CN108881300A - 一种支持手机端安全协作的文件加密和共享方法及系统 - Google Patents

一种支持手机端安全协作的文件加密和共享方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种支持手机端安全协作的文件加密和共享方法及系统。本方法为：1)手机端的公私钥管理模块为用户生成唯一的公私钥对，手机端对该公私钥对中的公钥进行共享；2)对于目标设备上的一目标用户待加密的文件；该目标设备生成一加密请求；3)该手机端获取该加密请求，与目标设备建立连接，生成对称密钥K，根据K与R计算得到一结果KR；然后用目标用户的公私钥对中的公钥加密K，得到加密结果PK；然后将PK与KR一起发送给该目标设备；4)该目标设备根据收到的KR与R计算得到K，然后用K加密该文件，并将PK保存至加密后的文件中。本发明可以有效的保证文件信息的安全。

Description

一种支持手机端安全协作的文件加密和共享方法及系统
技术领域
本发明属于密码技术领域，尤其涉及一种使用智能手机作为协作工具的、对电脑端文件进行加密解密并支持共享公钥的实现方法及系统。
背景技术
目前，智能手机的应用越来越普及，智能手机用作登录电脑端账户或用于实现电脑端账户的重要操作认证的应用被广泛使用。智能手机作为人们日常生活中随身的物品，越来越成为保证用户信息安全的重要工具，大部分均配备指纹或密码保护智能手机本身的信息安全。而在通常的电脑环境中，例如最常用的Windows操作系统，一般的文件均直接存放于硬盘之中，可进入操作系统、或者直接取出物理硬盘即可读写其文件内容，目前没有一种方便的易操作的安全的加密与解密手段对文件内容进行保护，不能实现特定文件仅可被特定拥有者使用。
本发明使用了SM2与SM4算法。国家密码局认定的国产密码算法主要有SM1，SM2，SM3，SM4。密钥长度和分组长度均为128位。
SM2为非对称加密，基于ECC。该算法已公开。由于该算法基于ECC，故其签名速度与秘钥生成速度都快于RSA。ECC 256位(SM2采用的就是ECC 256位的一种)安全强度比RSA2048位高，但运算速度快于RSA。
SM4无线局域网标准的分组数据算法。对称加密，密钥长度和分组长度均为128位。
发明内容
本发明提供了一种支持手机端安全协作的文件加密和共享方法及系统，包括手机端对电脑端各种文件的加解密操作与手机端公私钥管理模块的公钥共享方法。
在该方法中，由手机端的公私钥管理模块生成针对用户唯一的公私钥(这里使用的是SM2公私钥对，以下称之为“用户核心公私钥对”)，对于用户需要在电脑端对某一文件进行保护时，需由手机端生成针对该文件的对称密钥K(这里使用的是SM4密钥)，然后对该对称密钥K进行处理后通过局域网网络通信的方式发送给电脑端，电脑端的处理程序对处理后的对称密钥K进行还原得到对称密钥K，然后使用对称密钥K来加密该文件，并将使用公钥加密过的对称密钥K存放在加密后的文件头部(即将加密结果PK存放在加密后的文件头部)；对称密钥K为用于对文件加、解密的密钥，不可公开；“用户核心公私钥对”中的公钥对称密钥K的加密结果记为PK，PK用“用户核心公私钥对”中的私钥解密之后还原为K。当用户需要在电脑端使用该文件时，先从文件头部取出使用“用户核心公私钥对”中的公钥加密过的对称密钥K，以局域网网络通信的方式发送给手机端，手机端使用“用户核心公私钥对”中的私钥解密出对称密钥K，然后对该对称密钥K进行处理后以局域网网络通信的方式返回给电脑端，电脑端对处理后的对称密钥K进行还原得到对称密钥K，用对称密钥K对文件进行解密操作。这样即实现了使用手机作为协作工具，对电脑端文件的保护功能。在该实现方法中，对于文件的加解密使用SM4对称密钥，而该对称密钥使用手机的SM2公私钥进行保护，自始至终对于文件加解密密钥的加解密操作均由手机端完成，具有良好的安全性，使其不易泄露；另外对于文件的加解密操作使用SM4对称密钥也具有良好的计算效率。
同时，发明提供了一种共享用户核心公私钥对的方法，以增强上述功能的易用性以及扩大使用范围。在该方法中，允许用户A将自己的用户核心公私钥对中的公钥以各种方式共享给用户B等人，由此用户B即可以用A的公钥来对电脑端的文件进行加密操作，而该文件只能由拥有私钥的用户A来进行解密操作，换句话说，对于用户A可以共享自己的公钥给他人以实现他人可以生成只有A本人可以读写文件。在本方案中，共享公钥的方法由多种，本质为将公钥信息的文本发送给他人，方法包括但不限于公钥文本分享(通过短信、微信、QQ等直接发送公钥)、二维码分享(面对面扫码或识别二维码图片)、VCF名片(在联系人名片中的备注字段设置为公钥)、局域网在线共享等。
本发明的技术方案为：
一种支持手机端安全协作的文件加密和共享方法，其步骤包括：
1)手机端的公私钥管理模块为用户生成唯一的公私钥对，手机端对该公私钥对中的公钥进行共享；
2)对于目标设备上的一目标用户待加密的文件；该目标设备生成一加密请求，该加密请求的信息包括该目标设备的局域网IP地址及端口、随机数R和操作命令；
3)该手机端获取该加密请求，与目标设备建立连接，随机生成对称密钥K，根据该对称密钥K与该随机数R计算得到一结果KR；然后用目标用户的公私钥对中的公钥加密该对称密钥K，得到加密结果PK；然后将该加密结果PK与该结果KR一起发送给该目标设备；
4)该目标设备根据收到的KR与R计算得到该对称密钥K，然后用该对称密钥K加密该文件，并将该加密结果PK保存至加密后的文件中。
进一步的，该加密请求为一二维码；该手机端通过扫描该二维码获取该加密请求。
进一步的，当该目标用户对加密的该文件进行解密时，该目标设备先从加密的该文件中取出该加密结果PK发送给对应手机端，该目标设备生成一解密请求，该解密请求的信息包括该目标设备的局域网IP地址及端口、随机数R和操作命令；该手机端获取该解密请求，与目标设备建立连接，目标设备将该加密结果PK发送给该手机端，该手机端用该目标用户的私钥对该加密结果PK解密得到该对称密钥K，并根据该对称密钥K与该随机数R计算得到一结果KR；然后将该结果KR发送给该目标设备；该目标设备根据收到的KR与R计算得到该对称密钥K，然后用该对称密钥K解密该文件。
进一步的，该解密请求为一二维码；该手机端通过扫描该二维码获取该解密请求。
进一步的，所述随机数R的长度与所述对称密钥K的长度相同。
进一步的，通过计算该对称密钥K与该随机数R异或，得到所述结果KR；该目标设备将收到的KR与R异或得到该对称密钥K。
进一步的，所述目标设备将该加密结果PK保存至加密后的该文件的文件头部；所述目标设备使用该对称密钥K对该文件进行加密之后销毁该对称密钥K。
一种支持手机端安全协作的文件加密和共享系统，其特征在于，包括手机端和目标设备；其中，
手机端，用于为用户生成唯一的公私钥对，并对该公私钥对中的公钥进行共享；以及对于目标设备上的一目标用户待加密的文件，手机端生成针对该文件的对称密钥K；以及获取目标设备生成的加密请求，并根据该对称密钥K与该加密请求中的随机数R计算得到一结果KR；然后用目标用户的公私钥对中的公钥加密该对称密钥K，得到加密结果PK；然后将该加密结果PK与该结果KR一起发送给该目标设备；
目标设备，用于生成一加密请求，该加密请求的信息包括该目标设备的局域网IP地址及端口、随机数R和操作命令；以及根据收到的KR与随机数R计算得到该对称密钥K，然后用该对称密钥K加密该文件，并将该加密结果PK保存至加密后的文件中。
进一步的，当该目标用户对加密的该文件进行解密时，该目标设备先从已被加密的该文件中取出该加密结果PK，该目标设备生成一解密请求，该解密请求的信息包括该目标设备的局域网IP地址及端口、随机数R和操作命令；该手机端获取该解密请求，与目标设备建立连接，目标设备将该加密结果PK发送给该手机端，该手机端用该目标用户的私钥对该加密结果PK解密得到该对称密钥K，并根据该对称密钥K与该随机数R计算得到一结果KR；然后将该结果KR发送给该目标设备；该目标设备根据收到的KR与随机数R计算得到该对称密钥K，然后用该对称密钥K解密该文件。
进一步的，该加密请求为一二维码；该手机端通过扫描该二维码获取该加密请求；该解密请求为一二维码；该手机端通过扫描该二维码获取该解密请求；所述目标设备使用该对称密钥K对该文件进行加密之后销毁该对称密钥K。
与现有技术相比，本发明的积极效果为：
使用非对称密码与对称密码相结合、并将加解密信息存储在智能手机上，然后对存放在电脑端的文件进行加密与解密操作，可以有效的保证文件信息的安全，使之只能被特定的拥有者即智能手机持有者所读写，从而提供了对于存放在电脑端的文件信息内容的保护。而通常电脑端的硬盘存储容量大大多于手机端的存储容量，通过这种方式，本发明不但可以使智能手机拥有者获取了电脑端的存储空间，而这部分存储的内容也由手机端来控制其读写的权限。
附图说明
图1为本发明手机端对电脑端文件进行加密的流程示意图；
图2为本发明手机端对电脑端文件进行解密的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。
图1公开了一种手机端对电脑端文件进行加密的过程。首先，手机端使用通用的密钥管理模块来生成“用户核心公私钥对”，其中私钥必须保密，公钥可以随意公开与共享给他人使用。然后，当用户需要对电脑端某文件进行加密时，使用电脑端软件(以下称之为“CRYPTOOL”)操作该文件(注：CRYPTOOL通过文件扩展名判断对文件的操作为加密还是解密，加密后的文件扩展名统一在原文件之后增加“.ENCRYPTED”来标记，对于“.ENCRYPTED”的文件应为解密操作，其他的扩展名的文件均为加密操作)，生成加密请求二维码并显示在屏幕中，二维码信息包括PC端局域网IP地址和端口、一串128比特的随机数R、操作命令字段(标明文件加/解密指令，0为加密，1为解密，此处为加密，即0)，示例为192.168.1.6:8888|0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF|0，以“|”来分割个字段，其中192.168.1.6:8888是电脑端CRYPTOOL的IP与端口号，手机端通过IP与端口号获取电脑端CRYPTOOL的地址来实现局域网连接并通信；0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF是十六进制形式的128比特的随机数R；0是加密操作命令。接下来使用手机端的软件扫描电脑屏幕上的二维码，获取IP与端口号、随机数R、加解密命令，在此获取到加密命令后，将生成一串128比特数据(即16字节)，作为“对称密钥K”(即理论上每个文件的对称密钥K均不同)，通过IP与端口号来获取电脑端CRYPTOOL的地址实现局域网数据连接，计算K与R异或的结果KR，计算“用户核心公私钥对”中的公钥加密对称密钥K的结果PK(此处使用当前用户的公钥，若已获取他人共享的公钥并且需要为他人进行加密文件时，可选择用他人的公钥来计算)，将KR与PK发送给电脑端(共129字节，16字节KR和113字节PK)，发送完毕后关闭局域网连接。电脑端接收到KR与PK之后，将KR与R异或得到“对称密钥K”，用K加密待加密的文件，同时将PK保存至加密后的文件头部(以备解密时使用私钥恢复K)，最后将加密后的文件保存为原文件名加“.ENCRYPTED”作为扩展名同时删除原文件，至此，由手机端协作的对电脑端文件加密操作已完成。
图2公开了一种手机端对电脑端文件进行解密的过程。当用户需要对电脑端某文件进行解密时(如前所属加密后的文件扩展名统一在原文件之后增加“.ENCRYPTED”扩展名来标记，对于“.ENCRYPTED”的文件应为解密操作)，使用电脑端软件CRYPTOOL操作该文件，生成解密请求二维码并显示在屏幕中，二维码信息包括PC端局域网IP地址和端口、一串128比特的随机数R、操作命令字段(此处为解密，即1)，示例为192.168.1.6:8888|0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF|0，以“|”来分割个字段，同前所述，192.168.1.6:8888是电脑端CRYPTOOL的IP与端口号；0123456789ABCDEF0123456789ABCDEF是十六进制形式的128比特的随机数R；1是解密操作命令。接下来使用手机端的软件扫描电脑屏幕上的二维码，获取IP与端口号、随机数R、加解密命令，在此获取到加密命令后，手机端与电脑端建立局域网连接，连接建立后，电脑端CRYPTOOL读取待解密文件的头部的PK并将PK发送给手机端(PK为加密时“用户核心公私钥对”中的公钥加密“对称密钥K”的结果)，手机端用“用户核心公私钥对”中的私钥解密PK得到K，随机数R与K异或的结果KR，将KR发给电脑端CRYPTOOL。电脑端CRYPTOOL接收到KR后用R与之异或得到K，即“对称密钥K”，使用K将待解密文件解密后，删除附加的“.ENCRYPTED”扩展名，即获得原文件。至此，由手机端协作的对电脑端文件的解密操作已完成。
对于其他用户(如用户B)想要在电脑端生成仅可由用户A读写的文件的需求，可以通过将用户A的“用户核心公私钥对”中的公钥共享给B，然后B使用A的“用户核心公私钥对”中的公钥来加密“对称密钥K”，这样在解密文件时仅可用A的“用户核心公私钥对”中的私钥来解密出“对称密钥K”，从而实现对该文件的解密。“对称密钥K”中的公钥可以由一串文本来表示，可以用传文本的方式来传输公钥，以下列举几种可行的共享方案：
a)文本共享：用户A通过短信、微信、QQ等直接发送公钥文本给用户B，B收到后存储至手机端的密钥管理模块中，记为用户A的公钥。
b)二维码共享：用户A将公钥文本生成二维码，用户B面对面扫描A的二维码获取A的公钥，或A将该二维码图片通过彩信、微信、QQ等发方式发送给B，B识别该二维码图片获取A的公钥，存储至手机端的密钥管理模块中，记为用户A的公钥。
c)VCF名片方式共享：用户A可以在自己的在联系人名片中的备注字段填入自己的公钥，将该VCF名片发送给用户B，B通过读取名片的备注字段获取A的公钥，存储至手机端的密钥管理模块中，记为用户A的公钥。
d)局域网在线共享：用户A与用户B的手机建立局域网网络连接，A将自己的公钥发送给B，B将A的公钥存储至手机端的密钥管理模块中，记为用户A的公钥。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种支持手机端安全协作的文件加密和共享方法，其步骤包括：
1)手机端的公私钥管理模块为用户生成唯一的公私钥对，手机端对该公私钥对中的公钥进行共享；
2)对于目标设备上的一目标用户待加密的文件；该目标设备生成一加密请求，该加密请求的信息包括该目标设备的局域网IP地址及端口、随机数R和操作命令；
3)该手机端获取该加密请求，与目标设备建立连接，随机生成对称密钥K，根据该对称密钥K与该随机数R计算得到一结果KR；然后用目标用户的公私钥对中的公钥加密该对称密钥K，得到加密结果PK；然后将该加密结果PK与该结果KR一起发送给该目标设备；
4)该目标设备根据收到的KR与R计算得到该对称密钥K，然后用该对称密钥K加密该文件，并将该加密结果PK保存至加密后的文件中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该加密请求为一二维码；该手机端通过扫描该二维码获取该加密请求。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当该目标用户对加密的该文件进行解密时，该目标设备先从加密的该文件中取出该加密结果PK发送给对应手机端，该目标设备生成一解密请求，该解密请求的信息包括该目标设备的局域网IP地址及端口、随机数R和操作命令；该手机端获取该解密请求，与目标设备建立连接，目标设备将该加密结果PK发送给该手机端，该手机端用该目标用户的私钥对该加密结果PK解密得到该对称密钥K，并根据该对称密钥K与该随机数R计算得到一结果KR；然后将该结果KR发送给该目标设备；该目标设备根据收到的KR与R计算得到该对称密钥K，然后用该对称密钥K解密该文件。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该解密请求为一二维码；该手机端通过扫描该二维码获取该解密请求。
5.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述随机数R的长度与所述对称密钥K的长度相同。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，通过计算该对称密钥K与该随机数R异或，得到所述结果KR；该目标设备将收到的KR与R异或得到该对称密钥K。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标设备将该加密结果PK保存至加密后的该文件的文件头部；所述目标设备使用该对称密钥K对该文件进行加密之后销毁该对称密钥K。
8.一种支持手机端安全协作的文件加密和共享系统，其特征在于，包括手机端和目标设备；其中，
手机端，用于为用户生成唯一的公私钥对，并对该公私钥对中的公钥进行共享；以及对于目标设备上的一目标用户待加密的文件，手机端生成针对该文件的对称密钥K；以及获取目标设备生成的加密请求，并根据该对称密钥K与该加密请求中的随机数R计算得到一结果KR；然后用目标用户的公私钥对中的公钥加密该对称密钥K，得到加密结果PK；然后将该加密结果PK与该结果KR一起发送给该目标设备；
目标设备，用于生成一加密请求，该加密请求的信息包括该目标设备的局域网IP地址及端口、随机数R和操作命令；以及根据收到的KR与随机数R计算得到该对称密钥K，然后用该对称密钥K加密该文件，并将该加密结果PK保存至加密后的文件中。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，当该目标用户对加密的该文件进行解密时，该目标设备先从已被加密的该文件中取出该加密结果PK，该目标设备生成一解密请求，该解密请求的信息包括该目标设备的局域网IP地址及端口、随机数R和操作命令；该手机端获取该解密请求，与目标设备建立连接，目标设备将该加密结果PK发送给该手机端，该手机端用该目标用户的私钥对该加密结果PK解密得到该对称密钥K，并根据该对称密钥K与该随机数R计算得到一结果KR；然后将该结果KR发送给该目标设备；该目标设备根据收到的KR与随机数R计算得到该对称密钥K，然后用该对称密钥K解密该文件。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，该加密请求为一二维码；该手机端通过扫描该二维码获取该加密请求；该解密请求为一二维码；该手机端通过扫描该二维码获取该解密请求；所述目标设备使用该对称密钥K对该文件进行加密之后销毁该对称密钥K。
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