CN114662160A - 数字摘要方法、系统及网络传输中的数字摘要方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字摘要方法、系统及网络传输中的数字摘要方法，该数字摘要方法包括构建哈希表；对需要进行数字摘要的消息文件的数据块进行标记，标记出每个数据块所隶属的消息文件、所在扇区号以及该数据块在消息文件中的块序；确定数据块块内摘要以及块间摘要的哈希函数；对存储介质按标记的扇区进行顺序读取，对该数据块进行块内摘要获取块内摘要值，并利用哈希表以及该数据块的块内摘要值、块序、该消息文件已有的数字摘要值进行块间摘要获取本次块间摘要后的数字摘要值。整个摘要流程只需要一次顺序读取即可完成对多个消息文件的摘要，大大提高了摘要的效率，减少了系统开销。

Description

数字摘要方法、系统及网络传输中的数字摘要方法
技术领域
本发明涉及一种用于对非连续存储的数据块进行数字摘要的方法及系统。
背景技术
数字摘要算法，是数字签名，密码保护领域里面一个很基础的算法，主要目的是将一个任意长的消息摘要成一个长度为n的哈希值，其作为一个密码应用的前置操作有着极为重要的地位。
目前计算机领域里使用的数字摘要算法所使用的哈希函数都需要顺序的提供消息内容，这样才能将该消息转换为一个碰撞尽可能小的长度为n的哈希值。
从存储角度而言，数字内容都是随机存放在存储空间中的，而绝大多数存储都是“寻道费时”的。这样，如果要完整的摘要一个存储中的消息，需要耗费较多时间进行随机读取，无法在一次顺序读取后完成一个消息的摘要，如果需要摘要的消息不止一条，那么耗时会呈现级数上升，这样整体的效率会很低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种数字摘要方法、系统及网络传输中的数字摘要方法，可对非连续存储的数据块进行顺序读取并获得准确的数字摘要值，提高摘要效率。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种用于非连续数据块的数字摘要方法，包括：
构建哈希表；
对需要进行数字摘要的消息文件的数据块进行标记，标记出每个数据块所隶属的消息文件、所在扇区号以及该数据块在消息文件中的块序；
确定数据块块内摘要以及块间摘要的哈希函数；
对存储介质按标记的扇区进行顺序读取，对该数据块进行块内摘要获取块内摘要值，并利用哈希表以及该数据块的块内摘要值、块序、该消息文件已有的数字摘要值进行块间摘要获取本次块间摘要后的数字摘要值；若读取到的数据块属于未读取过的消息文件则初始化一个新的摘要后，再对该数据块进行块内摘要和块间摘要。
作为一种改进，所述哈希表的容量为256项，每项的长度为64bit。
作为一种进一步的改进，所述构建哈希表的方法包括：
利用前256个素数的平方根小数部分的前64位构成数值表；
或者，利用0~255共256个数值构建CRC值生成数值表。
作为另一种更进一步的改进，所述块内摘要的方法为利用CRC64方法进行从0开始的摘要。
作为一种改进，所述块间摘要的方法包括：
将数据块在消息文件中的块序n Mod 256后确定哈希表索引，并获取一个预设散列值hn；
利用公式D = D’^ (hn ^ (Cn >> 8)）进行摘要，其中D为该消息文件进行本次块间摘要后的数字摘要值，D’为该消息文件进行本次块间摘要前的数字摘要值，Cn为该数据块块内摘要值。
本发明还提供一种网络传输中用于非连续数据块的数字摘要方法，包括：
将需要传输的消息文件划分为若干个数据包，利用上述的数字摘要方法对所述数据包进行数字摘要从而获得参考摘要值；
将参考摘要值放入最后一个数据包中，并将所有数据包进行传输；
接收数据包并获取该数据包的包序，并对数据包进行块内摘要获取块内摘要值；若数据包为第一个收到的数据包则初始化新的数字摘要值后再进行块内摘要；
利用哈希表以及数据包的包序、块内摘要值、已有的摘要值D进行块间摘要获取本次块间摘要后的数字摘要值；
接收完毕后将最终获得的数字摘要值与参考摘要值进行对比，若数字摘要值与参考摘要值相同则说明传输正确。
本发明还提供一种用于非连续数据块的数字摘要系统，包括：
哈希表构建模块，用于构建哈希表；
存储标记模块，用于对需要进行数字摘要的消息文件的数据块进行标记，标记出每个数据块所隶属的消息文件、所在扇区号以及该数据块在消息文件中的块序；
存储读取模块，用于对存储介质按标记的扇区进行顺序读取；
块内摘要模块，用于对数据块进行块内摘要生成块内摘要值；
块间摘要模块，用于利用哈希表以及数据块的块内摘要值、块序、消息文件已有的数字摘要值进行块间摘要获取更新后的数字摘要值。
作为一种改进，所述块间摘要模块包括：
预设散列值获取模块，用于将数据块在消息文件中的块序n Mod 256后确定哈希表索引，并获取一个预设散列值hn；
数字摘要值获取模块，用于利用公式D = D’^ (hn ^ (Cn >> 8)）进行摘要，其中D为消息文件更新后的数字摘要值，D’为消息文件已有的数字摘要值，Cn为该数据块块内摘要值。
本发明的有益之处在于：本发明通过对存储介质中的数据块进行标记，标记出其所隶属的消息文件、扇区号、在所述文件中的块序，然后对存储介质按照标记进行顺序读取并进行块内摘要、块间摘要后获得数字摘要值。整个摘要流程只需要一次顺序读取即可完成对多个消息文件的摘要，大大提高了摘要的效率，减少了系统开销。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明在网络传输中应用的流程图。
图3为本发明的结构原理图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
消息文件在存储介质如磁盘中的存储是将消息文件分割成n个数据块，并随机分散存储在磁盘扇区中，即其存储是“乱序”的。因此想要读取整个消息文件就要依次找到块序从1~n数据块所在的磁盘扇区，这样耗费在寻址上的时间就较多。如果想要同时对多个消息文件进行数字摘要的话，那么在寻址上的开销就会成几何级数递增。
为了减少在寻址上消耗的时间，如图1所示，本发明实施例1提供一种用于非连续数据块的数字摘要方法，包括：
S11构建哈希表；本发明中，所述哈希表的容量为256项，每项的长度为64bit。本发明中构建哈希表包括两种方法，其一为利用前256个素数（2、3、5、7……）的平方根小数部分的前64位构成数值表即为本发明的哈希表；其二为利用0~255共256个数值构建CRC值（循环校验值）生成数值表即为本发明的哈希表。构建的哈希表记作Hash_T[256]，哈希表用于存储消息文件的数字摘要值。
S12对需要进行数字摘要的消息文件的数据块进行标记，标记出每个数据块所隶属的消息文件、所在扇区号以及该数据块在消息文件中的块序，记作file(S，n),其中file为数据块所隶属的消息文件文件名，S为数据块所在扇区号，n为数据块在的消息文件中的块序，例如数据块为消息文件中的第100个数据块，此处n就记作100。
S13确定数据块块内摘要以及块间摘要的哈希函数。
本发明中，块内摘要的方法为利用CRC64方法进行从0开始的摘要从而获得一个块内摘要值Cn。
而块间摘要的方法包括：
S131将数据块在消息文件中的位置n Mod 256后确定哈希表Hash_T[256]索引，并获取一个预设散列值hn；
S132利用公式D = D’^ (hn ^ (Cn >> 8)）进行摘要，其中D为该消息文件进行本次块间摘要后的数字摘要值，D’为该消息文件进行本次块间摘要前的数字摘要值，Cn为该数据块块内摘要值。
S14对存储介质按标记的扇区进行顺序读取，对该数据块进行块内摘要获取块内摘要值，并利用该数据块的块内摘要值、块序、该消息文件已有的数字摘要值进行块间摘要获取本次块间摘要后的数字摘要值；若读取到的数据块属于未读取过的消息文件则初始化一个新的摘要并存储至和文件相关的存储单元中后，再对该数据块进行块内摘要和块间摘要；
本步骤中，从存储介质如磁盘的扇区0开始进行扫描，第一个扫描到的数据块有可能是隶属于某一个消息文件的第n个数据块，第二个扫描到的数据块有可能是隶属于另一个消息文件的第m个数据块……。于是当扫描到一个数据块后，读取其步骤2中标记的标记信息，判断其是否属于未读取过的消息文件的数据块。如果是，则为新的消息文件数据块初始化一个新的摘要，其数字摘要值D初始为0，并且将其存储到与消息文件相关的存储单元中。然后采用步骤S13中块内摘要方法对数据块进行块内摘要获得块内摘要值Cn，然后再利用S13中块间摘要方法对数据块进行块间摘要获得该消息文件的数字摘要值D，即先将数据块在消息文件中的块序n Mod 256后确定哈希表Hash_T[256]索引，并获取一个预设散列值hn；然后利用公式D = D’^ (hn ^ (Cn >> 8)）进行摘要，其中D为该消息文件进行本次块间摘要后的数字摘要值，D’为该消息文件进行本次块间摘要前的数字摘要值即0，Cn为该数据块块内摘要值。
如果数据块属于已读取过的消息文件的数据块，则直接采用步骤S13中块内摘要方法对数据块进行块内摘要获得块内摘要值Cn，然后再利用S13中块间摘要方法对数据块进行块间摘要获得该消息文件的数字摘要值D。
然后继续按照扇区继续顺序扫描，扫描到下一个数据块后又判断其是否属于未读取过的消息文件的数据块以此类推，直到扫描完磁盘的所有扇区。这样，所有消息文件的所有数据块在一次顺序读取的过程中就完成了数字摘要。
如图2所示，本发明实施例2还提供本发明还提供一种网络传输中用于非连续数据块的数字摘要方法，包括：
S21将需要传输的消息文件划分为n个数据包，利用实施例1的数字摘要方法对所述数据包进行数字摘要从而获得参考摘要值D_ref；本实施例中，数据包即为实施例1中的数据块，参考摘要值的获取方法也如同实施例1，此处不再赘述。
S22将参考摘要值放入最后一个数据包中，并将所有数据包进行传输；
S23接收数据包并获取该数据包的包序，并对数据包进行块内摘要获取块内摘要值；若数据包为第一个收到的数据包则初始化新的数字摘要值后再进行块内摘要；本步骤中，接收端接收来自发送端发送的数据包，数据包的发送也是乱序的，因此第一收到的数据包其包序可能是1~n中的任意一个，当收到第一个数据包后，既初始化一个数字摘要值D=0，然后对该数据包进行块内摘要，块内摘要的具体方法如实施例1步骤13中所述，此处不再赘述。
S24利用哈希表以及数据包的包序、块内摘要值、已有的数字摘要值D进行块间摘要获取本次块间摘要后的数字摘要值D；块间摘要的具体方法如实施例1步骤S13中所述，此处不再赘述。其中所述哈希表为步骤S21中获得参考摘要值D_ref所用的哈希表。
S25接收完毕后将最终获得的数字摘要值D与参考摘要值D_ref进行对比，若数字摘要值D与参考摘要值D_ref相同则说明传输正确，若不同则说明传输出现问题。
如果采用现有的摘要方法，由于摘要过程和数据包顺序依赖，未到顺序的包只能缓存起来在后面摘要，这样就浪费了存储效率。而本发明中无需数据包的包序并无依赖，对接收到的数据包逐一进行摘要即可。
如图3所示，本发明还提供一种用于非连续数据块的数字摘要系统，包括：
哈希表构建模块，用于构建哈希表。
存储标记模块，用于对需要进行数字摘要的消息文件的数据块进行标记，标记出每个数据块所隶属的消息文件、所在扇区号以及该数据块在消息文件中的块序。
存储读取模块，用于对存储介质按标记的扇区进行顺序读取。
块内摘要模块，用于对数据块进行块内摘要生成块内摘要值。
块间摘要模块，用于利用哈希表以及数据块的块内摘要值、块序、消息文件已有的数字摘要值进行块间摘要获取更新后的数字摘要值，具体包括：
预设散列值获取模块，用于将数据块在消息文件中的块序n Mod 256后确定哈希表索引，并获取一个预设散列值hn；
数字摘要值获取模块，用于利用公式D = D’^ (hn ^ (Cn >> 8)）进行摘要，其中D为消息文件更新后的数字摘要值，D’为消息文件已有的数字摘要值，Cn为该数据块块内摘要值。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种数字摘要方法，其特征在于包括：
构建哈希表；
对需要进行数字摘要的消息文件的数据块进行标记，标记出每个数据块所隶属的消息文件、所在扇区号以及该数据块在消息文件中的块序；
确定数据块块内摘要以及块间摘要的哈希函数；
对存储介质按标记的扇区进行顺序读取，对该数据块进行块内摘要获取块内摘要值，并利用哈希表以及该数据块的块内摘要值、块序、该消息文件已有的数字摘要值进行块间摘要获取本次块间摘要后的数字摘要值；若读取到的数据块属于未读取过的消息文件则初始化一个新的摘要后，再对该数据块进行块内摘要和块间摘要。
2.根据权利要求1所述的一种数字摘要方法，其特征在于所述哈希表的容量为256项，每项的长度为64bit。
3.根据权利要求2所述的一种数字摘要方法，其特征在于所述构建哈希表的方法包括：
利用前256个素数的平方根小数部分的前64位构成数值表；
或者，利用0~255共256个数值构建CRC值生成数值表。
4.根据权利要求1所述的一种数字摘要方法，其特征在于所述块内摘要的方法为利用CRC64方法进行从0开始的摘要。
5.根据权利要求1所述的一种数字摘要方法，其特征在于所述块间摘要的方法包括：
将数据块在消息文件中的块序n Mod 256后确定哈希表索引，并获取一个预设散列值hn；
利用公式D = D’^ (hn ^ (Cn >> 8)）进行摘要，其中D为该消息文件进行本次块间摘要后的数字摘要值，D’为该消息文件进行本次块间摘要前的数字摘要值，Cn为该数据块块内摘要值。
6.一种数字摘要方法，其特征在于包括：
将需要传输的消息文件划分为若干个数据包，利用权利要求1~5中任意一项所述的数字摘要方法对所述数据包进行数字摘要从而获得参考摘要值；
将参考摘要值放入最后一个数据包中，并将所有数据包进行传输；
接收数据包并获取该数据包的包序，并对数据包进行块内摘要获取块内摘要值；若数据包为第一个收到的数据包则初始化新的数字摘要值后再进行块内摘要；
利用哈希表以及数据包的包序、块内摘要值、已有的数字摘要值进行块间摘要获取本次块间摘要后的数字摘要值；
接收完毕后将最终获得的数字摘要值与参考摘要值进行对比，若数字摘要值与参考摘要值相同则说明传输正确。
7.一种数字摘要系统，其特征在于包括：
哈希表构建模块，用于构建哈希表；
存储标记模块，用于对需要进行数字摘要的消息文件的数据块进行标记，标记出每个数据块所隶属的消息文件、所在扇区号以及该数据块在消息文件中的块序；
存储读取模块，用于对存储介质按标记的扇区进行顺序读取；
块内摘要模块，用于对数据块进行块内摘要生成块内摘要值；
块间摘要模块，用于利用哈希表以及数据块的块内摘要值、块序、消息文件已有的数字摘要值进行块间摘要获取更新后的数字摘要值。
8.根据权利要求7所述的一种数字摘要系统，其特征在于所述块间摘要模块包括：
预设散列值获取模块，用于将数据块在消息文件中的块序n Mod 256后确定哈希表索引，并获取一个预设散列值hn；
数字摘要值获取模块，用于利用公式D = D’^ (hn ^ (Cn >> 8)）进行摘要，其中D为消息文件更新后的数字摘要值，D’为消息文件已有的数字摘要值，Cn为该数据块块内摘要值。
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FRANK BREITINGER: "Towards a Process Model for Hash Functions in Digital Forensics", 《DOI: 10.1007/978-3-319-14289-0 12》 *
尹嘉成: "基于区块链和IPFS的医疗数据共享模型", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）医药卫生科技辑》 *
慢慢变亮~: "哈希表（数据结构）", 《HTTPS://BLOG.CSDN.NET/WEIXIN_53412458/ARTICLE/DETAILS/122134921》 *
燕雪峰等: "基于分层哈希编号的智能制造产线数据同步方法", 《数据采集与处理》 *

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