CN117061091A - 一种分布式云场景下基于sm4的重要数据传输的机密性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及云计算技术领域，具体为一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，包括如下步骤：SM4密码算法实现；数据处理实现；系统改造实现；有益效果为：本发明提出的分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，在分布式云场景下，实现了系统之间重要数据的传输机密性，保护了业务支撑系统中的订单、实例、费用等重要数据，即便使用非法手段窃取了传输报文，也是加密后的密文，不用担心信息泄露，增强了数据安全；使用国家密码算法SM4进行加密解密，摆脱了对国外密码技术的依赖，更加符合政府对政务云提出的系统商用密码应用安全性评估的要求。
Description
技术领域
本发明涉及云计算技术领域，具体为一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法。
背景技术
伴随着云计算技术的快速发展和分布式云概念的提出，很多地方的政府部门也跟一些云服务商进行合作，搭建了本地的政务云平台，成立了云中心，将自己的业务部署上云，客户可通过使用云平台的业务支撑系统来进行订单的创建、资源实例的开通等操作。
现有技术中，各个云中心的业务支撑系统，日常运作过程中产生的订单、实例、费用等数据，都定期发送到一个业务管理系统中进行汇总统计、整体数据分析、费用出账等，所以，这些数据在传输过程中的安全性也就尤为重要。业务支撑系统通过定期调用业务管理系统的接口推送这些重要数据，先进行加密再进行传输，可以有效的防止泄露，即使有人用非法手段拿到了这些数据，拿到的也是加密后的密文，不用担心数据的泄漏。
为了从根本上摆脱我国对国外密码技术的依赖,实现从密码算法层面掌握核心的信息安全技术，国家密码管理局推出了SM系列密码算法，并且，随着国家密码算法推广的延伸，金融领域引入SM2、SM3、SM4等算法，逐步替换了原有的RSA、ECC等国外算法，于是提出了一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，了确保分布式云中，系统重要数据的安全性，防止商业机密被窃取、泄露，并摆脱对国外密码技术、国外加密算法的依赖,使用国家密码算法SM4对重要数据进行加密和解密，实现系统之间重要数据的传输机密性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，所述方法包括如下步骤：
SM4密码算法实现；
数据处理实现；
系统改造实现。
优选的，SM4密码算法实现的具体操作包括：
对于分布式云中的业务支撑系统和业务管理系统，直接根据算法原理，通过代码来实现SM4的加解密算法、密钥拓展算法；加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构，解密算法和加密算法的算法结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。
优选的，数据处理实现前，对数据进行加解密前、加解密后都需要进行格式转换处理。
优选的，数据处理实现的具体操作包括：
加密的时候，先把字符串格式的明文转换成字节数组，对明文字节数组进行SM4加密，得到密文字节数组；若把密文字节数组直接转换成字符串，得到字符串乱码，故先对密文字节数组进行Base64加密，再把Base64加密后的字节数组转换成字符串格式，字符串即为密文字符串。
优选的，数据处理实现的具体操作还包括：
解密的时候，先把字符串格式的密文转换成字节数组，由于加密的时候做过Base64加密，故把字节数组进行Base64解密，得到密文字节数组，对密文字节数组进行SM4解密，得到明文字节数组，将明文字节数组直接转换成字符串格式，即得到原始的明文字符串。
优选的，系统改造实现的具体操作包括：
将实现了SM4加解密算法的代码，封装成单独的代码包，由业务支撑系统及业务管理系统直接引入，实现系统直接调用api方法来对数据进行加密和解密。
优选的，各个业务支撑系统需定义生成自己的初始密钥并自行保存，以便加密的时候使用；业务管理系统则需要对这些密钥都进行保存，以保证分别解密不同云中心的业务支撑系统传输过来的加密数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，在分布式云场景下，实现了系统之间重要数据的传输机密性，保护了业务支撑系统中的订单、实例、费用等重要数据，即便使用非法手段窃取了传输报文，也是加密后的密文，不用担心信息泄露，增强了数据安全；使用国家密码算法SM4进行加密解密，摆脱了对国外密码技术的依赖，更加符合政府对政务云提出的系统商用密码应用安全性评估的要求。
附图说明
图1为本发明SM4的加解密流程图；
图2为本发明SM4密钥扩展的流程图；
图3为本发明数据处理流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，所述方法包括如下步骤：
1.SM4密码算法实现
SM4是中华人民共和国政府采用的一种分组密码标准，由国家密码管理局于2012年3月21日发布，相关标准为“GM/T 0002-2012《SM4分组密码算法》”。分组长度为128比特，密钥长度为128比特，加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构，解密算法和加密算法的算法结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。
SM4密码算法的原理是公开的，对于分布式云中的业务支撑系统和业务管理系统，可直接根据算法原理，通过代码来实现SM4的加解密算法、密钥拓展算法。
2数据处理实现
SM4算法处理的数据为字节数组格式，加密解密后的输出数据也是字节数组格式，而报文传输及保存至数据库中时，数据一般都是字符串格式，所以在对数据进行加解密前、加解密后都需要进行格式转换处理。
加密的时候，先把字符串格式的明文转换成字节数组，对明文字节数组进行SM4加密，得到密文字节数组。此时，若把密文字节数组直接转换成字符串，会得到字符串乱码，故先对密文字节数组进行Base64加密，再把Base64加密后的字节数组转换成字符串格式，该字符串即为密文字符串。
解密的时候，先把字符串格式的密文转换成字节数组，由于加密的时候做过Base64加密，故把该字节数组进行Base64解密，得到密文字节数组。对密文字节数组进行SM4解密，得到明文字节数组，将明文字节数组直接转换成字符串格式，即可得到原始的明文字符串。
3系统改造实现
将实现了SM4加解密算法的代码，封装成单独的代码包，由业务支撑系统及业务管理系统直接引入，这样系统可直接调用api方法来对数据进行加密和解密。
另外，各个业务支撑系统需定义生成自己的初始密钥并自行保存，以便加密的时候使用；业务管理系统则需要对这些密钥都进行保存，以保证可以分别解密不同云中心的业务支撑系统传输过来的加密数据。
SM4的加解密流程如图1所示，输入的明文为128bit数据，将其按位拆分为4个32bit的数据X0,X1,X2,X3；定义i＝0，将Xi+1,Xi+2,Xi+3和轮密钥Ki+4做异或运算，得到一个32bit的数据，把该数据拆分成4个8bit数据分别进行盒变换，再将4个8bit盒变换结果合并成一个32bit的数据，记为y；将y分别循环左移2，10，18，24位，得到4个32bit的左移结果，再加上y和Xi，这6个32bit数据做异或运算，得到Xi+4，至此完成了一轮的加解密运算；使用32个不同的轮密钥，完成32轮运算后，将最后得到的4个32bit数据X35,X34,X33,X32合并成一个128bit的数据，最后输出即可。
SM4密钥扩展的流程如图2所示，输入128bit的原始密钥，将其按位拆分为4个32bit的数据，分别与固定系统参数FK0,FK1,FK2,FK3进行异或运算，得到用于循环的密钥K0,K1,K2,K3；定义i＝0，将K1,K2,K3和固定参数CKi做异或运算，得到一个32bit的数据，把该数据拆分成4个8bit数据分别进行盒变换，再将4个8bit盒变换结果合并成一个32bit的数据，记为y；将y分别循环左移13位，23位，得到2个32bit的左移结果，再加上y和Ki，这4个32bit数据做异或运算，得到Ki+4，至此完成了一轮的运算，Ki+4即为用于加解密算法的密钥；使用32个不同的固定参数CKi完成32轮运算，便可获得32个用于加解密的密钥。
以上为SM4的加密算法和密钥拓展原理，若想要实现解密，将轮密钥Ki+4逆序后，执行一次32轮的加密运算即可实现。即将密文投入加密算法，进行每一轮的运算时，使用K35-i作为轮密钥(0≤i≤31)，最后获得的结果便是加密前的明文。
数据处理流程如图3所示，加密明文字符串时，先将字符串转换为字节数组格式，同时确定密钥、分组模式(ECB、CBC等)、填充模式(PKCS5Padding、PKCS7Padding等)，对字节数组进行SM4加密运算，得到加密后的字节数组，若把该密文字节数组直接转换成字符串，会得到字符串乱码，故先对密文字节数组进行Base64加密，再转换成字符串格式，即可得到密文字符串；解密密文字符串时，先把字符串转换为字节数组并进行Base64解密，保证密钥、分组模式、填充模式跟加密时的保持一致，然后进行SM4解密运算，得到解密后的字节数组，将该字节数组直接转换成字符串，即可得到明文字符串。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
SM4密码算法实现；
数据处理实现；
系统改造实现。
2.根据权利要求1所述的一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，其特征在于：SM4密码算法实现的具体操作包括：
对于分布式云中的业务支撑系统和业务管理系统，直接根据算法原理，通过代码来实现SM4的加解密算法、密钥拓展算法；加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构，解密算法和加密算法的算法结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序。
3.根据权利要求2所述的一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，其特征在于：数据处理实现前，对数据进行加解密前、加解密后都需要进行格式转换处理。
4.根据权利要求1所述的一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，其特征在于：数据处理实现的具体操作包括：
加密的时候，先把字符串格式的明文转换成字节数组，对明文字节数组进行SM4加密，得到密文字节数组；若把密文字节数组直接转换成字符串，得到字符串乱码，故先对密文字节数组进行Base64加密，再把Base64加密后的字节数组转换成字符串格式，字符串即为密文字符串。
5.根据权利要求1所述的一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，其特征在于：数据处理实现的具体操作还包括：
解密的时候，先把字符串格式的密文转换成字节数组，由于加密的时候做过Base64加密，故把字节数组进行Base64解密，得到密文字节数组，对密文字节数组进行SM4解密，得到明文字节数组，将明文字节数组直接转换成字符串格式，即得到原始的明文字符串。
6.根据权利要求1所述的一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，其特征在于：系统改造实现的具体操作包括：
将实现了SM4加解密算法的代码，封装成单独的代码包，由业务支撑系统及业务管理系统直接引入，实现系统直接调用api方法来对数据进行加密和解密。
7.根据权利要求6所述的一种分布式云场景下基于SM4的重要数据传输的机密性方法，其特征在于：各个业务支撑系统需定义生成自己的初始密钥并自行保存，以便加密的时候使用；业务管理系统则需要对这些密钥都进行保存，以保证分别解密不同云中心的业务支撑系统传输过来的加密数据。
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