CN116015981A - 一种缝纫数控文件数据加密方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种缝纫数控文件数据加密方法，采用多重密钥交叉混合的加密方式，对文件数据进行加密处理。首先执行第一层加密，获取标准数据头与指令内容的密钥（Key）和掩码（Mark），分别对标准数据头和指令内容进行加密。然后执行第二层加密，将第一层加密后的数据进行AES加密，增强对数据内容的加密强度，最后生成输出xdg格式文件。xdg格式文件包含转换成缝纫数据后的原始数据格式，有用户默认指令集、自定义指令集和原针点数据格式，主要用于支持二次不失真编辑，保证了图形数据完整性。

Description

一种缝纫数控文件数据加密方法

技术领域

本发明涉及缝纫数控领域，特别是指一种缝纫数控文件数据加密方法。

背景技术

工业4.0时代，工业发展偏向于自动化和智能化，让机器更具智慧，让人工操作更简单。因此自动化控制也在不断的变革，以适应时代的发展和响应时代的召唤。与此同时数据安全方面也是重中之重，既可以为开创者护航又能保证程序控制稳定可靠。我们处于自动缝制行业，设计出更加符合该行业需求的图形数据格式文件，同时提供更加有效的数据安全可靠的加解密机制，为缝制设备赋予更多能力，助力缝制业的良性发展。

现有技术中，图形数据通过简单的加密安全性低，对图形完整性校验偏弱。随着工艺需求复杂度增加，图形数据包含信息较少，难以满足现有缝制工艺的需求，因此需要更多更详细的图形属性信息数据。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种缝纫数控文件数据加密方法，采用多重密钥交叉混合的加密方式，对文件数据进行加密处理，增强对数据内容的加密强度，最后生成输出xdg格式文件；xdg格式文件包含转换成缝纫数据后的原始数据格式，包括用户默认指令集、自定义指令集和原针点数据格式，用于支持二次不失真编辑，保证加密文件的正确性的同时保证图形数据完整性。

本发明采用如下技术方案：

一种缝纫数控文件数据加密方法，包括：

S1：第一层数据加密处理：

S11：获取缝纫数控文件数据，并对缝纫数控文件数据进行文件标识验证，所述缝纫数控文件数据包括文件头数据和指令内容数据；

S12：生成加密所需的密钥，包括系统时间戳和系统随机数，整合后分别得到文件头数据第一密钥、文件头数据第二密钥、文件头数据的掩码、文件头数据辅助掩码；将系统的随机数经过第一加密运算，整合后分别得到指令内容数据第一密钥、指令内容数据内容第二密钥、指令内容数据掩码、指令内容数据初始加数；

S13：对文件头数据进行加密：采用异或的方式进行加密，先根据文件头数据第一密钥进行加密CHKey1，再根据文件头数据第二密钥进行加密，并将加密后的结果进行异或，异或运算时添加文件头数据的掩码；再对数据进行移位，首尾字节进行交换位置；循环进行文件头数据加密操作，直到加密完所有文件头数据，得到第一层加密文件头数据；

S14：对指令内容数据进行加密：将指令内容数据第一密钥、指令内容数据内容第二密钥、指令内容数据掩码进行第二加密运算；将指令内容数据与第二加密运算后的指令内容数据第一密钥和指令内容数据内容第二密钥进行异或，再与指令内容数据初始加数组合运算，得出加密后的数据；每次异或运算完成后，第二加密运算后的指令内容数据第一密钥和指令内容数据内容第二密钥加上第二加密运算后的指令内容指令内容数据掩码，实现更新；循环进行指令内容数据加密操作，直到加密完所有指令内容数据，得到第一层加密指令内容数据；

S2：第二层数据加密处理：

S15：初始化文件头，标记索引，并根据随机函数和当前时间缀得到再加密文件头数据密钥和再加密指令内容数据密钥；

S16：对文件头数据再加密：将再加密文件头密钥进行运算得到再加密文件头密钥第一辅助和再加密文件头密钥第二辅助；第一层加密文件头数据与再加密文件头密钥进行异或作为加密后的结果；每次异或运算完成后，再加密文件头数据密钥与再加密文件头密钥第一辅助、再加密文件头密钥第二辅助进行相加，转换成新再加密文件头数据密钥；循环进行上述加密操作，直至第一层加密文件头数据处理完成；

S17：第一层加密指令内容数据根据改进后的AES加密算法进行加密，根据标记索引，获取到对应的原始密钥和原始向量；通过标记索引确定加密模式，经过不同加密模式加密后，最终生成xdg文件，完成加密。

更进一步地，所述改进后的AES加密算法，具体为：

改进后的AES加密算法生成AES加密密钥，AES加密密钥用于加密第一层加密指令内容数据；计算AES加密密钥的生成：把原始密钥和文件内容密钥进行异或操作，再根据标记索引进行移位操作，再加上第一层加密指令内容数据的长度，得到的数值就是计算AES加密密钥；计算AES加密向量的生成：把第一层加密指令内容数据的长度和原始向量进行相加，再与标记索引进行移位，对中间的两字节进行交换；得到的值就是计算AES加密向量；扩展密钥的生成：把计算AES加密密钥作为初始轮的数据，再进行10轮的变换，每一轮的变换操作：先获取上一轮生成的16字节，放到一个临时数组中，然后把数组的字节左移，把左移出来的字节数放到数组末尾，接着把数组中第0个字节与一个轮常数值进行异或操作；然后进行遍历混淆，用上一轮的结果与临时数组中的数据进行异或操作，得到新一轮的结果；接着把新生成的结果保存到临时数组中，进行下一次的遍历，经过10轮的变换，得到176字节的扩展密钥。

更进一步地，通过标记索引确定加密模式，所述加密模式包括CBC加密模式、CTR加密模式和ECB加密模式。

更进一步地，所述CBC加密模式具体为：

把第一层加密指令内容数据分成大小为16字节的数据块进行遍历，把数据块与计算AES加密向量进行异或操作，接着进行初始轮的加密，把数据块与扩展密钥的前16个字节进行异或操作，再把数据块中的每个字节进行字节替换；再进行移位，接着把变换后的数据块与扩展密钥中对应的轮次的字节数据进行异或操作；至此完成一轮的加密；对每一个数据块都进行上面的加密操作，即可完成对第一层加密指令内容数据的加密。

更进一步地，所述CTR加密模式具体为：

把计算AES加密向量转换临时数组中，然后与扩展密钥的前16个字节进行异或操作；再对临时数组中的每个字节进行字节替换、行移位和列混淆，最后与扩展密钥中相应轮的密钥进行异或操作；经过10轮的变换操作，得到新的临时数组。再把数据块中的每个字节都与临时数组中的每个字节进行异或操作；把每一个数据块都进行相同的操作，即完成对第一层加密指令内容数据的加密。

更进一步地，所述ECB加密模式具体为：

把第一层加密指令内容数据分成大小为16字节的数据块，再与扩展密钥的前16个字节进行异或操作；然后对数据块中的每个字节进行字节替换、行移位和列混淆，最后与扩展密钥中相应轮的密钥进行异或操作；把每一个数据块都进行相同的操作作，即完成对第一层加密指令内容数据的加密。

更进一步地，将系统的随机数经过第一加密运算，整合后分别得到指令内容数据第一密钥、指令内容数据内容第二密钥、指令内容数据掩码、指令内容数据初始加数，所述第一加密运算具体为：

将系统的随机数，加上0x124891AB后再乘以94。

更进一步地，将指令内容数据第一密钥、指令内容数据内容第二密钥、指令内容数据掩码进行第二加密运算，具体为：

指令内容数据第一密钥加上0x58，指令内容数据内容第二密钥加上0x48，指令内容数据掩码加上0x57。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）本发明提供的一种缝纫数控文件数据加密方法，采用多重密钥交叉混合的加密方式，对文件数据进行加密处理。首先执行第一层加密，获取标准数据头与指令内容的密钥（Key）和掩码（Mark），分别对标准数据头和指令内容进行加密。然后执行第二层加密，将第一层加密后的数据进行AES加密，增强对数据内容的加密强度，最后生成输出xdg格式文件。xdg格式文件包含转换成缝纫数据后的原始数据格式，有用户默认指令集、自定义指令集和原针点数据格式，主要用于支持二次不失真编辑，保证了图形数据完整性。

2）本发明实现了对数据安全的强加密，同时保证了加密文件的正确性，保留所有原图形数据完整性，提供更加可靠的、完整的缝纫数控数据文件。

附图说明

图1为本发明实施例提供的缝制图形数据生成流程图；

图2为本发明实施例提供的xdg图形第一层数据加密流程图；

图3为本发明实施例提供的xdg图形第二层数据加密流程图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供的一种缝纫数控文件数据加密方法，采用多重密钥交叉混合的加密方式，对文件数据进行加密处理。首先执行第一层加密，获取标准数据头与指令内容的密钥（Key）和掩码（Mark），分别对标准数据头和指令内容进行加密。然后执行第二层加密，将第一层加密后的数据进行AES加密，增强对数据内容的加密强度，最后生成输出xdg格式文件。xdg格式文件包含转换成缝纫数据后的原始数据格式，有用户默认指令集、自定义指令集和原针点数据格式，主要用于支持二次不失真编辑，保证了图形数据完整性。

如图1，为本发明实施例提供的缝制图形数据生成流程图，首先通过“星火绘图软件”将常用xsd、dxf、dst、dsb、ai、plt等格式图形文件，转换为xdg数据，通过星火专有加密方法对数据进行加密，最后生成xdg文件用于缝制设备按图形数据进行缝制。具体包括第一层数据加密流程图和第二层数据加密流程图；

如图2为本发明实施例提供的xdg图形第一层数据加密流程图；具体包括：

步骤1：明文xdg数据由星火缝纫数控软件生成的图形文件数据，文件中包含用户默认指令、自定义指令、节点数据以及工艺动作指令，具备丰富的图形信息数据。由文件头数据和指令内容数据组成。明文数据文件前面是“XHCNC”字符，表示星火数控，属于星火数控的缝纫工作数据文件，第一文件验证标识，吻合才能进行后续的数据加解密操作处理。

步骤2：生成加密所需的密钥，由系统时间戳和系统随机数，整合后分别得到文件头数据密钥1（HKey1）、文件头数据密钥2（HKey2）、文件头数据的掩码（HMark）、文件头数据辅助掩码(HHelpMark)。将系统的随机数，加上0x124891AB的和再乘以94，最后整合后分别得到内容密钥1（CKey1）、内容密钥2（CKey2）、内容掩码(CMark)、内容初始加数（CAddNum）。

步骤3：对文件头数据进行加密：采用异或的方式进行加密，先是CHKey1,然后是CHKey2,两者进行异或，而且CHKey1、CHKey2每当参与计算一次异或，就会加上CHMark。然后对数据进行移位，首尾字节进行交换位置。循环进行文件头数据加密操作，直到加密完所有文件头数据。

步骤4：对指令内容数据进行加密：CKey1 加上0x58，CKey2加上0x48，CMark加上0x57。先将数据与CKey1和CKey2进行异或，再与CAddNum组合运算，得出加密后的数据。全部数据运算完成后，CKey1、CKey2会加上CMark，更新自身数值。循环进行指令内容数据加密操作，直到加密完所有指令内容数据，加密完的数据整合成一个allData数据。

图3为本发明实施例提供的xdg图形第二层数据加密流程图；

步骤5：初始化文件头：文件头以“XH”开头，标记索引（FMarkIndex）。文件头的密钥(FHKey)、文件内容区的密钥（FCKey）根据随机函数、当前时间缀计算得到。

步骤6：对文件头进行加密：文件头密钥(FHKey)加上0x78作为文件头密钥辅助1(FHMark1)，文件头密钥(FHKey)加上0x67作为文件头密钥辅助2(FHMark2)。文件头中的数据与FHKey进行异或得到值作为加密后的结果。同时FHKey与FHMark1、FHMark2进行相加，转换成新的FHKey。然后循环进行上述加密操作，直至文件头数据处理完成。

步骤7：对文件内容数据（allData）进行加密，加密方式是对AES算法进行了改进。根据标记索引FMarkIndex，获取到对应的原始密钥（OriginKey）和原始向量（OriginVector）。通过标记索引确定加密模式，加密模式有CBC加密模式、CTR加密模式和ECB加密模式，不同的加密模式使用不同的加密处理流程。经过上述加密模式加密后，最终生成xdg文件，文件中的前面两个字符是“XH”标识，为xdg格式文件的第一辨别标识。

步骤8：AES所需的密钥生成，密钥用于加密allData数据。计算密钥的生成：把原始密钥OriginKey和文件内容密钥（FCKey）进行异或操作，然后根据标记索引（FMarkIndex）将其数值进行移位操作，再加上allData的长度，得到的数值就是计算密钥（CalcKey）。计算向量的生成：把allData的长度和原始向量OriginVector进行相加。然后与标记索引（FMarkIndex）进行移位，对中间的两字节进行交换。得到的值就是计算向量（CalcVector）。扩展密钥的生成：把计算密钥（CalcKey）作为初始轮的数据，然后进行10轮的变换。在每一轮的变换操作：先获取上一轮生成的16字节，放到一个临时数组中，然后把数组的字节左移，把左移出来的字节数放到数组末尾。接着把数组中第0个字节与一个轮常数值进行异或操作。然后进行遍历混淆，用上一轮的结果（16字节）与临时数组中的数据进行异或操作，得到新一轮的结果。接着把新生成的结果保存到临时数组中，进行下一次的遍历。经过10轮的变换，得到176字节的扩展密钥。

其中，CBC加密模式，按照步骤8的方式生成计算密钥、计算向量和扩展密钥，然后将allData进行CBC模式的加密。开始进行CBC模式的加密，把allData分成大小为16字节的数据块进行遍历，把数据块与计算向量（CalcVector）进行异或操作。接着进行初始轮的加密，把数据块与扩展密钥的前16个字节进行异或操作。然后把数据块中的每个字节进行字节替换，即从S盒中取出对应的替换数据。然后进行移位，可以把数据块看成4*4的矩阵，把第1列上移，把第2列中的第0行2列与第2行2列进行交换、第1行2列与3行2列进行交换，接着下移第3列，接着进行列混淆。接着把变换后的数据块与扩展密钥中对应的轮次的字节数据进行异或操作。至此完成一轮的加密。对每一个数据块都进行上面的加密操作，即可完成对allData的加密。

CTR加密模式，按照步骤8的方式生成计算密钥、计算向量和扩展密钥，然后将allData进行CTR模式的加密。把计算向量转换成tempCalcVector的一个临时数组中，然后与扩展密钥的前16个字节进行异或操作。然后对临时数组中的每个字节进行字节替换、行移位和列混淆，最后与扩展密钥中相应轮的密钥进行异或操作。经过10轮的变换操作，得到新的临时数组。再把数据块中的每个字节都与临时数组中的每个字节进行异或操作。把每一个数据块都经过上面的操作，即可完成对allData数据的加密。

ECB加密模式，按照步骤8的方式生成计算密钥、计算向量和扩展密钥，然后将allData进行ECB模式的加密。把allData分成大小为16字节的数据块，然后与扩展密钥的前16个字节进行异或操作。然后对数据块中的每个字节进行字节替换、行移位和列混淆，最后与扩展密钥中相应轮的密钥进行异或操作。把每一个数据块都经过上面的操作，即可完成对allData数据的加密。

本发明提供的一种缝纫数控文件数据加密方法，采用多重密钥交叉混合的加密方式，对文件数据进行加密处理。首先执行第一层加密，获取标准数据头与指令内容的密钥（Key）和掩码（Mark），分别对标准数据头和指令内容进行加密。然后执行第二层加密，将第一层加密后的数据进行AES加密，增强对数据内容的加密强度，最后生成输出xdg格式文件。xdg格式文件包含转换成缝纫数据后的原始数据格式，有用户默认指令集、自定义指令集和原针点数据格式，主要用于支持二次不失真编辑，保证了图形数据完整性。

2）本发明实现了对数据安全的强加密，同时保证了加密文件的正确性，保留所有原图形数据完整性，提供更加可靠的、完整的缝纫数控数据文件。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (8)

1.一种缝纫数控文件数据加密方法，其特征在于，包括：

S1：第一层数据加密处理：

S11：获取缝纫数控文件数据，并对缝纫数控文件数据进行文件标识验证，所述缝纫数控文件数据包括文件头数据和指令内容数据；

S12：生成加密所需的密钥，包括系统时间戳和系统随机数，整合后分别得到文件头数据第一密钥、文件头数据第二密钥、文件头数据的掩码、文件头数据辅助掩码；将系统的随机数经过第一加密运算，整合后分别得到指令内容数据第一密钥、指令内容数据内容第二密钥、指令内容数据掩码、指令内容数据初始加数；

S13：对文件头数据进行加密：采用异或的方式进行加密，先根据文件头数据第一密钥进行加密CHKey1，再根据文件头数据第二密钥进行加密，并将加密后的结果进行异或，异或运算时添加文件头数据的掩码；再对数据进行移位，首尾字节进行交换位置；循环进行文件头数据加密操作，直到加密完所有文件头数据，得到第一层加密文件头数据；

S14：对指令内容数据进行加密：将指令内容数据第一密钥、指令内容数据内容第二密钥、指令内容数据掩码进行第二加密运算；将指令内容数据与第二加密运算后的指令内容数据第一密钥和指令内容数据内容第二密钥进行异或，再与指令内容数据初始加数组合运算，得出加密后的数据；每次异或运算完成后，第二加密运算后的指令内容数据第一密钥和指令内容数据内容第二密钥加上第二加密运算后的指令内容指令内容数据掩码，实现更新；循环进行指令内容数据加密操作，直到加密完所有指令内容数据，得到第一层加密指令内容数据；

S2：第二层数据加密处理：

S15：初始化文件头，标记索引，并根据随机函数和当前时间缀得到再加密文件头数据密钥和再加密指令内容数据密钥；

S16：对文件头数据再加密：将再加密文件头密钥进行运算得到再加密文件头密钥第一辅助和再加密文件头密钥第二辅助；第一层加密文件头数据与再加密文件头密钥进行异或作为加密后的结果；每次异或运算完成后，再加密文件头数据密钥与再加密文件头密钥第一辅助、再加密文件头密钥第二辅助进行相加，转换成新再加密文件头数据密钥；循环进行上述加密操作，直至第一层加密文件头数据处理完成；

S17：第一层加密指令内容数据根据改进后的AES加密算法进行加密，根据标记索引，获取到对应的原始密钥和原始向量；通过标记索引确定加密模式，经过不同加密模式加密后，最终生成xdg文件，完成加密。

2.根据权利要求1所述的一种缝纫数控文件数据加密方法，其特征在于，所述改进后的AES加密算法，具体为：

改进后的AES加密算法生成AES加密密钥，AES加密密钥用于加密第一层加密指令内容数据；计算AES加密密钥的生成：把原始密钥和文件内容密钥进行异或操作，再根据标记索引进行移位操作，再加上第一层加密指令内容数据的长度，得到的数值就是计算AES加密密钥；计算AES加密向量的生成：把第一层加密指令内容数据的长度和原始向量进行相加，再与标记索引进行移位，对中间的两字节进行交换；得到的值就是计算AES加密向量；扩展密钥的生成：把计算AES加密密钥作为初始轮的数据，再进行10轮的变换，每一轮的变换操作：先获取上一轮生成的16字节，放到一个临时数组中，然后把数组的字节左移，把左移出来的字节数放到数组末尾，接着把数组中第0个字节与一个轮常数值进行异或操作；然后进行遍历混淆，用上一轮的结果与临时数组中的数据进行异或操作，得到新一轮的结果；接着把新生成的结果保存到临时数组中，进行下一次的遍历，经过10轮的变换，得到176字节的扩展密钥。

3.根据权利要求2所述的一种缝纫数控文件数据加密方法，其特征在于，通过标记索引确定加密模式，所述加密模式包括CBC加密模式、CTR加密模式和ECB加密模式。

4.根据权利要求3所述的一种缝纫数控文件数据加密方法，其特征在于，所述CBC加密模式具体为：

把第一层加密指令内容数据分成大小为16字节的数据块进行遍历，把数据块与计算AES加密向量进行异或操作，接着进行初始轮的加密，把数据块与扩展密钥的前16个字节进行异或操作，再把数据块中的每个字节进行字节替换；再进行移位，接着把变换后的数据块与扩展密钥中对应的轮次的字节数据进行异或操作；至此完成一轮的加密；对每一个数据块都进行上面的加密操作，即可完成对第一层加密指令内容数据的加密。

5.根据权利要求3所述的一种缝纫数控文件数据加密方法，其特征在于，所述CTR加密模式具体为：

把计算AES加密向量转换临时数组中，然后与扩展密钥的前16个字节进行异或操作；再对临时数组中的每个字节进行字节替换、行移位和列混淆，最后与扩展密钥中相应轮的密钥进行异或操作；经过10轮的变换操作，得到新的临时数组。再把数据块中的每个字节都与临时数组中的每个字节进行异或操作；把每一个数据块都进行相同的操作，即完成对第一层加密指令内容数据的加密。

6.根据权利要求3所述的一种缝纫数控文件数据加密方法，其特征在于，所述ECB加密模式具体为：

把第一层加密指令内容数据分成大小为16字节的数据块，再与扩展密钥的前16个字节进行异或操作；然后对数据块中的每个字节进行字节替换、行移位和列混淆，最后与扩展密钥中相应轮的密钥进行异或操作；把每一个数据块都进行相同的操作作，即完成对第一层加密指令内容数据的加密。

7.根据权利要求1所述的一种缝纫数控文件数据加密方法，其特征在于，将系统的随机数经过第一加密运算，整合后分别得到指令内容数据第一密钥、指令内容数据内容第二密钥、指令内容数据掩码、指令内容数据初始加数，所述第一加密运算具体为：

将系统的随机数，加上0x124891AB后再乘以94。

8.根据权利要求1所述的一种缝纫数控文件数据加密方法，其特征在于，将指令内容数据第一密钥、指令内容数据内容第二密钥、指令内容数据掩码进行第二加密运算，具体为：

指令内容数据第一密钥加上0x58，指令内容数据内容第二密钥加上0x48，指令内容数据掩码加上0x57。

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