CN112235101B - 基于混合编码机制的编码方法和装置、解码方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于混合编码机制的编码方法和装置、解码方法和装置，其中，编码方法包括：获取原始数据集，并提取所述原始数据集的数据特征；根据所述数据特征将所述原始数据集划分为第一数据集和第二数据集；建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表，并利用所述数据置换映射表对所述第一数据集的数据进行置换，形成置换数据集；利用格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密，形成加密数据集；将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换，得到编码后的数据。本发明在满足大规模高并发应用场景下的性能需求的同时，兼顾安全性、易用性、易维护方面的相关要求。

Description

基于混合编码机制的编码方法和装置、解码方法和装置

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，具体地，涉及一种基于混合编码机制的编码方法和装置、解码方法和装置。

背景技术

目前针对条码的编码机制主是通过支付标记化技术进行脱敏，通过置换的方式隐藏原始敏感信息，在网络中传递置换后敏感数据，并与相关的场景控制策略进行绑定，到受理系统内部时结合场景控制参数进行验证，验证通过后再被还原成原始信息完成交易。针对于敏感信息的置换方式分为两种，一种基于映射表，通过置换表的方式实现敏感信息的标识化和去标识化方法；另一种是基于可逆算法，通过密码运算实现敏感信息的标识化和去标识化方法。

当前上述两种置换编码方式均存在不同程度的缺陷，具体表现如下：

通过置换表的方式实现敏感信息的标识化和去标识化方法，主要问题在于其需要建立大规模的置换表，在高并发大规模应用场景下，数据检索性能成为主要瓶颈，且在异地多中心部署模式下，数据的同步及维护成本极高。

基于可逆算法，通过密码运算实现敏感信息的标识化和去标识化方法，主要问题在于，若数据加密密钥泄漏，则将导致敏感信息泄漏，影响范围较广，且对已泄露后信息缺少必要的保护措施。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是提供一种基于混合编码机制的编码方法和装置、解码方法和装置，以解决现有两种置换编码方式存在的缺陷，确保编码的安全性。

为了实现上述目的，本发明的第一个方面是提供一种基于混合编码机制的编码方法，包括：

获取原始数据集，并提取所述原始数据集的数据特征；

根据所述数据特征将所述原始数据集划分为第一数据集和第二数据集；

建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表，并利用所述数据置换映射表对所述第一数据集的数据进行置换，形成置换数据集；

利用格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密，形成加密数据集；

将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换，得到编码后的数据。

优选地，建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表的步骤包括：

根据所述第一数据集的数据特征建立第一数组；

确定所述第一数组的元素数量N，在0到N-1范围内生成N个不重复的随机数，形成第二数组；

遍历所述第二数组，以所述第二数组的数值作为所述第一数组的下标，并从第一数组中取出对应的数值，依次放入同等容量空间的第三数组中；

将第一数组对应下标的数值作为第一映射数据，将第三数组对应下标的数值作为第二映射数据，建立数据置换映射表。

优选地，以第一映射数据为条件检索第二映射数据，获取与第一数据集对应的置换数据。

优选地，将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换的步骤包括：

比较所述置换数据集的数据长度与所述加密数据集的数据长度；

在数据长度较长的数据集中，按照从前向后或者从后向前的顺序依次选取与数据长度较短的数据集等长的数据段；

按照设定的交叉互换顺序，将数据段的数据与数据长度较短的数据集中的数据进行交叉互换。

优选地，设定的交叉互换顺序为：按照从后向前的顺序，取奇数位或偶数位依次交叉互换。

优选地，利用所述格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密时，根据第二数据集的数据的所属关系，为不同的数据拥有方生成不同的数据加密密钥。

为了实现上述目的，本发明的第二个方面是提供一种基于混合编码机制的编码装置，包括：

特征提取模块，用于获取原始数据集，并提取所述原始数据集的数据特征；

数据划分模块，用于根据所述数据特征将所述原始数据集划分为第一数据集和第二数据集；

第一置换模块，用于建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表，并利用所述数据置换映射表对所述第一数据集的数据进行置换，形成置换数据集；

加密模块，用于利用格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密，形成加密数据集；

交叉互换模块，用于将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换，得到编码后的数据。

为了实现上述目的，本发明的第三个方面是提供一种基于混合编码机制的解码方法，用于对上述编码方法得到的编码数据进行解码，所述解码方法包括：

依据编码时的交叉互换顺序，将编码数据相应位置的数据重新对调互换，还原进行交叉互换编码前的顺序；

截取利用格式保留加密方法得到的加密数据，并对所述加密数据进行数据解密，得到解密数据；

截取利用数据置换映射表进行置换得到的置换数据，并依据所述数据置换映射表，得到与所述置换数据对应的置换前的数据；

按照原始数据的先后顺序，将所述解密数据与所述置换前的数据进行数据拼接，组装还原成原始数据。

优选地，依据所述数据置换映射表，得到与所述置换数据对应的置换前的数据时，以数据置换映射表中的第二映射数据为条件检索对应的第一映射数据。

为了实现上述目的，本发明的第四个方面是提供一种基于混合编码机制的解码装置，用于对上述编码方法得到的编码数据进行解码，所述解码装置包括：

顺序还原模块，用于依据编码时的交叉互换顺序，将编码数据相应位置的数据重新对调互换，还原进行交叉互换编码前的顺序；

解密模块，用于截取利用格式保留加密方法得到的加密数据，并对所述加密数据进行数据解密，得到解密数据；

第二置换模块，用于截取利用数据置换映射表进行置换得到的置换数据，并依据所述数据置换映射表，得到与所述置换数据对应的置换前的数据；

拼接模块，用于按照原始数据的先后顺序，将所述解密数据与所述置换前的数据进行数据拼接，组装还原成原始数据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明采用混合编码方式，将原始数据划分为两个部分，选取部分数据通过数据置换映射表的方式进行数据置换，对另一部分数据通过格式保留加密的方法进行密码运算，然后进行交叉混编，可以确保编码数据的安全性，同时满足大规模高并发应用场景下的性能需求，兼顾安全性、易用性、易维护方面的相关要求。

并且，本发明仅选取部分数据进行数据置换，减小了数据置换映射表的规模，缩小查找范围，提升了数据检索的性能；仅对部分数据进行加密，即使密钥泄密也无法获得原始真实数据，提升了编码的安全性。

附图说明

图1是本发明所述基于混合编码机制的编码方法的流程示意图；

图2是本发明所述基于混合编码机制的解码方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

图1是本发明所述基于混合编码机制的编码方法的流程示意图，如图1所示，本发明所述基于混合编码机制的编码方法，包括以下步骤：

步骤S11，获取原始数据集，并提取所述原始数据集的数据特征，其中，数据特征根据数据来源、数据用途和数据规律等因素确定；

步骤S12，根据所述数据特征将所述原始数据集划分为第一数据集和第二数据集；

步骤S13，建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表，并利用所述数据置换映射表对所述第一数据集的数据进行置换，形成置换数据集；

步骤S14，利用格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密，形成加密数据集，其中，采用格式保留加密方法，可以保证加密后的数据具有与第二数据集相同的格式和数据长度，且相同数据在同一密钥下加密生成同样的密文，且可以通过生成微数据进行精准匹配搜索、数据关联分析等；

步骤S15，将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换，得到编码后的数据。

需要说明的是，本发明中，对上述步骤S13和步骤S14的描述，并不用于限定两个步骤的执行顺序，两个步骤可以先后执行，既可以先执行步骤S13，也可以先执行步骤S14，并且，两个步骤也可以同时执行。

本发明通过将原始数据进行拆分，划分为两个数据集，并分别对两个数据集的数据进行不同的处理之后，再进行交叉互换，混合编码，一方面，减小数据置换映射表的规模，满足大规模高并发应用场景下的性能需求，另一方面，即使数据加密密钥泄漏也无法还原所有数据，可以提高编码的安全性。

数据置换映射表为置换数据时使用的工具表，通过数据置换映射表可以查找到与原始数据对应的替换数据，建立数据置换映射表之后，使用时可以直接调用。在一个实施例中，建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表的步骤包括：

根据所述第一数据集的数据特征建立第一数组，例如，从中选取地区码、日期、机构标识等特征建立数组，第一数组为有限集合；

确定所述第一数组的元素数量N(N为整数)，在0到N-1范围内生成N个不重复的随机数，形成第二数组；

遍历所述第二数组，以所述第二数组的数值作为所述第一数组的下标，并从第一数组中取出对应的数值，依次放入同等容量空间的第三数组中；

将第一数组对应下标的数值作为第一映射数据，将第三数组对应下标的数值作为第二映射数据，建立数据置换映射表。

进一步地，在编码时，以第一映射数据为条件检索第二映射数据，以查找表的方式找到替换数据，获取与第一数据集对应的置换数据。

保留格式加密是一种适宜于标识化技术的可逆加密方法，加密要求密文与明文具有相同的格式和类型，并且，数据能被确定性地加密。当作为标识化技术的一部分加以采用时，保留格式加密可用加密值替代原始数据中需要被替换的部分数据。保留格式加密适用于多种格式的数据，包括字符型、数字型、二进制等，加密结果也是同类型数据。

在一个实施例中，利用所述格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密时，根据第二数据集的数据的所属关系，为不同的数据拥有方生成不同的数据加密密钥，并且，生成的数据加密密钥不产生重复。

在一个实施例中，将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换的步骤包括：

比较所述置换数据集的数据长度与所述加密数据集的数据长度；

在数据长度较长的数据集中，按照从前向后或者从后向前的顺序依次选取与数据长度较短的数据集等长的数据段，其中，从前向后或者从后向前的顺序选择依据数据长度较长的数据集所处的位置确定，例如，若该数据长度较长的数据集位于另一较短数据集的前面，则顺序定为从前向后；若该数据集位于另一较短数据集的后面，则顺序定位从后向前；

按照设定的交叉互换顺序，将数据段的数据与数据长度较短的数据集中的数据进行交叉互换。将相应位置的数据互换后，其他未互换的数据依次进行拼接形成编码数据。

进一步地，设定的交叉互换顺序为：按照从后向前的顺序，取奇数位或偶数位依次交叉互换。其中，以取奇数位为例，所选取用于数据互换的奇数位可以相邻，也可以是每间隔预设数量的奇数位选择一个，用于数据互换。

例如：对于数据629251453391473468，其中，629251为置换数据集，453391473468为加密数据集，通过比较两个数据集的数据长度，在加密数据集中按照从后向前的顺序依次选取与置换数据集等长的数据段为473468，在置换数据集中，从后向前取偶数位依次为：5、9、6，在选取的数据段中，从后向前取偶数位依次为：6、3、4，将选取的偶数位的数据依次交叉互换，即将5和6，9和3，6和4，依次互换，得到编码数据为423261453391679458。

需要说明的是，本发明中的交叉互换顺序并不限于上述取奇数位或者偶数位的方式，也可以是按照预先设定的选取规则进行数据位的选择，互换选取的数据段与较短数据集的相应位置的数据，只要可以达到将两个数据集的数据进行混合编码，扰乱原有编码属性特征的效果即可。

本发明还提供一种基于混合编码机制的编码装置，包括：

特征提取模块，用于获取原始数据集，并提取所述原始数据集的数据特征；

数据划分模块，用于根据所述数据特征将所述原始数据集划分为第一数据集和第二数据集；

第一置换模块，用于建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表，并利用所述数据置换映射表对所述第一数据集的数据进行置换，形成置换数据集；

加密模块，用于利用格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密，形成加密数据集；

交叉互换模块，用于将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换，得到编码后的数据。

需要说明的是，本发明之基于混合编码机制的编码装置的具体实施方式与上述基于混合编码机制的编码方法的具体实施方式大致相同，在此不再赘述。

本发明还提供一种基于混合编码机制的解码方法，用于对上述基于混合编码机制的编码方法得到的编码数据进行解码。图2是本发明所述基于混合编码机制的解码方法的流程示意图，如图2所示，本发明所述基于混合编码机制的解码方法，包括以下步骤：

步骤S21，依据编码时的交叉互换顺序，将编码数据相应位置的数据重新对调互换，还原进行交叉互换编码前的顺序，其中，交叉互换顺序为编码时设定的顺序；

步骤S22，截取利用格式保留加密方法得到的加密数据，并对所述加密数据进行数据解密，得到解密数据，还原原始数据中使用格式保留方法进行加密的部分数据；

步骤S23，截取利用数据置换映射表进行置换得到的置换数据，并依据所述数据置换映射表，得到与所述置换数据对应的置换前的数据，还原原始数据中使用数据置换映射表进行替换的部分数据，其中，数据置换映射表为编码时建立的映射表，以保证置换后能还原原始数据；

步骤S24，按照原始数据的先后顺序，将所述解密数据与所述置换前的数据进行数据拼接，组装还原成原始数据。

需要说明的是，本发明中，对上述步骤S22和步骤S23的描述，并不用于限定两个步骤的执行顺序，两个步骤可以先后执行，既可以先执行步骤S22，也可以先执行步骤S23，并且，两个步骤也可以同时执行。

在一个实施例中，依据所述数据置换映射表，得到与所述置换数据对应的置换前的数据时，以数据置换映射表中的第二映射数据为条件检索对应的第一映射数据，以查找表的方式找到被替换的数据。

需要说明的是，第一映射数据和第二映射数据的获取方式与上述编码方法中相应值的获取方式相同。

本发明还提供一种基于混合编码机制的解码装置，用于对上述编码方法得到的编码数据进行解码，所述解码装置包括：

顺序还原模块，用于依据编码时的交叉互换顺序，将编码数据相应位置的数据重新对调互换，还原进行交叉互换编码前的顺序；

解密模块，用于截取利用格式保留加密方法得到的加密数据，并对所述加密数据进行数据解密，得到解密数据；

第二置换模块，用于截取利用数据置换映射表进行置换得到的置换数据，并依据所述数据置换映射表，得到与所述置换数据对应的置换前的数据；

拼接模块，用于按照原始数据的先后顺序，将所述解密数据与所述置换前的数据进行数据拼接，组装还原成原始数据。

需要说明的是，本发明之基于混合编码机制的解码装置的具体实施方式与上述基于混合编码机制的编码方法和装置、解码方法的具体实施方式大致相同，包括但不限于交叉互换顺序的设定、数据置换映射表的建立等内容，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于混合编码机制的编码方法，其特征在于，包括：

获取原始数据集，并提取所述原始数据集的数据特征；

根据所述数据特征将所述原始数据集划分为第一数据集和第二数据集；

建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表，并利用所述数据置换映射表对所述第一数据集的数据进行置换，形成置换数据集；

利用格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密，形成加密数据集；

将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换，得到编码后的数据，

建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表的步骤包括：

根据所述第一数据集的数据特征建立第一数组；

确定所述第一数组的元素数量N，在0到N-1范围内生成N个不重复的随机数，形成第二数组；

遍历所述第二数组，以所述第二数组的数值作为所述第一数组的下标，并从第一数组中取出对应的数值，依次放入同等容量空间的第三数组中；

将第一数组对应下标的数值作为第一映射数据，将第三数组对应下标的数值作为第二映射数据，建立数据置换映射表，

以第一映射数据为条件检索第二映射数据，获取与第一数据集对应的置换数据。

2.根据权利要求1所述的基于混合编码机制的编码方法，其特征在于，将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换的步骤包括：

比较所述置换数据集的数据长度与所述加密数据集的数据长度；

在数据长度较长的数据集中，按照从前向后或者从后向前的顺序依次选取与数据长度较短的数据集等长的数据段；

按照设定的交叉互换顺序，将数据段的数据与数据长度较短的数据集中的数据进行交叉互换。

3.根据权利要求2所述的基于混合编码机制的编码方法，其特征在于，设定的交叉互换顺序为：按照从后向前的顺序，取奇数位或偶数位依次交叉互换。

4.根据权利要求1所述的基于混合编码机制的编码方法，其特征在于，利用所述格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密时，根据第二数据集的数据的所属关系，为不同的数据拥有方生成不同的数据加密密钥。

5.一种基于混合编码机制的编码装置，其特征在于，包括：

特征提取模块，用于获取原始数据集，并提取所述原始数据集的数据特征；

数据划分模块，用于根据所述数据特征将所述原始数据集划分为第一数据集和第二数据集；

第一置换模块，用于建立与所述第一数据集对应的数据置换映射表，并利用所述数据置换映射表对所述第一数据集的数据进行置换，形成置换数据集；

加密模块，用于利用格式保留加密方法对所述第二数据集的数据进行加密，形成加密数据集；

交叉互换模块，用于将所述置换数据集中的数据与所述加密数据集中的数据进行交叉互换，得到编码后的数据，

建立数据置换映射表的步骤包括：

获取原始数据集，并提取所述原始数据集的数据特征；

根据所述数据特征将所述原始数据集划分为第一数据集和第二数据集；

根据所述第一数据集的数据特征建立第一数组；

确定所述第一数组的元素数量N，在0到N-1范围内生成N个不重复的随机数，形成第二数组；

遍历所述第二数组，以所述第二数组的数值作为所述第一数组的下标，并从第一数组中取出对应的数值，依次放入同等容量空间的第三数组中；

将第一数组对应下标的数值作为第一映射数据，将第三数组对应下标的数值作为第二映射数据，建立数据置换映射表。

6.一种基于混合编码机制的解码方法，其特征在于，用于对权利要求1至4任一所述的编码方法得到的编码数据进行解码，所述解码方法包括：

依据编码时的交叉互换顺序，将编码数据相应位置的数据重新对调互换，还原进行交叉互换编码前的顺序；

截取利用格式保留加密方法得到的加密数据，并对所述加密数据进行数据解密，得到解密数据；

截取利用数据置换映射表进行置换得到的置换数据，并依据所述数据置换映射表，得到与所述置换数据对应的置换前的数据；

按照原始数据的先后顺序，将所述解密数据与所述置换前的数据进行数据拼接，组装还原成原始数据，

依据所述数据置换映射表，得到与所述置换数据对应的置换前的数据时，以数据置换映射表中的第二映射数据为条件检索对应的第一映射数据。

7.一种基于混合编码机制的解码装置，其特征在于，用于对权利要求1至4任一所述的编码方法得到的编码数据进行解码，所述解码装置包括：

顺序还原模块，用于依据编码时的交叉互换顺序，将编码数据相应位置的数据重新对调互换，还原进行交叉互换编码前的顺序；

解密模块，用于截取利用格式保留加密方法得到的加密数据，并对所述加密数据进行数据解密，得到解密数据；

第二置换模块，用于截取利用数据置换映射表进行置换得到的置换数据，并依据所述数据置换映射表，得到与所述置换数据对应的置换前的数据；

拼接模块，用于按照原始数据的先后顺序，将所述解密数据与所述置换前的数据进行数据拼接，组装还原成原始数据。

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