelectronics Group Co Ltd
Current assignee: Shanghai Fudan Microelectronics Group Co Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: CN105634719B

Abstract

一种数据传输方法及装置，所述数据传输方法包括：获取N个待传输数据，当N不等于2的整数次幂时，将N个待传输数据扩展得到M个数据，其中，M＝2ⁿ，n为正整数；将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，依次生成M个数据新的顺序标识；将包含所述N个待传输数据的数据，按照所述M个数据新的顺序标识的生成排序依次发送。采用所述方法及装置，可以有效提高数据传输时的抗攻击性，减少信息泄密隐患。

Description

数据传输方法及装置

技术领域

本发明涉及信息安全领域，尤其涉及一种数据传输方法及装置。

背景技术

模板攻击是一种结合概率统计的侧信道信号攻击方法，模板是指对敏感数据在传输过程中的功耗特征的数学抽象，模板攻击实际上是先建立模板，再匹配模板的过程。

为了防止模板攻击，发送端在向接收端发送一组多个敏感数据的过程中，先将多个待传输敏感数据的原始排序编号进行随机化处理，得到随机化的传输顺序，再根据随机化传输顺序依次将多个敏感数据发送至接收端。接收端接收到敏感数据的顺序是经过随机化之后的传输顺序，与多个敏感数据的原始排序完全不同。

例如，有N个敏感数据需要从B端传输到A端，N为2的整数次幂，即N＝2ⁿ，r为n比特的随机数。则在传输过程中，依次将N个敏感数据的排序编号与r进行异或运算，得到随机化的传输顺序，并根据随机化的传输顺序依次将N个数据从B端传输到A端。

然而，上述方案只适用于N恰好为2的整数次幂的情况。在实际应用中，当N不是2的整数次幂时，上述方法无法适用。针对上述情况，现有的方法是将N拆分成多个以2为底的幂，再对每个幂应用上述随机化传输方法。

例如，N＝27，则可以将N拆分成：N＝2⁴+2³+2¹+1的形式，针对2⁴、2³、2¹分别采用上述随机化传输方法。然而，较小的幂随机化程度不够，依然容易被模板攻击，从而泄漏部分敏感信息。极端情况下N为奇数时，最后一个数据的传输顺序不变，相当于无防护，从而导致信息泄密。

发明内容

本发明实施例解决的问题是提高数据传输时的抗攻击性，减少信息泄密隐患。

为解决上述问题，本发明实施例提供一种数据传输方法，包括：获取N个待传输数据，当N不等于2的整数次幂时，将N个待传输数据扩展得到M个数据，其中，M＝2ⁿ，n为正整数；将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，依次生成M个数据新的顺序标识；将包含所述N个待传输数据的数据，按照所述M个数据新的顺序标识的生成排序依次发送。

可选的，所述将包含所述N个待传输数据的数据，按照所述M个数据新的顺序标识的生成排序依次发送，包括：在M个数据新的顺序标识的生成顺序中，从中选择所述N个待传输数据的标识分别对应的生成顺序，并按照所述N个待传输数据的标识对应的生成顺序进行发送。

可选的，所述将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，包括：将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算。

可选的，所述将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，依次生成M个数据新的顺序标识，包括：将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算，对所述异或运算结果对N取模，将得到的取模结果作为M个数据新的顺序标识。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种数据传输装置，包括：

组合单元，用于获取N个待传输数据，当N不等于2的整数次幂时，将N个待传输数据扩展得到M个数据，其中，M＝2ⁿ，n为正整数；

运算单元，用于将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，依次生成M个数据新的顺序标识；

发送单元，用于将包含所述N个待传输数据的数据按照所述M个数据新的顺序标识的生成顺序依次发送。

可选的，所述发送单元用于在M个数据新的顺序标识的生成顺序中，从中选择所述N个待传输数据的标识分别对应的生成顺序，并按照所述N个待传输数据的标识对应的生成顺序进行发送。

可选的，所述运算单元用于：将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算，依次生成M个数据新的顺序标识。

可选的，所述运算单元用于将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算，对所述异或运算结果对N取模，将得到的取模结果作为M个数据新的顺序标识。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

当待传输数据的个数不等于2的整数次幂时，将N个待传输数据扩展得到M＝2ⁿ个数据。将M个数据的顺序标识依次与n比特的随机数r进行运算，生成M个数据新的顺序标识，根据新的顺序标识，将包含N个待传输数据的数据依次发送。由于将N个待传输数据扩展为2的整数次幂M个数据，再将N个待传输数据按照新的顺序标识进行传输，每个数据的随机化程度均为N，因此可以避免由于N不等于2的整数次幂时随机化程度不足而导致容易受到模板攻击的问题，提高了数据传输的安全性。

附图说明

图1是本发明实施例中的一种数据传输方法流程图；

图2是本发明实施例中的一种数据传输装置结构示意图。

具体实施方式

为了防止模板攻击，发送端在向接收端发送一组多个敏感数据的过程中，先将多个待传输敏感数据的原始排序编号进行随机化处理，得到随机化的传输顺序，再根据随机化传输顺序依次将多个敏感数据发送至接收端。在实际应用中，当待传输数据个数N不等于2的整数次幂时，将N拆分成多个以2为底的幂，再对每个幂应用上述随机化传输方法。例如，N＝27，则可以将N拆分成：N＝2⁴+2³+2¹+1的形式，针对2⁴、2³、2¹分别采用上述随机化传输方法。然而，现有的方法数据随机化程度较低，仍然容易被模板攻击，从而导致信息泄密。

在本发明实施例中，当待传输数据的个数不等于2的整数次幂时，将N个待传输数据扩展得到M＝2ⁿ个数据。将M个数据的顺序标识依次与n比特的随机数r进行运算，生成M个数据新的顺序标识，根据新的顺序标识，将包含N个待传输数据的数据依次发送。由于将N个待传输数据扩展为2的整数次幂M个数据，再将N个待传输数据按照新的顺序标识进行传输，每个数据的随机化程度均为N，因此可以避免由于N不等于2的整数次幂时随机化程度不足而导致容易受到模板攻击的问题，提高了数据传输的安全性。

为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供了一种数据传输方法，参照图1，以下通过具体步骤进行详细说明。

步骤S101，获取N个待传输数据，当N不等于2的整数次幂时，将N个待传输数据扩展得到M个数据，其中，M＝2ⁿ，n为正整数。

在具体实施中，在进行数据传输前，可以先获取待传输数据的个数N并判断N是否等于2的整数次幂。当N不等于2的整数次幂时，可以将N个待传输数据进行扩展，得到M个数据，其中，M＝2ⁿ，n为正整数。

在本发明实施例中，将N个待传输数据扩展得到M个数据，可以是将N个待传输数据与M-N个随机数据进行组合，组合后得到的数据为2的整数次幂M个，随机数据可以是指随机生成的、与N个待传输数据均不相同的数据。也可以是在N个待传输数据中选取任意一个或多个数据进行扩展，生成M-N个数据，并与N个待传输数据进行组合，从而得到M个数据。例如，从N个待传输数据中选取第一个传输数据a₀，将a₀扩展为M-N个a₀，并与N个待传输数据进行组合，从而可以得到M个数据。

在本发明实施例中，将N个待传输数据与M-N个随机数据进行组合，可以是将M-N个随机数据组合在N个待传输数据之后，也可以将N个待传输数据组合在M-N个随机数据之后，还可以是将M-N个随机数据与N个待传输数据任意进行组合。在本发明一实施例中，将N个待传输数据与M-N个随机随机数据进行组合是指：将M-N个随机数据组合在N个待传输数据之后。

例如，当前待传输数据的个数为10个，由于10不等于2的整数次幂，而大于10且与10的差值最小的2的整数次幂的数为M＝16，则将10个待传输数据与6个随机数据进行组合，将6个随机数据组合在10个待传输数据之后。

步骤S102，将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，依次生成M个数据新的顺序标识。

在本发明实施例中，M个数据的顺序标识可以是指M个数据各自对应的编号，也可以是指M个数据各自对应的地址的编号。在本发明一实施例中，设定M个数据的顺序标识为0～M-1顺序递增。例如，当前16个数据依次为a₀～a₁₅，则16个数据的顺序标识为0～15，其中，待传输数据的标识依次为0～9，随机数的顺序标识为10～15。

在本发明实施例中，可以选择任一n比特二进制数作为n比特随机数r。例如，在本发明一实施例中，M＝16，则选取的r为4比特的二进制数0100。

在选取了n比特随机数r之后，将M个数据的顺序标识依次与r进行运算，可以依次生成M个数据新的顺序标识，生成的M个数据新的顺序标识各不相同，且均处于0～M-1之间。将M个数据的顺序标识依次与r进行的运算可以是指：所有能够使得生成的M个数据新的顺序标识均为处于0～M-1之间的整数且互不相同的运算。在本发明一实施例中，将M个数据的顺序标识依次与r进行的运算是异或运算。

步骤S103，将包含所述N个待传输数据的数据，按照所述M个数据新的顺序标识的生成顺序依次发送。

在本发明实施例中，在生成M个数据新的顺序标识后，在进行数据发送时，可以将包含N个待传输数据的数据按照M个数据新的顺序标识的生成顺序依次进行发送。

例如，在步骤S102中，在将数据a₀的顺序标识0与n比特随机数r进行异或运算后，得到的新的顺序标识为4，在将数据a₁的顺序标识1与n比特随机数r进行异或运算后，得到的新的顺序标识为5。即数据a₄对应的顺序标识4是最早生成的，数据a₅对应的顺序标识5是第二个生成的。因此，在执行步骤S103进行数据发送时，由于数据a₄的顺序标识4的生成顺序为最早生成，数据a₅的顺序标识5的生成顺序为第二个生成，因此首先发送数据a₄，然后再发送a₅。

在本发明实施例中，在进行数据发送时，可以只将N个待传输数据根据其对应的顺序标识的生成顺序依次发送，也可以将M个数据根据其对应的顺序标识的生成顺序依次发送，只要能够将N个待传输数据均按照对应的顺序标识的生成顺序依次发送即可。

在只发送N个待传输数据时，可以在M个数据新的顺序标识的生成顺序中，从中选择所述N个待传输数据的标识分别对应的生成顺序，并按照所述N个待传输数据对应的生成顺序进行发送。

下面对本发明实施例中提供的数据传输方法进行举例说明。

在本发明一实施例中，当前待传输数据的个数为10个，待传输数据依次为a₀～a₉，即对应N个待传输数据，其顺序标识依次为0～9。由于10不等于2的整数次幂，因此将10个待传输数据与随机数据进行结合，得到等于2的整数次幂M个数据。

由于M＝16时，满足M为2的整数次幂，因此选取M＝16。即将10个待传输数据与6个随机数据进行组合，且6个随机数据为a₁₀～a₁₅，其顺序标识依次为10～15。

选取4比特随机数r，r＝0100，将16个数据对应的顺序标识均转换成2进制数据后，依次与r进行异或运算，生成16个数据新的顺序标识。首先将数据a₀对应的顺序标识0与r＝0100进行异或运算，得到的异或运算结果为4，即生成的新的顺序标识为4，对应的数据为a₄。也就是说，4是在进行异或运算后生成的第一个顺序标识，其对应的数据a₄即为第一个发送的数据。其次将数据a₁对应的顺序标识1与r＝0100进行异或运算，得到的异或运算结果为5，即5是在进行异或运算后生成的第二个顺序标识，其对应的数据a₅即为第二个发送的数据。以此类推，将其余的顺序标识从小达到依次与r＝0100进行运算，得到16个互不相同的顺序标识，且16个顺序标识的值均处于0～15之间。

经过异或运算后，在进行异或运算前的数据排序与进行异或运算后的数据排序可以参照表1，其中，4比特随机数r＝0100。

表1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

4

5

6

7

0

1

2

3

12

13

14

15

8

9

10

11

表2

a₀

a₁

a₂

a₃

a₄

a₅

a₆

a₇

a₈

a₉

a₁₀

a₁₁

a₁₂

a₁₃

a₁₄

a₁₅

a₄

a₅

a₆

a₇

a₀

a₁

a₂

a₃

a₁₂

a₁₃

a₁₄

a₁₅

a₈

a₉

a₁₀

a₁₁

表1中，第一行表示为16个数据在进行异或运算前的顺序标识，从第一行中可以看出，16个数据的顺序标识依次递增。第二行表示为16个数据的顺序标识在进行异或运算后，生成的新的顺序标识。例如，第一列中，顺序标识0与r进行异或运算后，生成的新的顺序标识为4；第二列中，顺序标识1与r进行异或运算后，生成的新的顺序标识为5。

从表1中可以得知，相比于第一行中数据的排序按照顺序标识从小到大依次排列，第二行中，数据的排序并不是严格按照从小达到依次排列，而是一种随机化的排列，排列的方式仅与对应的4比特的随机数r有关。对应于不同的4比特随机数r，得到的新的数据顺序排列也不相同。

表2中，第一行表示为在进行异或运算前，16个数据的排序；第二行表示为在进行异或运算后，16个数据的排序。从表2中的第二行可以得知，经过异或运算后，16个数据的排序与进行异或运算前的排序完全不同。

换句话说，在经过异或运算后，由于新的顺序标识的生成顺序为4、5、6、7、0、1、2、3、12、13、14、15、8、9、10、11，因此，若将16个数据依次进行发送，根据新的顺序标识生成的顺序，则16个数据的发送顺序应为：a₄、a₅、a₆、a₇、a₀、a₁、a₂、a₃、a₁₂、a₁₃、a₁₄、a₁₅、a₈、a₉、a₁₀、a₁₁。

在本发明实施例中，可以只发送10个待传输数据，剩余的6个随机数据并不发送。从表2中的第二行可知，在去除6个随机数据之后，10个待传输数据的发送顺序应为：a₄、a₅、a₆、a₇、a₀、a₁、a₂、a₃、a₈、a₉，将10个待传输数据以此顺序依次进行发送。

在本发明另一实施例中，对于只发送10个待传输数据，不发送随机数据的发送策略，可以采用如下的方法：由于10个待传输数据的顺序标识处于0～9之间，因此在将16个数据的顺序标识依次与r进行异或运算时，可以对异或运算的结果与10进行比较。当异或运算的结果大于等于10时，则表明生成的新的顺序标识所对应的数据为随机数据，此时不执行发送操作，即不发送随机数据。从表2中的第二行中可知，本方法实质上也上一实施例中的方法相同，得到的10个待传输数据的发送顺序也同样为a₄、a₅、a₆、a₇、a₀、a₁、a₂、a₃、a₈、a₉，根据上述发送顺序依次将10个待传输数据发送。

在本发明又一实施例中，在将M个数据的顺序标识依次与r进行异或运算，得到的异或运算结果出现大于等于N的情况出现时，还可以采取如下方法：将M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算时，对得到的异或运算结果依次对N取模，将得到的取模结果作为M个数据新的顺序标识。

例如，在将16个数据的顺序标识依次与r＝0100进行异或运算时，得到的结果参照表1中的第二行。将表1中的第二行的所有数据均对10取模，得到的结果参照表3。

表3

0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
																4	5	6	7	0	1	2	3	2	3	4	5	8	9	0	1

根据表3，可以得到16个数据对应的发送顺序，参照表4。

表4

a₀

a₁

a₂

a₃

a₄

a₅

a₆

a₇

a₈

a₉

a₁₀

a₁₁

a₁₂

a₁₃

a₁₄

a₁₅

a₄

a₅

a₆

a₇

a₀

a₁

a₂

a₃

a₂

a₃

a₄

a₅

a₈

a₉

a₀

a₁

表4中，第一行表示为在进行异或运算前，16个数据的排序；第二行表示为与表3对应的16个数据新的顺序标识的生成顺序所对应的排序。从表4的第二行中可以得知，在经过异或运算并取模得到新的顺序标识后，新的顺序标识的生成顺序为4、5、6、7、0、1、2、3、2、3、4、5、8、9、0、1，因此，若将16个数据依次进行发送，根据新的顺序标识生成的顺序，则16个数据的发送顺序为：a₄、a₅、a₆、a₇、a₀、a₁、a₂、a₃、a₂、a₃、a₄、a₅、a₈、a₉、a₀、a₁，根据上述发送顺序将16个数据发送。

可以理解的是，由于上述发送顺序中，发送数据的数量大于待传输数据的数量，因此，发送的数据中存在重复发送某一数据的可能性。例如，从上述发送顺序中可知，存在重复发送的数据包括a₂、a₃、a₄、a₅、a₀、a₁。因此，在经过异或运算并取模得到新的顺序标识中，对于生成的新的顺序标识中重复的顺序标识，只选择一个顺序标识对应的数据进行发送。例如，发送顺序可以为a₄、a₅、a₆、a₇、a₀、a₁、a₂、a₃、a₈、a₉，也可以为a₄、a₅、a₆、a₇、a₂、a₃、a₄、a₅、a₈、a₉、a₀、a₁，还可以为其他排序，此处不再赘述。

由此可见，当待传输数据的个数不等于2的整数次幂时，将N个待传输数据扩展得到M＝2ⁿ个数据。将M个数据的顺序标识依次与n比特的随机数r进行运算，生成M个数据新的顺序标识，根据新的顺序标识，将包含N个待传输数据的数据依次发送。由于将N个待传输数据扩展为2的整数次幂M个数据，再将N个待传输数据按照新的顺序标识进行传输，每个数据的随机化程度均为N，因此可以避免由于N不等于2的整数次幂时随机化程度不足而导致容易受到模板攻击的问题，提高了数据传输的安全性。

参照图2，本发明实施例还提供了一种数据传输装置20，包括：组合单元201、运算单元202以及发送单元203，其中：

组合单元201，用于获取N个待传输数据，当N不等于2的整数次幂时，将N个待传输数据扩展得到M个数据，其中，M＝2ⁿ，n为正整数；

运算单元202，用于将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，依次生成M个数据新的顺序标识；

发送单元203，用于将包含所述N个待传输数据的数据按照所述M个数据新的顺序标识的生成顺序依次发送。

在具体实施中，所述发送单元203可以用于在M个数据新的顺序标识的生成顺序中，从中选择所述N个待传输数据的标识分别对应的生成顺序，并按照所述N个待传输数据对应的生成顺序进行发送。

在具体实施中，所述运算单元202可以用于：将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算，依次生成M个数据新的顺序标识。

在具体实施中，所述运算单元可以用于将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算，对所述异或运算结果对N取模，将得到的取模结果作为M个数据新的顺序标识。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种数据传输方法，其特征在于，包括：

获取N个待传输数据，当N不等于2的整数次幂时，将N个待传输数据扩展得到M个数据，其中，M＝2ⁿ，n为正整数；

将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，依次生成M个数据新的顺序标识；将包含所述N个待传输数据的数据，按照所述M个数据新的顺序标识的生成排序依次发送。

2.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述将包含所述N个待传输数据的数据，按照所述M个数据新的顺序标识的生成排序依次发送，包括：在M个数据新的顺序标识的生成顺序中，从中选择所述N个待传输数据的标识分别对应的生成顺序，并按照所述N个待传输数据的标识对应的生成顺序进行发送。

3.如权利要求1或2所述的数据传输方法，其特征在于，所述将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，包括：将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算。

4.如权利要求1所述的数据传输方法，其特征在于，所述将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行运算，依次生成M个数据新的顺序标识，包括：将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算，对所述异或运算结果对N取模，将得到的取模结果作为M个数据新的顺序标识。

5.一种数据传输装置，其特征在于，包括：

6.如权利要求5所述的数据传输装置，其特征在于，所述发送单元用于在M个数据新的顺序标识的生成顺序中，从中选择所述N个待传输数据的标识分别对应的生成顺序，并按照所述N个待传输数据的标识对应的生成顺序进行发送。

7.如权利要求5或6所述的数据传输装置，其特征在于，所述运算单元用于：将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算，依次生成M个数据新的顺序标识。

8.如权利要求5所述的数据传输装置，其特征在于，所述运算单元用于将所述M个数据的顺序标识依次与n比特随机数r进行异或运算，对所述异或运算结果对N取模，将得到的取模结果作为M个数据新的顺序标识。