CN112383391B - 基于数据属性授权的数据安全保护方法、存储介质及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明属于属性授权、数据及文件保护、金融安全、数据安全及物联网安全技术领域,公开了一种基于数据属性授权的数据安全保护方法、存储介质及终端,由TEE产生签名公私钥,并上送公钥和数字信封密钥给可信密钥管理系统;产生随机密钥作为工作密钥,基于随机密钥采用国密算法对数据块进行加密;根据属性和标识密钥还原出随机密钥,解密数据块;根据解密后的数据块判断是否有管理权限,如果存在管理权限,则再次授权给授权方。本发明能够满足多方或多级数据共享、细粒度授权与数据保护,可用于物联网终端与实体间数据共享、细粒度权限控制和数据保护、云环境下文件的细粒度授权、二次分发及数据安全保护工作场景。
Description
技术领域
本发明属于属性授权、数据及文件保护、金融安全、数据安全及物联网安全技术领域,尤其涉及一种基于数据属性授权的数据安全保护方法、存储介质及终端。
背景技术
目前,随着互联网、移动互联网技术、物联网和应用发展,不同实体间数据共享场景下需提供数据细粒度授权、二次分发及数据保密。例如:所属机构在联盟链上进行多方或多级数据共享,所属机构甲对写入的数据块进行加密保护,密文数据需要共享授权给多方,只有被授权的所属机构乙用户才可以解密该数据。所属机构乙可以二次或者多次授权给所属机构丙用户或者其他用户,所属机构丙用户或者其他用户在获得授权后也可解密该数据。
目前常用的数据安全分享的做法是:
1)采用对称或非对称的算法进行数据加密,此方式使用于点对点加密传输,或者多人密钥共享的场景,难以实现二次授权和分发操作;
2)使用集中的文件管控系统进行统一的授权访问控制,一但文件或数据落地后便难以进行控制分发控制和隐私保护;
3)采用数字信封的国际通用算法进行保护,难以实现二次分发授权控制并满足国密算法的安全合规。
综合现行的安全方案均难以满足数据的细粒度授权、隐私保护及二次授权的数据共享操作。因此,亟需一种新的数据安全保护方法。
通过上述分析,现有技术存在的问题及缺陷为:
(1)采用对称或非对称的算法进行数据加密的方法,难以实现二次授权和分发操作。
(2)使用集中的文件管控系统进行统一的授权访问控制的方法,一但文件或数据落地后便难以进行控制分发控制和隐私保护。
(3)采用数字信封的国际通用算法进行保护,难以实现二次分发授权控制并满足国密算法的安全合规。
(4)综合现行的安全方案均难以满足数据的细粒度授权、隐私保护及二次授权的数据共享操作。
解决以上问题及缺陷的难度为:
(1)实现一对多的细粒度授权和访问控制;
(2)如何解决数据的共享及二次分发的问题;
(3)满足国内相关的法律法规,尤其是算法合规;
解决以上问题及缺陷的意义为:
(1)解决不同场景下数据的授权和控制;
(2)提供数据共享和二次分发的数据防护,满足业务所需;
(3)满足算法的安全合规。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种基于数据属性授权的数据安全保护方法、存储介质及终端,尤其涉及一种采用数据属性进行细粒度授权、融合国密算法对数据隐私保护和二次分发的数据保护方法。TEE为可信执行环境本发明是这样实现的,一种基于数据属性授权的数据安全保护方法,包括:
TEE将产生的签名公钥和数字信封密钥上传给可信密钥管理系统;所述可信密钥管理系统利用数字信封保护密钥进行保护所述执行可信应用程序的区域上传的信息,并返回个人化属性;
所述TEE产生随机密钥作为工作密钥,基于所述随机密钥采用国密算法对数据块进行加密;
使用方根据自己的属性和标识密钥还原出随机密钥,解密数据块;使用方根据解密后的数据块判断是否有管理权限,如果使用方存在管理权限,则使用方再次授权给授权方。
进一步,所述采用国密算法对数据块进行加密,包括:
使用国密算法保护随机密钥R;
使用国密算法还原随机密钥R;
定义共享数据结构。
进一步,所述国密算法采用使用方属性作为个性化参数,利用使用方公钥对授权列表进行反向签名并保护分散因子;
所述国密算法将用户标识作为一种属性,把被撤销用户标识的“非”与密文关联起来,使撤销的用户无法解密密文;设:
W=U\R;
其中,U为系统中用户的标识集;R为用户撤销列表,包含被撤销用户的ID密文与W相关;
授权方只有满足ID∈W且属性与策略匹配时,才能解密密文;直接撤销模式下,未撤销用户无需周期性更新密钥;TEE加密时规定一个系统属性撤销列表实现系统属性的撤销。
进一步,所述使用国密算法保护随机密钥,包括:
1)对使用方属性进行SM3摘要后获得使用方属性摘要信息;
2)在TEE中生成一次性分散因子IV,用其对受保护的随机密钥R进行解密操作获得R分散结果;
3)对获取的使用方权限列表逐一进行摘要并用使用方公钥进行反向签名,再使用一次性分散因子分别加密后按顺序加入权限原文构造授权摘要结果;
4)以步骤2)产生的R分散结果作为数据,以步骤3)产生的结果授权摘要结果作为密钥进行SM4运算获取中间参数;
5)以步骤1)产生的使用方属性摘要信息和步骤4)产生的中间参数进行异或运算获得保密参数;
6)由用户ID、保密参数、授权摘要结果及采用使用方公钥保护的一次性分散因子共四部分组成该使用方授权信息;根授权的用户数量,重复1)到5)步骤构建授权列表CT,作为全新定义的数字信封结构的一部分。
进一步,所述使用国密算法还原随机密钥R,包括:
1)验证授权信息:通过授权列表中读取的该用户的授权摘要信息与计算摘要进行对比,如果有权限则进行下一步操作;
2)对使用方属性进行SM3摘要后获得使用方属性摘要信息;
3)从数字信封的授权列表中读取该使用方的保密参数;
4)使用步骤2)产生的使用方属性摘要信息和步骤3)产生的保密参数进行异或运算获得中间参数;
5)以步骤1)中读取的用户授权摘要做密钥,步骤4)中计算获得的中间参数做数据进行SM4运算获得还原获得R分散结果;
6)利用使用方私钥解密该用户公钥保护的分散因子得到的结果做密钥,以步骤5)获得的R分散结果做数据,进行加密操作从而还原获得随机密钥R。
进一步,所述数据结构包括数据的版本、数据的摘要信息、时间戳、数据块数据、版权、所有者标识、授权列表CT、日志。
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备,所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行所述的基于数据属性授权的数据安全保护方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行所述的基于数据属性授权的数据安全保护方法。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端,所述信息数据处理终端用于实现所述的基于数据属性授权的数据安全保护方法。
本发明的另一目的在于提供一种所述的基于数据属性授权的数据安全保护方法在所属机构联盟链上进行多方或多级数据共享的应用。
结合上述的所有技术方案,本发明所具备的优点及积极效果为:本发明提供的基于数据属性授权的数据安全保护方法,基于数据使用方属性、授权信息、公私钥融合国密算法对共享数据的工作密钥进行保护访问控制方法,以满足多方或多级数据共享、细粒度授权与数据保护,可用于物联网终端与实体间数据共享、细粒度权限控制和数据保护,亦可用于云环境下文件的细粒度授权、二次分发及数据安全保护工作场景。
本发明借助使用方的属性、授权列表、一次性分散因子、使用方公私钥,融合国密的摘要、加解密与签名等算法,并在TEE环境完成的受保护密钥生成和还原的过程;采用使用方属性作为个性化参数,利用使用方公钥对授权列表进行反向签名并保护分散因子,确保只有使用方本人才可以解密一次性分散因子IV。利用本发明可以实现基于属性授权来保护加密共享数据的随机密钥,从而实现在所属机构在联盟链上进行多方或多级数据共享的加密保护、二次或授权的场景应用。
本发明优化传统数字信封结构、参照CP-ABE算法进行改进、融合国密算法提高安全性,以确保机密性和对敏感数据的访问控制,这些敏感数据仅由持有用户公私钥、属性集的授权实体访问。使用密码算法实现细粒度访问控制并有效防御多用户共谋攻击、授权可追溯的同时实现数据的隐私保护、二次授权及数据安全共享。本发明的优势还包括:
(1)方案融合国密算法进行数据保护、完整性校验。加密的数据(采用国密算法)和保密参数(基于属性授权、用户标识密钥和工作密钥R分散计算获取)可以安全地分布在不安全的网络上,或存储在诚实但好奇的不受信任的第三方(即云提供商)中。因此,算法可实现机密性,基于属性授权的细粒度的控制访问机制。运用国密算法提高运算效率的并满足安全合规;
(2)全新定义数字信封的数据共享结构,便于多场景的应用。借助对称密码对大量可变大小的消息数据进行加密提升计算性能。同时提供数据版权、所有者、分发操作溯源的数据管控能力;
(3)采用用户数据属性授权与标识密钥结合方式保护工作密钥,只有那些具有有效属性和标识密钥的授权实体才能解密和恢复工作密钥,以对加密数据启动国密算法解密保护数据;
(4)拥有二次分发能力的用户可以在不改变原来加密数据包、版权、所有者的信息基础上结合新用户的属性进行二次授权,同时记录可溯源的日志;
(5)借鉴了传统数字信封的成熟经验,融入属性授权、标识密钥及国密算法,创造性的解决了在数据共享和授权时对对称密钥进行保护;
(6)采用TEE环境确保标识密钥、SM-ABE算法及国密算法的安全应用,深层提高了数据共享及二次授权分发的安全性。
通过本方法的使用可以从安全方面实现以下效果:
1)隐私保护:在整个体系结构中保护数据的隐私,只有满足属性策略并持有标识密钥的用户才能访问数据并获取相应的解密密钥。
2)细粒度访问控制:数据拥有者为它们的数据生成相应的授权访问策略,它们可以通过修改访问属性,以细粒度的方式授予或撤消使用方的访问权限。
3)相互验证身份:为了保护参与者的安全,系统应该提供相互验证身份,确保通讯实体间建立可信连接。
4)预防仿冒攻击:由于只有持有授权用户授权属性和标识密钥并在TEE中保护的用户才可以解密保密参数,从而计算获得保护数据,如果对手冒充合法用户试图访问受保护的共享数据,则无法实现。
5)抵御碰撞攻击:对称密钥采用真随机数、并且使用用户标识密钥及属性策略做分散保护,可以抵抗碰撞攻击。
6)抵御中间人攻击:数字信封记录了版权及可追溯的日志,通过验证可以识别信息的完整性和真实性。
7)混淆抵抗:用户间不能通过共享密钥或者合谋,访问未授权数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于数据属性授权的数据安全保护方法流程图。
图2是本发明实施例提供的SM-ABE算法逻辑流程图。
图3是本发明实施例提供的加密流程示意图。
图4是本发明实施例提供的解密流程示意图。
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,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种基于数据属性授权的数据安全保护方法、存储介质及终端,下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示,本发明实施例提供的基于数据属性授权的数据安全保护方法包括以下步骤:
S101,参数初始化:TEE产生签名公私钥并上送公钥和数字信封密钥给可信密钥管理系统TKMS;可信密钥管理系统TKMS用数字信封保护密钥保护并返回个人化属性。
S102,加密与授权:TEE产生真随机数R作为工作密钥,使用真随机数R采用国密算法加密数据块。
S103,解密:乙根据自己的属性和标识密钥还原出密钥R;乙用R解密数据块;TEE根据解密后的数据块判断是否有管理权限,如果乙存在管理权限,则乙可以再次授权给丙。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
1、SM-ABE算法概述
借助使用方的属性、授权列表、一次性分散因子、使用方公私钥,融合国密的摘要、加解密与签名等算法,并在TEE环境完成的受保护密钥生成和还原的过程。算法中采用使用方属性作为个性化参数,利用使用方公钥对授权列表进行反向签名并保护分散因子,确保只有使用方本人才可以解密一次性分散因子IV。利用该算法可以实现基于属性授权来保护加密共享数据的随机密钥,从而实现在所属机构在联盟链上进行多方或多级数据共享的加密保护、二次或授权的场景应用。
本算法提出SM-ABE的直接撤销思想,将用户标识作为一种属性,把被撤销用户标识的“非”与密文关联起来,使得撤销的用户无法解密密文。设W=U\R,其中:U为系统中用户的标识集;R为用户撤销列表,包含了被撤销用户的ID.密文与W相关。接收者只有满足ID∈W且属性与策略匹配时,才能解密密文。直接撤销模式下,未撤销用户无需周期性更新密钥。发送方加密时规定一个系统属性撤销列表可实现系统属性的撤销。
2、SM-ABE算法流程
SM-ABE算法主要由保护随机数R和还原随机数R两部分组成,为保证其安全性,运算均在TEE中完成。SM-ABE算法逻辑流程图如图2所示。
2.1使用SM-ABE算法保护随机数R
1)对使用方属性进行SM3摘要后获得使用方属性摘要信息;
2)在TEE(表示一个与SoC中其他模块隔离并能够执行可信应用程序(TAs)的区域)中生成一次性分散因子IV,用其对受保护的随机密钥R进行解密操作获得R分散结果;
3)对获取的使用方权限列表逐一进行摘要并用使用方公钥进行反向签名,再使用一次性分散因子分别加密后按顺序加入权限原文构造授权摘要结果;
4)以步骤2产生的R分散结果作为数据,以步骤3产生的结果授权摘要结果作为密钥进行SM4运算获取中间参数;
5)以步骤1产生的使用方属性摘要信息和步骤4产生的中间参数进行异或运算获得保密参数;
6)由用户ID、保密参数、授权摘要结果及采用使用方公钥保护的一次性分散因子共四部分组成该使用方授权信息。根授权的用户数量,重复1到5步骤构建授权列表CT,作为本方案全新定义的数字信封结构的一部分。
2.2使用SM-ABE算法还原随机数R
1)验证授权信息:通过授权列表中读取的该用户的授权摘要信息与按照2.4.2.1中步骤3计算摘要进行对比,如果有权限则进行下一步操作;
2)对使用方属性进行SM3摘要后获得使用方属性摘要信息;
3)从数字信封的授权列表中读取该使用方的保密参数;
4)使用步骤2产生的使用方属性摘要信息和步骤3产生的保密参数进行异或运算获得中间参数;
5)以步骤1中读取的用户授权摘要做密钥,步骤4中计算获得的中间参数做数据进行SM4运算获得还原获得R分散结果;
6)利用使用方私钥解密该用户公钥保护的分散因子得到的结果做密钥,以步骤5获得的R分散结果做数据,进行加密操作从而还原获得随机密钥R。
3、共享数据结构定义
表1共享数据结构定义
4、各步骤具体算法
(1)参数初始化
1)TEE产生签名公私钥并上送公钥证书和数字信封密钥给可信密钥管理系统TKMS。
2)可信密钥管理系统TKMS用数字信封保护密钥保护并返回个人化属性。
(2)加密与授权环节
TEE产生真随机数R作为工作密钥,使用真随机数R采用国密算法加密数据块。
加密流程示意图如图3所示。
(3)解密环节
1)乙根据自己的属性和标识密钥还原出密钥R;
2)乙用R解密数据块;
3)TEE根据解密后的数据块判断是否有管理权限,如果乙存在管理权限,则乙可以再次授权给丙。
解密流程示意图如图4所示。
在上述实施例中,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现,所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时,全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质,(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于数据属性授权的数据安全保护方法,其特征在于,所述基于数据属性授权的数据安全保护方法包括:
在TEE中产生公私钥对、并将公钥和数字信封密钥上传给可信密钥管理系统;所述可信密钥管理系统利用数字信封保护密钥进行保护可信应用程序的区域上传的信息,并返回个人化属性;
所述TEE产生随机密钥作为工作密钥,基于所述随机密钥采用国密算法对数据块进行加密;
使用方根据自己的属性和标识还原出随机密钥,并解密数据块;使用方根据解密后的数据块判断是否有管理权限,如果使用方存在管理权限,则使用方再次授权给授权方;
所述采用国密算法对数据块进行加密,包括:
使用国密算法保护随机密钥R;
使用国密算法还原随机密钥R;
定义共享数据结构;
所述国密算法采用使用方属性作为个性化参数,利用使用方公钥对授权列表进行反向签名并保护分散因子;
所述国密算法将用户标识作为一种属性,把被撤销用户标识的“非”与密文关联起来,使撤销的用户无法解密密文;设:
W=U\R;
其中,U为系统中用户的标识集;R为用户撤销列表,包含被撤销用户的ID密文;
授权方只有满足ID∈W且属性与策略匹配时,才能解密密文;直接撤销模式下,未撤销用户无需周期性更新密钥;TEE加密时规定一个系统属性撤销列表实现系统属性的撤销;
所述使用国密算法保护随机密钥,包括:
1)对使用方属性进行SM3摘要后获得使用方属性摘要信息;
2)在TEE中生成一次性分散因子IV,用其对受保护的随机密钥R进行解密操作获得R分散结果;
3)对获取的授权列表逐一进行摘要并用使用方公钥进行反向签名,再使用一次性分散因子分别加密后按顺序加入权限原文构造授权摘要结果;
4)以步骤2)产生的R分散结果作为数据,以步骤3)产生的结果授权摘要结果作为密钥进行SM4运算获取中间参数;
5)以步骤1)产生的使用方属性摘要信息和步骤4)产生的中间参数进行异或运算获得保密参数;
6)由用户ID、保密参数、授权摘要结果及采用使用方公钥保护的一次性分散因子共四部分组成该使用方授权信息;根授权的用户数量,重复1)到5)步骤构建授权列表CT,作为全新定义的数字信封结构的一部分;
所述使用国密算法还原随机密钥R,包括:
1)验证授权信息:通过授权列表中读取的用户的授权摘要信息与计算摘要进行对比,如果有权限则进行下一步操作;
2)对使用方属性进行SM3摘要后获得使用方属性摘要信息;
3)从数字信封的授权列表中读取该使用方的保密参数;
4)使用步骤2)产生的使用方属性摘要信息和步骤3)产生的保密参数进行异或运算获得中间参数;
5)以步骤1)中读取的用户授权摘要做密钥,步骤4)中计算获得的中间参数做数据进行SM4运算获得还原获得R分散结果;
6)利用使用方私钥解密该用户公钥保护的分散因子得到的结果做密钥,以步骤5)获得的R分散结果做数据,进行加密操作从而还原获得随机密钥R;
所述共享数据结构包括数据的版本、数据的摘要信息、时间戳、数据块数据、版权、所有者标识、授权列表CT、日志。
2.一种计算机设备,其特征在于,所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述计算机程序被所述处理器执行时,使得所述处理器执行权利要求1所述的基于数据属性授权的数据安全保护方法。
3.一种计算机可读存储介质,存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,使得所述处理器执行权利要求1所述的基于数据属性授权的数据安全保护方法。
4.一种信息数据处理终端,其特征在于,所述信息数据处理终端用于实现权利要求1所述的基于数据属性授权的数据安全保护方法。
5.一种如权利要求1所述的基于数据属性授权的数据安全保护方法在所属机构联盟链上进行多方或多级数据共享的应用。
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