CN110717151A - 一种数字指纹处理及签名处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数字指纹处理及签名处理方法，本发明先根据二进制序列设定数字指纹长度Len，然后换算出正实数r，然后根据正实数r对二进制序列进行熵编码处理，编码完成后的数字指纹长度也为Len。相比于传统数字指纹的固定指纹长度，本发明的数字指纹处理方法突破了传统数字指纹位数的限制，无需固定指纹的长度，可以根据二进制序列的不同而自适应指纹长度，同时本发明的数字签名处理方法能够确保信息数据的安全性和隐私性不受威胁，具有很高的安全性，在物理防火墙以及服务器安全防护等方向具有应用价值。

Description

一种数字指纹处理及签名处理方法

技术领域

本发明涉及数据安全处理领域，特别是涉及一种数字指纹处理及签名处理方法。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，信息安全越来越受到重视，特别是面对如今复杂而严峻的信息网络安全形势，如何防范黑客冒充合法用户接受或发送数据、信息发送方抵赖发送过数据和信息接收方伪造篡改数据等威胁安全的行为的发生，已成为人们关注的热点。数字指纹以及数字签名技术是解决上述问题的有效方法之一，数字指纹是指一个文件的唯一标识信息，当文件被篡改或错误可通过验证数字指纹来判断；数字签名是指的发送方用自己的私钥对数字指纹进行加密后所得的数据。数字指纹以及数字签名技术能够确保信息数据的安全性和隐私性不受威胁，具有很高的安全性；但传统的数字指纹往往被限定指纹长度，例如MD5算法为128位固定指纹长度，这无疑会对算法的后续应用带来局限性。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供了一种数字指纹处理及签名处理方法；本发明方法生成的数字指纹不受固定长度的限制，能够根据二进制序列确定数字指纹长度，在物理防火墙以及服务器安全防护等方向具有应用价值。

本发明的第一方面，提供了一种数字指纹处理方法，包括以下步骤：

获取待处理的二进制序列的序列长度；

设定正实数r＝2^H(X)-Len，所述H(X)为所述二进制序列的归一化信息熵，所述Len为所述二进制序列的数字指纹长度；

对所述二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_i-1rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1，r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，所述p(x)为符号x的归一化概率，所述F(x-1，r)为x-1的非归一化分布函数。

进一步，所述编码变量R_i的初始值R₀＝1；所述编码变量L_i的初始值L₀＝0。

本发明的第二方面，提供了一种数字签名处理方法，包括以下步骤：

获取由数字指纹S1以及待签名的数字指纹S2组合生成的二进制序列，并获取所述二进制序列的序列长度；

设定正实数r＝2^H(X)-Len，所述H(X)为所述二进制序列的归一化信息熵，所述Len为所述二进制序列的数字指纹长度；

对所述二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_i-1rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1，r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，所述p(x)为符号x的归一化概率，所述F(x-1，r)为x-1的非归一化分布函数。

进一步，所述数字指纹S1以及待签名的数字指纹S2组合方式包括异或、同或以及取非中的任意一种。

进一步，所述编码变量R_i的初始值R₀＝1；所述编码变量L_i的初始值L₀＝0。

本发明的第三方面，提供了一种数字指纹处理装置，包括：数字指纹预处理单元以及数字指纹编码单元；

所述数字指纹预处理单元用于获取待处理的二进制序列的序列长度；以及设定正实数r＝2^H(X)-Len，所述H(X)为所述二进制序列的归一化信息熵，所述Len为所述二进制序列的数字指纹长度；

所述数字指纹编码单元用于对所述二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_i-1rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1，r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，所述p(x)为符号x的归一化概率，所述F(x-1，r)为x-1的非归一化分布函数。

本发明的第四方面，提供了一种数字签名处理装置，包括：数字签名预处理单元以及数字签名编码单元；

所述数字签名预处理单元用于获取由数字指纹S1以及待签名的数字指纹S2组合生成的二进制序列，并获取所述二进制序列的序列长度；以及设定正实数r＝2^H(x)-Len，所述H(X)为所述二进制序列的归一化信息熵，所述Len为所述二进制序列的数字指纹长度；

所述数字签名编码单元用于对所述二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_i-1rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1，r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，所述p(x)为符号x的归一化概率，所述F(x-1，r)为x-1的非归一化分布函数。

本发明的第五方面，提供了一种数字指纹处理以及签名处理设备，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如本发明第一方面所述的一种数字指纹处理方法以及执行如本发明第二方面所述的一种数字签名处理方法。

本发明的第六方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如本发明第一方面所述的一种数字指纹处理方法以及执行如本发明第二方面所述的一种数字签名处理方法。

本发明提供的一种数字指纹处理及签名处理方法，至少具有以下有益效果：

相比于传统数字指纹的固定指纹长度，本发明的数字指纹处理方法突破了传统数字指纹位数的限制，不固定指纹的长度，可以根据二进制序列的不同而生成不同指纹长度，同时本发明的数字签名处理方法能够确保信息数据的安全性和隐私性不受威胁，具有很高的安全性。在物理防火墙以及服务器安全防护等方向具有应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；

图1为本发明第一实施例所提供的一种数字指纹处理方法的简要流程示意图；

图2为本发明第二实施例所提供的一种数据签名处理方法的简要流程示意图；

图3为本发明第三实施例所提供的一种数据指纹处理装置的结构示意图；

图4为本发明第四实施例所提供的一种数据签名处理装置的结构示意图；

图5为本发明第五实施例所提供的一种数字指纹处理以及签名处理设备的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

参照图1，本发明的第一实施例，提供了一种数字指纹处理方法，包括以下步骤：

A100、获取待处理的二进制序列的序列长度L；

A200、设定正实数r＝2^H(x)-Len，H(X)为二进制序列的归一化信息熵，Len为二进制序列的数字指纹长度；

A300、编码第i位符号，若第i位符号为符号0，则进入步骤A400；若第i位符号为符号1，则进入步骤A500；

A400、将符号0代入编码公式得R_i＝R_i-1rp(0)，因F(-1，r)＝0，所以L_i＝L_i-1，并进入步骤A600；

A500、将符号1代入编码公式得R_i＝R_i-1rp(1)，因F(0，r)＝rp(0)，所以L_i＝L_i-1+R_{i- 1}rp(0)，并进入步骤A600；

A600、循环变量i＝i+1，判断若i≤L，则进入步骤A300；若i＞L，则编码结束，输出V，其中V为二进制序列编码后L_i的值。

其中，编码公式为L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1，r)，设定编码变量的初始值R₀＝1，L₀＝0。本实施例的证明过程如下：

设离散随机变量x有固定的归一化概率p(x)，并在任意时刻上均有正实数r作用在归一化概率p(x)，将离散随机变量x的非归一化概率记为满足以下公式：

于是，任意时刻所有变量的概率之和为：

K为变量的个数，当r＝1时，

且

设非归一化概率模型的分布函数为F(x，r)，F(x)为归一化概率模型的分布函数，设s∈{0，1，...，k}，则：

设R₀＝1，L₀＝0，第i位符号熵编码的计算公式为：

L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1，r) (1-5)

根据信息熵理论，符号的概率大小决定了其自信息量的大小，即具有概率为p(x)的符号x的自信息量I(x)为：

I(x)＝log p(x) (1-6)

自信息量I(x)的单位与所用的对数底数有关，在信息论中常用的对数底数为2，自信息量对应的单位为比特(bit)，因此，信息熵为：

由上可知，独立离散的二进制序列的归一化概率模型的信息熵公式为：

H(X)＝-p(0)log₂ p(0)-p(1)log₂ p(1) (1-9)

其中H(X)的单位为比特。该二进制序列的非归一化概率模型的信息熵公式为：

其中H(X，r)的单位为比特，令数字指纹的长度为Len，则将Len＝H(X，r)可得：

由于p(0)+p(1)＝1，并化简公式可得：

Len＝-log₂r+H(X) (1-12)

r＝2^H(X)^-Len (1-13)

显然，H(X)是通过该独立离散二进制序列符号0或者符号1的归一化概率求出，Len为设定的数字指纹长度，根据信息熵理论，通过将已知的r、p(0)以及p(1)代入公式(1-3)、(1-4)以及(1-5)中可得编码之后的二进制序列长度也为Len；

类似于MD5摘要算法的数字指纹提取过程，本实施例对二进制序列进行数字指纹提取的过程，是首先根据二进制序列设定数字指纹长度Len，然后换算出正实数r，即设定一个正实数r，使得该正实数满足公式(1-13)，然后进行编码处理，编码完成后的L_i作为数字指纹，它的长度也为Len。本实施例实现用一个小的数列来映射一个大的文件；小的数列唯一映射一个大的数据文件，则这个小的数列就是这个大数据文件的数字指纹，因为每一个大数据文件都有唯一的数据指纹。要理解的是，在本实施例的步骤中，L₀至L_i只是编码过程中的迭代计算变量，只有当循环变量i的值大于二进制序列的长度L时，才结束编码，V是编码最后一位符号后的值，即为L_i。

综上所述，本实施例相比于传统数字指纹算法的优点在于，例如相比于MD5摘要算法的优点在于，传统MD5摘要算法是128位固定指纹，而使用本实施例方法编码出来的指纹不固定长度。

进一步，参照图2，本发明的第二个实施例，提供了一种数字签名处理方法，包括以下步骤：

B100、将数字指纹S1与待签名的数字指纹S2组合生成二进制序列，获取二进制序列的序列长度L；

B200、设定正实数r＝2^H(X)-Len，H(X)为二进制序列的归一化信息熵，Len为二进制序列的数字指纹长度；

B300、编码第i位符号，若第i位符号为符号0，则进入步骤B400；若第i位符号为符号1，则进入步骤B500；

B400、将符号0代入编码公式得R_i＝R_i-1rp(0)，因F(-1，r)＝0，所以L_i＝L_i-1，并进入步骤B600；

B500、将符号1代入编码公式得R_i＝R_i-1rp(1)，因F(0，r)＝rp(0)，所以L_i＝L_i-1+R_{i- 1}rp(0)，并进入步骤B600；

B600、循环变量i＝i+1，判断若i≤L，则进入步骤B300；若i＞L，则编码结束，输出V，其中V为二进制序列编码后L_i的值。

由于本实施例与第一实施例是基于相同的发明构思，因此本实施例的证明过程同第一实施例相同，此处不再详述。

在本实施例中，准备一个数字指纹数据S1以及另一个数字指纹数据S2，将两者转换为二进制序列，然后代入公式(1-4)以及(1-5)中可得到新的指纹数据，而新的指纹数据是唯一的对应于指纹数据S1实现签名指纹数据S2。需要理解的是，第一点，无论是数字指纹数据S1，还是待签名的数字指纹数据S2，其中组合的方式可以为多种，例如异或、同或、取非、先编码S1再编码S2、先编码S2再编码S1等，但无论选取哪一种组合方式，只要Len的长度确定，即可确定r的值，所以编码后的二进制序列一定是比特长度为Len的随机二进制数列，该随机二进制数列唯一映射于原始的任意文件。第二点，在本实施例的步骤中，L₀至L_i只是编码过程中的迭代计算变量，只有当循环变量i的值大于二进制序列的长度L时，才结束编码，V是编码最后一位符号后的值，即为L_i。

进一步，参照图3，本发明的第三个实施例，提供了一种数字指纹处理装置1000，包括：指纹预处理单元1100以及指纹编码单元1200；

数字指纹预处理单元1100用于获取待处理的二进制序列的序列长度；以及设定正实数r＝2^H(X)-Len，H(X)为二进制序列的归一化信息熵，Len为二进制序列的数字指纹长度；

数字指纹编码单元1200用于对二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_i-1rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1，r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，p(x)为符号x的归一化概率，F(x-1，r)为x-1的非归一化分布函数。

需要理解的是，本实施例与第一实施例基于相同的发明构思，因此方法实施例中的相应内容同样适用于本装置实施例，此处不再详述。

进一步，参照图4，本发明的第四个实施例，提供了一种数字签名处理装置2000，包括：签名预处理单元2100以及签名编码单元2200；

数字签名预处理单元2100用于获取由数字指纹S1以及待签名的数字指纹S2组合生成的二进制序列，并获取二进制序列的序列长度；以及设定正实数r＝2^H(x)-Len，H(X)为二进制序列的归一化信息熵，Len为二进制序列的数字指纹长度；

数字签名编码单元2200用于对二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_i-1rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1，r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，p(x)为符号x的归一化概率，F(x-1，r)为x-1的非归一化分布函数。

需要理解的是，本实施例与第二实施例基于相同的发明构思，因此方法实施例中的相应内容同样适用于本装置实施例，此处不再详述。

进一步，参照图5，本发明的第五个实施例，提供了一种数字指纹处理以及签名处理设备，该数字指纹处理以及签名处理设备200可以是任意类型的智能终端，例如手机、平板电脑、个人计算机等。

具体地，该数字指纹处理以及签名处理设备200包括：一个或多个控制处理器201和存储器202，本实施以一个控制处理器201为例。控制处理器201和存储器202可以通过总线或者其他方式连接，本实施以通过总线连接为例。

存储器202作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的数字指纹处理以及签名处理设备200对应的程序指令/模块。控制处理器201通过运行存储在存储器202中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行第三实施例中的数字指纹处理装置1000以及执行第四实施例中的数字签名处理装置2000。即实现上述第一实施例的数字指纹处理方法以及第二实施例的数字签名处理方法。

存储器202可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据数字指纹处理装置1000以及数字签名处理装置2000的使用所创建的数据等。此外，存储器202可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器202可选包括相对于控制处理器201远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该数字指纹处理以及签名处理设备200。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。所述一个或者多个模块存储在存储器202中，当被所述一个或者多个控制处理器201执行时，执行上述方法实施例中的数字指纹处理方法以及数字签名处理方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器201执行，例如，被一个控制处理器201执行上述方法实施例中的数字指纹处理方法以及数字签名处理方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施方式的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种数字指纹处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待处理的二进制序列的序列长度；

设定正实数r＝2^H(X)-Len，所述H(X)为所述二进制序列的归一化信息熵，所述Len为所述二进制序列的数字指纹长度；

对所述二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_i-1rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1,r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，所述p(x)为符号x的归一化概率，所述F(x-1,r)为x-1的非归一化分布函数。

2.根据权利要求1所述的一种数字指纹处理方法，其特征在于：所述编码变量R_i的初始值R₀＝1；所述编码变量L_i的初始值L₀＝0。

3.一种数字签名处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取由数字指纹S1以及待签名的数字指纹S2组合生成的二进制序列，并获取所述二进制序列的序列长度；

设定正实数r＝2^H(X)-Len，所述H(X)为所述二进制序列的归一化信息熵，所述Len为所述二进制序列的数字指纹长度；

对所述二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_i-1rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1,r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，所述p(x)为符号x的归一化概率，所述F(x-1,r)为x-1的非归一化分布函数。

4.根据权利要求3所述的一种数字签名处理方法，其特征在于：所述数字指纹S1以及待签名的数字指纹S2组合方式包括异或、同或以及取非中的任意一种。

5.根据权利要求3所述的一种数字签名处理方法，其特征在于：所述编码变量R_i的初始值R₀＝1；所述编码变量L_i的初始值L₀＝0。

6.一种数字指纹处理装置，其特征在于，包括：数字指纹预处理单元以及数字指纹编码单元；

所述数字指纹预处理单元用于获取待处理的二进制序列的序列长度；以及设定正实数r＝2^H(X)-Len，所述H(X)为所述二进制序列的归一化信息熵，所述Len为所述二进制序列的数字指纹长度；

所述数字指纹编码单元用于对所述二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_{i- 1}rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1,r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，所述p(x)为符号x的归一化概率，所述F(x-1,r)为x-1的非归一化分布函数。

7.一种数字签名处理装置，其特征在于，包括：数字签名预处理单元以及数字签名编码单元；

所述数字签名预处理单元用于获取由数字指纹S1以及待签名的数字指纹S2组合生成的二进制序列，并获取所述二进制序列的序列长度；以及设定正实数r＝2^H(X)-Len，所述H(X)为所述二进制序列的归一化信息熵，所述Len为所述二进制序列的数字指纹长度；

所述数字签名编码单元用于对所述二进制序列中的第i位符号x，按照编码公式R_i＝R_{i- 1}rp(x)，L_i＝L_i-1+R_i-1F(x-1,r)进行编码，输出编码后的L_i；其中，已预设编码变量R_i的初始值以及编码变量L_i的初始值，所述p(x)为符号x的归一化概率，所述F(x-1,r)为x-1的非归一化分布函数。

8.一种数字指纹处理以及签名处理设备，其特征在于，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如权利要求1-2任一项所述的一种数字指纹处理方法以及执行如权利要求3-5任一项所述的一种数字签名处理方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1-2任一项所述的一种数字指纹处理方法以及执行如权利要求3-5任一项所述的一种数字签名处理方法。

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