CN108573176A - 一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法及系统，首先根据闪存的存储层次组织结构特性建立节点树，给根节点分配主密钥，并执行密钥派生算法得到节点树其他节点密钥；随机获取文件数据的少量文件分量；由文件存储的节点密钥和文件分量通过异或运算生成文件的加密密钥；用户使用文件密钥对文件进行加密操作，获得密文；存储密文和文件分量，同时删除文件密钥和节点密钥；通过闪存转换层统计闪存存储单元阵列中被标记为无效数据的数量和分布。本发明通过灵活性选择密钥删除和块擦除操作实现数据细粒度安全删除,并且密钥的产生和更新过程只涉及哈希算法以及对称加密有效地降低了系统开销。
Description
技术领域
本发明涉及移动终端数据安全存储领域，特别是一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法及系统。
背景技术
随着信息化进程的快速发展，以闪存(Flash Memory)为存储介质的手机、智能手环、平板电脑和笔记本电脑等移动终端已广泛普及。越来越多的用户将包含健康信息、移动轨迹数据和账户密码等个人数据存储于移动终端中。当移动终端数据过期后，用户只通过操作系统提供的文件删除指令实现生命周期后的数据的逻辑删除，并没将数据彻底删除，攻击者能够通过数据恢复技术恢复出原始数据，进而导致隐私泄露和非授权访问等问题。
为了保障移动终端中个人数据的安全，最直接的方式是对数据进行加密存储。当数据过期后，为了实现对移动终端数据的安全删除，通过删除数据密钥来使存储于设备中的密文数据无法解密，以防止攻击者非授权恢复和访问已被删除的数据。但加密数据后，将数据密钥存储于移动终端中，不仅需要占用大量存储空间，而且容易被攻击者攻击。进而可以获取数据密钥并解密密文而导致隐私泄露。
综上所述，针对移动终端数据安全删除中存在的隐私泄露、非授权访问和安全删除开销大等问题，已有解决方案均从某一方面考虑，简单解决某一问题，严重忽视了其他挑战，未能综合解决移动终端数据安全删除中的数据访问控制和密钥占用空间以及密钥泄露的问题。因此，需要发明一种能够同时解决移动终端上述安全问题的方法和相应的系统。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法及系统，既能够实现保护移动终端中用户个人隐私，又能有效实现数据细粒度安全删除。
本发明采用以下方案实现：一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法，具体包括数据加密存储阶段与数据安全删除阶段；
其中，所述数据加密存储阶段包括以下步骤：
步骤S1：根据移动终端中闪存的存储层次组织结构建立节点树，并给根节点分配主密钥；
步骤S2：移动终端随机读取用户文件数据的少量文件分量，并根据文件大小选择相应的节点密钥；
步骤S3：移动终端将步骤S1所述的主密钥和节点索引值通过执行密钥派生算法得到节点树各层的节点密钥，然后将步骤S2读取到的文件分量与所述节点密钥进行异或运算生成文件密钥；
步骤S4：移动终端使用步骤S3得到的文件密钥对所述用户文件进行加密处理得到密文；
步骤S5：将步骤S4得到的密文存储至与节点密钥相对应的存储节点中存储，然后删除该节点密钥和其对应的文件密钥，并将对应的文件分量存储于闪存中；
其中，所述数据安全删除阶段包括以下步骤：
步骤S6：当存储的密文过期后，移动终端中闪存转换层会将过期的密文标记为无效数据；
步骤S7：移动终端通过闪存转换层扫描闪存的物理地址对应存储的数据的状态信息，分析并统计映射表中步骤S6所得的无效数据在其存储块中的数量及其分布；
步骤S8：根据步骤S7所得的无效数据的数量及其分布来选择密钥删除或块擦除操作；
步骤S9：删除所述密文对应的文件分量，使得文件密钥无法重构，进而实现文件密钥的删除；
步骤S10：通过调用闪存中的垃圾回收机制擦除存储块，擦除步骤S6所标记的无效数据以及S9所述的文件分量。
进一步地，步骤S1中，所述节点树为所述移动终端根据闪存的存储层次结构特性建立的层次关系树。
进一步地，步骤S3中所述密钥派生算法为根据主密钥、各级节点的索引值并采用哈希运算、异或运算得到节点树各层对应存储节点的节点密钥。
进一步地，步骤S4中，所述加密处理采用对称加密方式，其算法包括DES、RC2、IDEA、或AES。
进一步地，步骤S10具体为：首先将闪存存储块中有效数据写到其他空闲存储块中存储，然后将闪存存储块的比特位转变为“1”。
进一步地，步骤S7中，所述密钥删除为：通过删除用于生成文件密钥的文件分量，使得无法重构文件密钥；所述块擦除为调用闪存的垃圾回收机制擦除存储数据的闪存存储块。
本发明还提供了一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的系统，包括移动终端，所述移动终端包括处理器以及存储器，其中存储器中存储有在运行在处理器上时能够执行上文方法的计算机程序指令。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明不但能够实现对文件隐私保护又能有效的解决文件的细粒度安全删除问题，并且能够利用灵活的密钥删除和块擦除的删除方法来降低系统删除开销，达到了安全高效的设计目标，适用于大规模推广使用，能应用到实际生产生活过程中。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法，具体包括数据加密存储阶段与数据安全删除阶段；
其中，所述数据加密存储阶段包括以下步骤：
步骤S1：根据移动终端中闪存的存储层次组织结构建立节点树，并给根节点分配主密钥；
步骤S2：移动终端随机读取用户文件数据的少量文件分量，并根据文件大小选择相应的节点密钥；
步骤S3：移动终端将步骤S1所述的主密钥和节点索引值通过执行密钥派生算法得到密钥树各层的节点密钥，然后将步骤S2读取到的文件分量与所述节点密钥进行异或运算生成文件密钥；
步骤S4：移动终端使用步骤S3得到的文件密钥对所述用户文件进行加密处理得到密文；
步骤S5：将步骤S4得到的密文存储至与节点密钥相对应的存储节点中存储，然后删除该节点密钥和其对应的文件密钥，并将对应的文件分量存储于闪存中；
其中，所述数据安全删除阶段包括以下步骤：
步骤S6：当存储的密文过期后，移动终端中闪存转换层会将过期的密文标记为无效数据；具体为将过期数据处理并标记为无效数据，所述过期数据处理是通过闪存转换层将更新存储的逻辑地址和物理地址的映射关系，并标记为无效数据；
步骤S7：移动终端通过闪存转换层扫描闪存的物理地址对应存储的数据的状态信息，分析并统计映射表中步骤S6所得的无效数据在其存储块中的数量及其分布；
步骤S8：根据步骤S7所得的无效数据的数量及其分布来选择密钥删除或块擦除操作；通过密钥删除或块擦除操作实现移动终端数据的安全删除；其中，块擦除操作为闪存垃圾回收机制将存储无效数据的闪存存储块的比特位转变为“0”；
步骤S9：删除所述过期密文对应的文件分量，使得文件密钥无法重构，进而实现文件密钥的删除；具体为先将过期密文对应的文件分量所在存储块的所有数据读到内存中，并更新文件分量，再写到其他空闲存储块，然后调用闪存的垃圾回收机制擦除原来的存储块。
步骤S10：通过调用闪存中的垃圾回收机制擦除存储块，擦除步骤S6所标记的无效数据以及步骤S9中所述的文件分量。
在本实施例中，步骤S1中，所述节点树为所述移动终端根据闪存的存储层次结构特性建立的层次关系树。
在本实施例中，所述文件分量为几比特的数据量，节省存储空间。所述存储节点为以闪存存储页为单位的存储空间，当存储文件较大时，也可以闪存存储块为单位作为一个存储节点；
在本实施例中，步骤S3中所述密钥派生算法为根据主密钥、各级节点的索引值并采用哈希运算、异或运算得到各层对应存储节点的节点密钥。所述节点密钥的生成即为节点层次关系树中各级密钥由主密钥执行所述密钥派生算法计算得到，即为由节点层次关系树中父节点密钥通过密钥派生函数计算出子节点密钥。
在本实施例中，步骤S4中，所述加密处理采用对称加密方式，其算法包括DES、RC2、IDEA、或AES。
在本实施例中，步骤S10具体为：首先将闪存存储块中有效数据写到其他空闲存储块中存储，然后将闪存存储块的比特位转变为“1”。
在本实施例中，步骤S7中，所述密钥删除为：通过删除用于生成文件密钥的文件分量，使得无法重构文件密钥，进而实现文件密钥的删除；所述块擦除为调用闪存的垃圾回收机制擦除存储数据的闪存存储块。
本实施例还提供了一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的系统，包括移动终端，所述移动终端包括处理器以及存储器，其中存储器中存储有在运行在处理器上时能够执行上文方法的计算机程序指令。
较佳的，本实施例具体按照程序功能概括了所述密钥派生加密的移动终端数据安全删除的系统功能模块，具体包括：节点密钥派生模块、文件分量获取模块；密钥管理模块、数据加密模块、数据存储模块、统计数据状态信息模块、密钥删除模块和块擦除模块；
所述节点密钥派生模块，用于根据数据存储策略由主密钥派生出相应的节点密钥；其中节点密钥的生成即为节点层次关系树中各级密钥由主密钥执行所述密钥派生算法计算得到，即为由节点层次关系树中父节点密钥通过密钥派生函数计算出子节点密钥；
所述文件分量获取模块，用于从用户所创建的文件中获取文件分量；
所述密钥管理模块，用于生成文件密钥，管理节点密钥和文件密钥；所述的节点密钥和文件密钥的管理，包括文件密钥的生成、节点密钥和文件密钥的更新、节点密钥的撤销和更新；所述文件密钥的生成即为节点密钥和文件分量通过异或运算生成；节点密钥和文件密钥的撤销即为删除特定节点的节点密钥；所述节点密钥和文件密钥的更新即为执行所述节点密钥、文件密钥的撤销操作后，重新生成所述特定节点所在的节点密钥、文件密钥；
所述数据加密模块，用于对所述文件进行加密操作；使用所述文件密钥通过加密算法对所述文件进行加密得到所述密文；
所述数据存储模块，用于存储数据加解密模块所得的密文、文件分量；
所述统计数据状态信息模块，用于扫描闪存物理地址对应存储的数据的状态信息，分析并统计无效数据在其存储块中的数量及其分布；
所述密钥删除模块，用于删除生成文件密钥的文件分量，使得文件密钥无法重构，进而实现文件密钥的删除；
所述块擦除模块，用于调用闪存的垃圾回收机制擦除存储数据的闪存块；
在本实施例中，还包括用户与敌手，用户在移动终端上创建文件并向移动终端发送操作指令，所述移动终端，主要负责根据用户指令执行操作，包括根据闪存存储结构特性构建生成的节点密钥，管理密钥，包括节点密钥的生成、文件密钥的生成和节点密钥的更新；负责存储数据，存储主要体现在当用户写入文件并请求存储文件时，存储用户文件的密文以及相关信息；执行密钥删除和块擦除操作实现灵活性数据安全删除。所述敌手在移动终端进行文件存储过程中可能发起攻击。
综上所述，本实施例结合密钥派生函数、加密技术和块擦除技术，提供一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法及系统，既能实现对移动终端文件的安全删除又能减少删除开销，具体为：首先根据闪存的存储层次组织结构特性建立节点树，执行密钥派生算法由主密钥和节点索引值得到节点密钥；随机获取文件数据的少量文件分量；根据文件存储的节点密钥和文件分量执行异或运算得到文件的加密密钥；用户使用文件密钥对文件进行加密操作，获得密文；存储密文和文件分量，同时删除文件密钥和节点密钥；通过闪存转换层统计闪存存储单元阵列中的被标记为无效数据的数量和分布；通过灵活性选择密钥删除和块擦除操作实现数据细粒度安全删除。并且密钥的产生和更新过程只涉及哈希算法以及对称加密有效地降低了系统开销，同时使用密钥删除和块擦除两种删除方式结合实现了安全高效的数据安全删除。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法，其特征在于：包括数据加密存储阶段与数据安全删除阶段；
其中，所述数据加密存储阶段包括以下步骤：
步骤S1：根据移动终端中闪存的存储层次组织结构建立节点树，并给根节点分配主密钥；
步骤S2：移动终端随机读取用户文件数据的少量文件分量，并根据文件大小选择相应的节点密钥；
步骤S3：移动终端将步骤S1所述的主密钥和节点索引值通过执行密钥派生算法得到节点树各层的节点密钥，然后将步骤S2读取到的文件分量与所述节点密钥进行异或运算生成文件密钥；
步骤S4：移动终端使用步骤S3得到的文件密钥对所述用户文件进行加密处理得到密文；
步骤S5：将步骤S4得到的密文存储至与节点密钥相对应的存储节点中存储，然后删除该节点密钥和其对应的文件密钥，并将对应的文件分量存储于闪存中；
其中，所述数据安全删除阶段包括以下步骤：
步骤S6：当存储的密文过期后，移动终端中闪存转换层将过期的密文标记为无效数据；
步骤S7：移动终端通过闪存转换层扫描闪存的物理地址对应存储的数据的状态信息，分析并统计映射表中步骤S6所得的无效数据在其存储块中的数量及其分布；
步骤S8：根据步骤S7所得的无效数据的数量及其分布来选择密钥删除或块擦除操作；
步骤S9：删除所述密文对应的文件分量，使得文件密钥无法重构，进而实现文件密钥的删除；
步骤S10：通过调用闪存中的垃圾回收机制擦除存储块，擦除步骤S6所标记的无效数据以及步骤S9所述的文件分量。
2.根据权利要求1所述的一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法，其特征在于：步骤S1中，所述节点树为所述移动终端根据闪存的存储层次结构特性建立的层次关系树。
3.根据权利要求1所述的一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法，其特征在于：步骤S3中所述密钥派生算法为根据主密钥、各级节点的索引值并采用哈希运算、异或运算得到节点树各层对应存储节点的节点密钥。
4.根据权利要求1所述的一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法，其特征在于：步骤S4中，所述加密处理采用对称加密方式，其算法包括DES、RC2、IDEA、或AES。
5.根据权利要求1所述的一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法，其特征在于：步骤S10具体为：首先将闪存存储块中有效数据写到其他空闲存储块中存储，然后将闪存存储块的比特位转变为“1”。
6.根据权利要求1所述的一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的方法，其特征在于：步骤S7中，所述密钥删除为：通过删除用于生成文件密钥的文件分量，使得无法重构文件密钥；所述块擦除为调用闪存的垃圾回收机制擦除存储数据的闪存存储块。
7.一种密钥派生加密的移动终端数据安全删除的系统，其特征在于：包括移动终端，所述移动终端包括处理器以及存储器，其中存储器中存储有在运行在处理器上时能够执行权利要求1至权利要求6任一项的方法的计算机程序指令。
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