TW201740305A - 資料加密方法、資料解密方法、裝置及系統 - Google Patents

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Abstract

本發明公開了一種資料加密方法及裝置，同時公開了一種資料解密方法及裝置，一種金鑰儲存方法及裝置，一種金鑰提供方法及裝置，一種資料加密系統，以及另一種資料加密方法。其中，所述資料加密方法，包括：接收針對待儲存資料的加密請求；採用預設方式選取金鑰、以及用於標識所述金鑰的金鑰標籤；用所述金鑰對所述加密請求攜帶的資料加密；輸出加密後的資料以及所述金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置；其中，所述金鑰是從用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列的金鑰池中獲取的。採用本方法，可以保障金鑰分發過程的安全性；而且可以靈活地採用不同的金鑰對資料進行加密，有效地保障了資料儲存的安全性。

Description

資料加密方法、資料解密方法、裝置及系統
本發明涉及資料加密技術，具體涉及一種資料加密方法及裝置。本發明同時涉及一種資料解密方法及裝置，一種金鑰儲存方法及裝置，一種金鑰提供方法及裝置，一種資料加密系統，以及另一種資料加密方法。
隨著資料種類以及數量的日益增多，為了避免公司資料、客戶資料等敏感性資料因為洩露而引發的損失，資料儲存加密技術得到了較為普遍的應用，成為保護資料安全性的有效方法。資料儲存加密技術通常是指，在將資料寫入存放裝置之前採用特定技術為資料加密，從而確保存放在存放裝置上的資料的安全性，相應的，在讀取已儲存資料時則採用相應技術為資料解密。
資料儲存加密技術按照實現手段可以分為主機軟體加密、加密儲存安全交換機、嵌入式專門加密設備以及基於存放裝置本身的加密機制等方法，各種方法的邏輯架構中通常都包括加密解密單元、以及金鑰管理中心。其中加密解密單元通常是指，對待儲存的資料利用固定金鑰進行加 密、對讀取的已儲存資料採用固定金鑰進行解密的功能單元；金鑰管理中心通常是指，負責儲存金鑰、以及對金鑰進行更換等管理操作的功能單元。一般情況下，加密解密單元中的金鑰是不會輕易去改變的，只有在遇到金鑰洩露或者有重大的洩露風險的情況的時候才會更新金鑰，例如：透過金鑰管理中心和加密解密單元透過非對稱加密演算法建立加密安全傳輸通道、將新的金鑰傳給加密解密單元；或者是由專門的管理維護人員透過拷貝等方式去現場手動更新金鑰。而且更新金鑰後需要做好對歷史金鑰及歷史資料的管理，以免造成存放裝置中的歷史資料無法解密，導致資料損失。
上述資料儲存加密技術，存在以下缺陷：
1)由於加密解密單元使用的金鑰通常都是固定的，會增加資料被暴力破解的可能性，而且一旦金鑰發生洩露，整個儲存的資料都將面臨被竊讀的危險，從而導致資料的安全性無法得到保障。
2)設置或者更換金鑰的過程(即：金鑰分發過程)存在安全隱患，例如：採用非對稱加密演算法更新金鑰存在傳輸過程被竊聽、演算法被破解的風險，而人工更新則存在惡意洩露的危險。
3)每次更換金鑰之後，為了避免歷史資料損失，管理維護人員都要額外執行對歷史金鑰及資料的妥善處理，操作複雜。
本發明實施例提供一種資料加密方法和裝置，以解決現有的資料儲存加密技術無法保障資料儲存、金鑰分發的安全性、以及金鑰更換操作複雜的問題。本發明實施例還提供一種資料解密方法和裝置，一種金鑰儲存方法，一種金鑰提供方法，一種資料加密系統，以及另一種資料加密方法。
本發明提供一種資料加密方法，包括：接收針對待儲存資料的加密請求；採用預設方式選取金鑰、以及用於標識所述金鑰的金鑰標籤；用所述金鑰對所述加密請求攜帶的資料加密；輸出加密後的資料以及所述金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置；其中，所述金鑰是從加密解密單元的金鑰池獲取的、且與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同，所述金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；用於標識所述金鑰的金鑰標籤與金鑰管理中心相同。
可選的，所述採用預設方式選取金鑰、以及用於標識所述金鑰的金鑰標籤，包括：判斷是否需要更換金鑰；若是，從所述金鑰池中獲取金鑰，所述金鑰與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同； 並獲取用於標識所述金鑰的、且與金鑰管理中心相同的金鑰標籤；否則，採用上一次執行加密操作所用的金鑰、以及相應的金鑰標籤。
可選的，所述判斷是否需要更換金鑰，包括：根據是否接收到金鑰更換指令，判斷是否需要更換金鑰；或者，根據預設的金鑰更換策略，判斷是否需要更換金鑰。
可選的，所述預設的金鑰更換策略，包括：按照預設的時間間隔更換金鑰；或者，針對每次接收到的加密請求更換金鑰。
可選的，所述從所述金鑰池中獲取金鑰，所述金鑰與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同，包括：按照預設方式從所述金鑰池中獲取金鑰；向金鑰管理中心發送金鑰更換同步請求、以觸發金鑰管理中心獲取相同的金鑰。
可選的，在按照預設方式從所述金鑰池中獲取金鑰之後，執行下述操作：採用預設演算法計算所述金鑰的散列值；所述向金鑰管理中心發送金鑰更換同步請求，包括：向金鑰管理中心發送至少包含所述散列值的金鑰更換同步請求。
可選的，所述獲取用於標識所述金鑰的、且與金鑰管 理中心相同的金鑰標籤，採用以下方式實現：採用與金鑰管理中心相同的演算法產生用於標識所述金鑰的金鑰標籤；或者，採用與金鑰管理中心交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識所述金鑰的金鑰標籤。
相應的，本發明還提供一種資料加密裝置，包括：加密請求接收單元，用於接收針對待儲存資料的加密請求；金鑰及標籤選取單元，用於採用預設方式選取金鑰、以及用於標識所述金鑰的金鑰標籤；所述金鑰是從加密解密單元的金鑰池獲取的、且與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同，所述金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；用於標識所述金鑰的金鑰標籤與金鑰管理中心相同；資料加密單元，用於用所述金鑰對所述加密請求攜帶的資料加密；加密資料及標籤輸出單元，用於輸出加密後的資料以及所述金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置。
可選的，所述金鑰及標籤選取單元包括：金鑰更換判斷子單元，用於判斷是否需要更換金鑰；新金鑰及標籤獲取子單元，用於當所述金鑰更換判斷子單元的輸出為是時，從所述金鑰池中獲取金鑰，所述金 鑰與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同；並獲取用於標識所述金鑰的、且與金鑰管理中心相同的金鑰標籤；舊金鑰及標籤採用子單元，用於當所述金鑰更換判斷子單元的輸出為否時，採用上一次執行加密操作所用的金鑰、以及相應的金鑰標籤。
其中，所述新金鑰及標籤獲取子單元包括：新金鑰獲取子單元，用於當所述金鑰更換判斷子單元的輸出為是時，從所述金鑰池中獲取金鑰，所述金鑰與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同；新標籤獲取子單元，用於獲取用於標識所述金鑰的、且與金鑰管理中心相同的金鑰標籤；可選的，所述金鑰更換判斷子單元具體用於，根據是否接收到金鑰更換指令，判斷是否需要更換金鑰；或者，根據預設的金鑰更換策略，判斷是否需要更換金鑰。
可選的，所述新金鑰獲取子單元包括：金鑰池金鑰獲取子單元，用於按照預設方式從所述金鑰池中獲取金鑰；金鑰更換同步請求發送子單元，用於向金鑰管理中心發送金鑰更換同步請求、以觸發金鑰管理中心獲取相同的金鑰。
可選的，所述新標籤獲取子單元具體用於，採用與金鑰管理中心相同的演算法產生用於標識所述金鑰的金鑰標 籤；或者，採用與金鑰管理中心交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識所述金鑰的金鑰標籤。
此外，本發明還提供一種資料解密方法，包括：接收針對已儲存資料的解密請求；根據所述解密請求攜帶的金鑰標籤，從金鑰管理中心獲取相應的金鑰；用所述金鑰對所述解密請求攜帶的資料解密；將解密後的資料返回給所述解密請求的請求方。
可選的，所述根據所述解密請求攜帶的金鑰標籤，從金鑰管理中心獲取相應的金鑰，包括：向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求，所述請求中攜帶從所述解密請求中提取的金鑰標籤；從金鑰管理中心返回的應答中獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰。
可選的，所述從金鑰管理中心返回的應答中獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰，包括：從金鑰管理中心返回的應答中提取加密後的金鑰；採用與金鑰管理中心相同的金鑰對所述加密後的金鑰解密，並將解密後的金鑰作為與所述金鑰標籤對應的金鑰。
可選的，在向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求之前，執行下述操作：採用對稱加密演算法，對從所述解密請求中提取的金鑰標籤加密； 相應的，在向金鑰管理中心發送的金鑰獲取請求中攜帶的是加密後的金鑰標籤。
可選的，在向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求之前，包括：從加密解密單元的金鑰池中獲取金鑰，所述金鑰與透過發送金鑰獲取同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同；並將獲取的金鑰作為對從應答中提取的金鑰解密所採用的金鑰、或者對從應答中提取的金鑰解密以及對金鑰標籤加密所採用的金鑰；其中，所述金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列。
可選的，在用所述金鑰對所述解密請求攜帶的資料解密之後，還包括：刪除所述金鑰。
相應的，本發明還提供一種資料解密裝置，包括：解密請求接收單元，用於接收針對已儲存資料的解密請求；金鑰獲取單元，用於根據所述解密請求攜帶的金鑰標籤，從金鑰管理中心獲取相應的金鑰；資料解密單元，用於用所述金鑰對所述解密請求攜帶的資料解密；解密資料返回單元，用於將解密後的資料返回給所述解密請求的請求方。
可選的，所述金鑰獲取單元包括： 獲取請求發送子單元，用於向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求，所述請求中攜帶從所述解密請求中提取的金鑰標籤；應答金鑰獲取子單元，用於從金鑰管理中心返回的應答中獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰。
可選的，所述應答金鑰獲取子單元，包括：加密金鑰提取子單元，用於從金鑰管理中心返回的應答中提取加密後的金鑰；金鑰解密子單元，用於採用與金鑰管理中心相同的金鑰對所述加密後的金鑰解密，並將解密後的金鑰作為與所述金鑰標籤對應的金鑰。
可選的，所述裝置包括：金鑰標籤加密單元，用於在觸發所述金鑰獲取單元之前，採用對稱加密演算法，對從所述解密請求中提取的金鑰標籤加密；所述獲取請求發送子單元具體用於，向金鑰管理中心發送攜帶加密後的金鑰標籤的金鑰獲取請求。
此外，本發明還提供一種金鑰儲存方法，包括：接收加密解密單元發送的金鑰更換同步請求；從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰，所述金鑰池用於儲存金鑰管理中心與加密解密單元執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；獲取用於標識所述金鑰的、且與加密解密單元相同的金鑰標籤； 將所述金鑰和所述金鑰標籤對應儲存於金鑰資料庫中。
可選的，所述從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰，包括：按照預設的、與加密解密單元相同的方式從金鑰池中獲取金鑰。
可選的，所述金鑰更換同步請求中攜帶請求方所選金鑰的散列值；在所述按照預設的、與加密解密單元相同的方式從金鑰池中獲取金鑰之後，還包括：採用預設演算法計算所述金鑰的散列值；比較計算得到的散列值與所述金鑰更換同步請求中攜帶的散列值是否一致，若一致，則視為所述金鑰與加密解密單元獲取的金鑰相同。
可選的，所述獲取用於標識所述金鑰的、且與加密解密單元相同的金鑰標籤，包括：採用與加密解密單元相同的演算法產生用於標識所述金鑰的金鑰標籤；或者，採用與加密解密單元交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識所述金鑰的金鑰標籤。
相應的，本發明還提供一種金鑰儲存裝置，包括：金鑰更換同步請求接收單元，用於接收加密解密單元發送的金鑰更換同步請求；金鑰池金鑰獲取單元，用於從金鑰管理中心的金鑰池 中獲取與加密解密單元相同的金鑰，所述金鑰池用於儲存金鑰管理中心與加密解密單元執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；金鑰標籤獲取單元，用於獲取用於標識所述金鑰的、且與加密解密單元相同的金鑰標籤；金鑰及標籤儲存單元，用於將所述金鑰和所述金鑰標籤對應儲存於金鑰資料庫中。
可選的，所述金鑰池金鑰獲取單元，具體用於按照預設的、與加密解密單元相同的方式從金鑰池中獲取金鑰。
可選的，所述金鑰標籤獲取單元，具體用於採用與加密解密單元相同的演算法產生用於標識所述金鑰的金鑰標籤；或者，採用與加密解密單元交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識所述金鑰的金鑰標籤。
此外，本發明還提供一種金鑰提供方法，包括：接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求；根據所述金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰；將獲取的金鑰返回給加密解密單元。
可選的，在所述將獲取的金鑰返回給加密解密單元之前，執行下述操作：採用對稱加密演算法，對所述獲取的金鑰加密；相應的，返回給加密解密單元的金鑰為：加密後的金鑰。
可選的，所述根據所述金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤 查詢金鑰資料庫，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰，包括：從所述金鑰獲取請求中提取加密後的金鑰標籤；採用與加密解密單元相同的金鑰對所述加密後的金鑰標籤解密；根據解密後的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰。
可選的，在接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求之前，包括：根據接收到的金鑰獲取同步請求，從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰；並將獲取的金鑰作為對從金鑰資料庫獲取的金鑰加密所採用的金鑰、或者對從金鑰資料庫獲取的金鑰加密以及對金鑰標籤解密所採用的金鑰；其中，所述金鑰池用於儲存金鑰管理中心與加密解密單元執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列。
相應的，本發明還提供一種金鑰提供裝置，包括：金鑰獲取請求接收單元，用於接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求；金鑰查詢單元，用於根據所述金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰；金鑰返回單元，用於將獲取的金鑰返回給加密解密單元。
可選的，所述裝置還包括：金鑰加密單元，用於在觸發金鑰返回單元之前，採用對稱加密演算法，對所述獲取的金鑰加密；相應的，所述金鑰返回單元，具體用於將加密後的金鑰返回給加密解密單元。
可選的，所述金鑰查詢單元包括：金鑰標籤提取子單元，用於從所述金鑰獲取請求中提取加密後的金鑰標籤；金鑰標籤解密子單元，用於採用與加密解密單元相同的金鑰對所述加密後的金鑰標籤解密；資料庫查詢子單元，用於根據解密後的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰。
此外，本發明還提供一種資料加密系統，包括：根據上述任意一項所述的資料加密裝置，根據上述任意一項所述的資料解密裝置，根據上述任意一項所述的金鑰提供裝置，以及用於執行量子金鑰分發操作的一對量子金鑰分發引擎裝置。
此外，本發明還提供另一種資料加密方法，包括：接收針對待儲存資料的加密請求；採用預設方式選取金鑰、以及用於標識所述金鑰的金鑰標籤；用所述金鑰對所述加密請求攜帶的資料加密；輸出加密後的資料以及所述金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置。
可選的，所述金鑰是從加密解密單元的金鑰池獲取的，所述金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：本發明提供的資料加密方法，接收針對待儲存資料的加密請求後，用基於預設方式選取的金鑰的對待儲存資料加密，並輸出加密後的資料、以及所選金鑰的金鑰標籤，以便將這兩項資訊對應儲存於存放裝置中。其中，所述金鑰是從加密解密單元的金鑰池獲取的、且與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同，所述金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；用於標識所述金鑰的金鑰標籤與金鑰管理中心相同。
本發明提供的上述方法，採用量子金鑰分發技術實現金鑰管理中心與加密解密單元之間的金鑰分發，基於量子力學原理保障金鑰分發過程的安全性；而且在執行資料加密操作時，採用的是基於預設方式選取的金鑰、而不是固定金鑰，從而可以靈活地採用不同的金鑰對資料進行加密，有效地保障了資料儲存的安全性；同時針對所使用的金鑰引入了金鑰標籤，透過與金鑰管理中心維護相同金鑰及金鑰標籤、以及在存放裝置上將加密後資料與金鑰標籤對應儲存，從而在採用不同金鑰對資料加密的同時，可以保證讀取資料時執行正確的解密操作，而且省卻了管理維護人員在金鑰變更時維護歷史金鑰及資料的額外操作，大 大簡化金鑰更換的操作流程。
301‧‧‧加密請求接收單元
302‧‧‧金鑰及標籤選取單元
303‧‧‧資料加密單元
304‧‧‧加密資料及標籤輸出單元
501‧‧‧金鑰更換同步請求接收單元
502‧‧‧金鑰池金鑰獲取單元
503‧‧‧金鑰標籤獲取單元
504‧‧‧金鑰及標籤儲存單元
701‧‧‧解密請求接收單元
702‧‧‧金鑰獲取單元
703‧‧‧資料解密單元
704‧‧‧解密資料返回單元
901‧‧‧金鑰獲取請求接收單元
902‧‧‧金鑰查詢單元
903‧‧‧金鑰返回單元
1001‧‧‧加密解密設備
1001-1‧‧‧資料加密裝置
1001-2‧‧‧資料解密裝置
1001-3‧‧‧量子金鑰分發引擎裝置
1002‧‧‧金鑰管理中心設備
1002-1‧‧‧金鑰儲存裝置
1002-2‧‧‧金鑰提供裝置
1002-3‧‧‧量子金鑰分發引擎裝置
圖1是本發明的一種資料加密方法的實施例的流程圖；圖2是本發明實施例提供的採用預設方式選取金鑰、以及用於標識所述金鑰的金鑰標籤的處理流程圖；圖3是本發明的一種資料加密裝置的實施例的示意圖；圖4是本發明的一種金鑰儲存方法的實施例的流程圖；圖5是本發明的一種金鑰儲存裝置的實施例的示意圖；圖6是本發明的一種資料解密方法的實施例的流程圖；圖7是本發明的一種資料解密裝置的實施例的示意圖；圖8是本發明的一種金鑰提供方法的實施例的流程圖；圖9是本發明的一種金鑰提供裝置的實施例的示意圖；圖10是本發明的一種資料加密系統的示意圖；圖11是本發明的另一種資料加密方法的實施例的流程圖。
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明。但是，本發明能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此，本發明不受下面公開的具體實施的限制。
在本發明的技術方案中，量子金鑰分發操作，是指收發雙方量子設備遵循量子金鑰分發協定，經過原始金鑰協商、金鑰篩選和糾錯、隱私放大等處理流程後，雙方產生相同的隨機金鑰序列的操作過程；金鑰序列，是指由若干金鑰比特組成的序列；金鑰池，是指儲存執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列的記憶體區域；金鑰標籤，是指用於區分不同金鑰的標識資訊，其形式可以為數值、或者字串等；金鑰更換同步請求，是指加密解密單元發送給金鑰中心的、用於觸發金鑰中心從其金鑰池中獲取與加密解密單元相同金鑰的請求。
在本發明中，分別提供了一種資料加密方法及裝置，一種資料解密方法及裝置，一種金鑰儲存方法及裝置，一種金鑰提供方法及裝置，一種資料加密系統，以及另一種資料加密方法。在下面的實施例中逐一進行詳細說明。
現有的資料儲存加密實現方案中，通常包括加密解密單元和金鑰管理中心，由於加密解密單元通常採用固定金鑰對待儲存資料加密，而且在面臨金鑰洩露風險時，在金鑰管理中心和加密解密單元透過非對稱加密演算法進行金 鑰更新、或者進行人工更新後，還需要管理維護人員執行額外的維護處理，因此不僅資料儲存、金鑰分發的安全性得不到保障、而且金鑰更換操作複雜。
本發明提供的技術方案，包括：資料加密方法、資料解密方法、金鑰儲存方法、以及金鑰提供方法，透過引入量子金鑰分發技術、以及金鑰標籤，解決了現有技術存在的上述問題。
本發明提供的技術方案，在金鑰管理中心和加密解密單元中分別添加量子金鑰分發引擎，透過執行量子金鑰分發協議在金鑰管理中心和加密解密單元產生相同的金鑰序列，並儲存在各自的金鑰池中；當需要對待儲存資料加密時，加密解密單元用從自己的金鑰池中獲取的金鑰進行加密，並輸出加密後的資料以及金鑰標籤，以便對應儲存在存放裝置上，金鑰管理中心則將與加密解密單元同步獲取的相同金鑰以及金鑰標籤儲存在金鑰資料庫中；當需要對已儲存資料解密時，加密解密單元根據已儲存資料的金鑰標籤向金鑰管理中心獲取金鑰，並用獲取的金鑰執行解密操作。
其中，所述量子金鑰分發引擎執行的量子金鑰分發協議包括BB84、B91、B92協議，以及後來為提高成碼率提出的Continuous variable QKD、DSP-QKP、SARG等協議。遵循量子金鑰分發協議的量子金鑰分發過程如下所述：其中一方(以下簡稱Alice)隨機地產生一組二進位資料串，根據資料串選擇原始向量製備相應編碼的量子 態，並透過量子通道發送給另一方(以下簡稱Bob)，Bob接收到量子態後隨機選擇測量原始向量進行測量；隨後，Bob透過經典通道公開自己的測量原始向量，從而雙方篩選出原始向量相同的原始金鑰；最後雙方透過估計誤碼率、糾錯、隱私放大等處理獲取到無條件安全的金鑰序列。
在本技術方案中，金鑰管理中心和加密解密單元中的量子金鑰分發引擎，採用預設方式，例如：連續地、或者定時地，執行量子金鑰分發協議，從而產生相同的金鑰序列，並儲存在各自的金鑰池中。
由於本技術方案引入了量子金鑰分發技術，從而基於量子力學原理保障金鑰分發過程的安全性；進一步地，由於引入了金鑰標籤，因此可以採用不同的金鑰對待儲存資料加密，實現金鑰使用細微性的多樣化，一方面保證資料儲存的安全性，令一方面簡化了金鑰更換的操作流程。
下面對本發明提供的各實施例逐一進行說明。為了便於描述，在以下的實施例中，將實施資料加密方法的模組稱為資料加密模組，將實施資料解密方法的模組稱為資料解密模組，將實施金鑰儲存方法的模組稱為金鑰儲存模組，將實施金鑰提供方法的模組稱為金鑰提供模組。
金鑰管理中心包括：金鑰儲存模組、金鑰提供模組、以及量子金鑰分發引擎模組，加密解密單元包括：資料加密模組、資料解密模組、以及量子金鑰分發引擎模組。其中，資料加密模組輸出的金鑰更換同步請求，具體由金鑰 管理中心的金鑰儲存模組接收並處理，資料解密模組輸出的金鑰獲取請求(以及金鑰獲取同步請求)，具體由金鑰管理中心的金鑰提供模組接收並處理。
參考圖1，其為本發明的一種資料加密方法的實施例的流程圖，所述方法包括如下步驟：
步驟101、接收針對待儲存資料的加密請求。
前端主機或者伺服器輸出的資料，通常會經過拆分、壓縮等資料處理後，經由加密解密單元的資料儲存加密模組進行加密處理。例如：前端主機或者伺服器輸出的資料，由執行上述資料處理操作的功能單元進行必要處理後，所述功能單元可以透過調用預設介面或者發送消息等方式觸發資料加密模組對待儲存資料加密，資料加密模組就會相應接收到針對待儲存資料的加密請求，所述請求中至少攜帶待儲存資料。
步驟102、採用預設方式選取金鑰、以及用於標識所述金鑰的金鑰標籤。
本實施例的核心在於，加密解密單元與金鑰管理中心透過各自的量子金鑰分發引擎執行量子金鑰分發操作產生金鑰序列，並儲存在各自的金鑰池中。對待儲存資料加密時，則可以採用加密解密單元金鑰池中的金鑰進行加密。具體到每一次的資料加密操作，可以選用上一次執行加密操作所使用的金鑰、該金鑰也是從金鑰池中獲取的，即，用舊金鑰執行本次加密操作，也可以重新從金鑰池中獲取金鑰，即，用更換後的新金鑰執行本次加密操作。
不難理解，如果存放裝置中所儲存的加密資料使用的是相同金鑰的話，一旦金鑰洩露，會造成所有資料的洩露。然而如果存放裝置中的加密資料不是採用相同金鑰加密的話，那麼洩露的金鑰只能破解洩露的金鑰對應的加密資料，會大大降低危害性。金鑰更換的時間細微性越小，資料的安全性越高。因此本步驟透過預設方式選取用於加密的金鑰、而不是固定使用相同的金鑰，從而消除了使用相同金鑰加密的弊端，有助於提高資料儲存的安全性。本步驟的具體實施可以包括步驟102-1至步驟102-4，下面結合圖2作進一步說明。
步驟102-1、判斷是否需要更換金鑰，若是，執行步驟102-2，否則，執行步驟102-4。
可以採用不同的方式判斷是否需要更換金鑰。下面給出兩種實施方式：
(一)根據預設的金鑰更換策略進行判斷。
所述預設的金鑰更換策略可以是：按照預設的時間間隔更換金鑰。例如：預設的時間間隔為5秒，在具體實施時則可以設置計時器的超時時間為5秒，如果發生計時器超時事件，則判定需要更換金鑰(並在更換金鑰後重定計時器)，否則不需要更換。
所述預設的金鑰更換策略，也可以是：針對每次接收到的加密請求更換金鑰，這也是本實施例提供的優選實施方式。針對每次加密請求中攜帶的資料都採用更換後的金鑰進行加密，即：實現對資料的“一存一密”，從而可以 提供更高安全等級的加密服務，即使出現某一金鑰洩露的情況，被破解的也只是用這個金鑰加密的資料，不會造成其他的資料洩露。
上述列舉了兩種金鑰更換策略，在實際實施時，還可以預先設定其他的金鑰更換策略，此處不再贅述。透過設置不同的金鑰更換策略，可以實現金鑰使用的不同細微性，為提高資料儲存的安全性提供保障。
(二)根據是否接收到金鑰更換指令進行判斷。
具體實施時，也可以將根據預設的金鑰更換策略決定是否更換金鑰的功能從資料儲存加密模組剝離出來，由其他模組或者單元依據預設的金鑰更換策略進行決策，並發送相應的金鑰更換指令。在這種情況下，如果資料儲存加密模組接收到金鑰更換指令、則判定需要更換金鑰，否則不需要。
例如：金鑰更換指令可以由發送加密請求的功能單元發送，如果步驟101接收到的加密請求中攜帶了金鑰更換指令，則判定需要更換金鑰，否則不需要。
步驟102-2、從加密解密單元的金鑰池中獲取金鑰，所述金鑰與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同。
執行到本步驟，說明需要更換金鑰，因此本步驟可以從加密解密單元的金鑰池中獲取金鑰，考慮到後續通常會有對加密資料的解密需求，因此從金鑰池中獲取金鑰的操作應該與金鑰管理中心同步，從而金鑰管理中心可以儲存 相應的金鑰資訊以便執行解密操作。
具體實現可以是：按照預設方式從加密解密單元的金鑰池中獲取金鑰；向金鑰管理中心發送金鑰更換同步請求、以觸發金鑰管理中心獲取相同的金鑰。所述預設方式可以是：從所述金鑰池儲存的、尚未使用的金鑰序列的第一個金鑰比特開始，截取預設長度的金鑰，並在金鑰池中將該金鑰標識為已使用。金鑰管理中心也採用同樣的方式從其金鑰池中截取金鑰，從而雙方獲取了相同的金鑰。
優選地，在按照預設方式從所述金鑰池中獲取金鑰之後，還可以採用預設演算法計算所述金鑰的散列值，並在向金鑰管理中心發送的金鑰更換同步請求中包含所述散列值，從而金鑰管理中心可以透過比對散列值，驗證雙方選取的金鑰的確是相同的。在具體實施過程中，如果出現不一致的現象，則雙方可以透過協商重新選取金鑰。
在具體實施時，本步驟也可以按照隨機方式從所述金鑰池中選取金鑰，並在發送給金鑰管理中心的金鑰更換同步請求中攜帶選取金鑰的具體方式，例如：選取的位置、金鑰長度等，以供金鑰管理中心獲取相同的金鑰。
步驟102-3、獲取用於標識所述金鑰的、且與金鑰管理中心相同的金鑰標籤。
由於在步驟102-2中選取了金鑰，考慮到對加密資料的解密需求，需要獲取用於標識所述金鑰的金鑰標識、並且與金鑰管理中心儲存的相應資訊一致。例如：選取的金鑰為key1，金鑰標識為key_ID1，那麼在金鑰管理中心儲 存的key1的金鑰標識也是key_ID1，從而金鑰管理中心可以根據金鑰標識為解密操作提供正確的金鑰，保證解密操作的正確執行。
獲取與金鑰管理中心相同的金鑰標識，可以採用多種方式實現，在此列舉兩種：
(一)採用與金鑰管理中心相同的演算法產生用於標識所述金鑰的金鑰標籤。例如：採用遞增計數器產生用於標識所述金鑰的金鑰標籤，遞增計數器的初始值設置為0，每次更換金鑰，則將計數器的數值加1，並用執行累加操作後的計數器數值作為金鑰標籤，金鑰管理中心也採用相同的演算法產生金鑰標籤。
(二)採用與金鑰管理中心交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識所述金鑰的金鑰標籤。例如：可以採用預設演算法產生用於標識所述金鑰的金鑰標籤，然後將金鑰標籤發送給金鑰管理中心，從而金鑰管理中心也就獲取了同樣的金鑰標籤。或者，接收由金鑰管理中心產生並發送的金鑰標籤，也是可以的。
至此，透過步驟102-2和步驟102-3從金鑰池中選取了新的金鑰、並且獲取了用於標識所述金鑰的金鑰標籤，在再次更換金鑰之前的資料加密操作，都可以使用該金鑰。
需要說明的是，在步驟102-1判斷出需要更換金鑰的情況下，還可以刪除上一次執行加密操作所用的金鑰、以及相應的金鑰標籤，採用這種方式，不僅可以減少對儲存 空間的佔用，而且由於不在加密解密單元中儲存金鑰，而是由金鑰管理中心集中管理，可以減少金鑰洩露的機率。
步驟102-4、採用上一次執行加密操作所用的金鑰、以及相應的金鑰標籤。
執行到本步驟，說明不需要更換金鑰，因此可以繼續採用上一次執行加密操作所用的金鑰、以及相應的金鑰標籤。
至此，透過步驟102-1至步驟102-4對選取金鑰以及金鑰標籤的實施方式進行了描述，在本實施例給出的上述實施方式中需要先判斷是否需要更換金鑰，然後再執行相應的操作，在具體實施時也可以對上述實施方式進行變更，例如：對於固定採用“一存一密”的應用場景，可以直接從加密解密單元的金鑰池中獲取金鑰，並向金鑰管理中心發送金鑰更換同步請求，也是可以的。
步驟103、用所述金鑰對所述加密請求攜帶的資料加密。
在步驟102中已經選取了金鑰，本步驟可以採用對稱加密演算法，利用所選金鑰對步驟101接收到的加密請求攜帶的資料加密。所述對稱加密演算法包括：RC2、RC4、DES(Data Encryption Standard)、3DES、或AES(Advanced Encryption Standard)演算法等。
步驟104、輸出加密後的資料以及所述金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置。
完成加密操作後，將加密後的資料以及加密所用金鑰 的金鑰標籤一併輸出，以將這兩項資訊對應儲存於存放裝置上。在具體實施時，可以直接輸出到存放裝置，也可以輸出給負責與存放裝置介面的其他功能單元，由其他功能單元完成將加密後的資料及金鑰標籤寫入存放裝置的功能。
綜上所述，本實施例提供的資料加密方法，採用量子金鑰分發技術實現金鑰管理中心與金鑰加密解密單元之間的金鑰分發，基於量子力學原理保障金鑰分發過程的安全性；而且執行資料加密操作時，採用的是基於預設方式選取的金鑰、而不是固定金鑰，從而可以靈活地採用不同的金鑰對資料進行加密，有效地保障了資料儲存的安全性；同時針對所使用的金鑰引入了金鑰標籤，透過與金鑰管理中心維護相同金鑰及金鑰標籤、以及在存放裝置上將加密後資料與金鑰標籤對應儲存，從而在採用不同金鑰對資料加密的同時，可以保證讀取資料時執行正確的解密操作，而且省卻了管理維護人員在金鑰變更時維護歷史金鑰及資料的額外操作，大大簡化金鑰更換的操作流程。
在上述的實施例中，提供了一種資料加密方法，與之相對應的，本發明還提供一種資料加密裝置。請參看圖3，其為本發明的一種資料加密裝置的實施例的示意圖。由於裝置實施例基本相似於方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。下述描述的裝置實施例僅僅是示意性的。
本實施例的一種資料加密裝置，包括：加密請求接收 單元301，用於接收針對待儲存資料的加密請求；金鑰及標籤選取單元302，用於採用預設方式選取金鑰、以及用於標識所述金鑰的金鑰標籤；所述金鑰是從加密解密單元的金鑰池獲取的、且與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同，所述金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；用於標識所述金鑰的金鑰標籤與金鑰管理中心相同；資料加密單元303，用於採用對稱加密演算法，用所述金鑰對所述加密請求攜帶的資料加密；加密資料及標籤輸出單元304，用於輸出加密後的資料以及所述金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置。
可選的，所述金鑰及標籤選取單元包括：金鑰更換判斷子單元，用於判斷是否需要更換金鑰；新金鑰及標籤獲取子單元，用於當所述金鑰更換判斷子單元的輸出為是時，從所述金鑰池中獲取金鑰，所述金鑰與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同；並獲取用於標識所述金鑰的、且與金鑰管理中心相同的金鑰標籤；舊金鑰及標籤採用子單元，用於當所述金鑰更換判斷子單元的輸出為否時，採用上一次執行加密操作所用的金鑰、以及相應的金鑰標籤。
其中，所述新金鑰及標籤獲取子單元包括：新金鑰獲取子單元，用於當所述金鑰更換判斷子單元的輸出為是時，從所述金鑰池中獲取金鑰，所述金鑰與透 過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同；新標籤獲取子單元，用於獲取用於標識所述金鑰的、且與金鑰管理中心相同的金鑰標籤；可選的，所述金鑰更換判斷子單元具體用於，根據是否接收到金鑰更換指令，判斷是否需要更換金鑰；或者，根據預設的金鑰更換策略，判斷是否需要更換金鑰。
可選的，所述新金鑰獲取子單元包括：金鑰池金鑰獲取子單元，用於按照預設方式從所述金鑰池中獲取金鑰；金鑰更換同步請求發送子單元，用於向金鑰管理中心發送金鑰更換同步請求、以觸發金鑰管理中心獲取相同的金鑰。
可選的，所述新標籤獲取子單元具體用於，採用與金鑰管理中心相同的演算法產生用於標識所述金鑰的金鑰標籤；或者，採用與金鑰管理中心交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識所述金鑰的金鑰標籤。
此外，本發明還提供一種金鑰儲存方法，請參考圖4，其為本發明提供的金鑰儲存方法的實施例的流程圖，本實施例與上述方法實施例步驟相同的部分不再贅述，下面重點描述不同之處。本實施例的一種金鑰儲存方法包括如下步驟：
步驟401、接收加密解密單元發送的金鑰更換同步請求。
加密解密單元的資料儲存加密模組接收到針對待儲存資料的加密請求、並且需要更換金鑰時，會向金鑰管理中心發送金鑰更換同步請求，金鑰管理中心的金鑰管理模組就會接收到該請求。
步驟402、從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰，所述金鑰池用於儲存金鑰管理中心與加密解密單元執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列。
金鑰管理中心的金鑰池中，儲存了金鑰管理中心的量子金鑰分發引擎與加密解密單元的量子金鑰分發引擎執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列。
本步驟可以按照預設的、與加密解密單元相同的方式從金鑰管理中心的金鑰池中獲取金鑰。例如：從所述金鑰池儲存的、尚未使用的金鑰序列的第一個金鑰比特開始，截取預設長度的金鑰，並在金鑰池中將該金鑰標識為已使用。由於加密解密單元也採用相同方式從其金鑰池中獲取金鑰，因此雙方可以獲取相同的金鑰。
優選地，如果在所述金鑰更換同步請求中攜帶了金鑰的散列值，那麼在按照上述方式從所述金鑰池中獲取金鑰之後，還可以採用與加密解密單元相同的預設演算法計算所述金鑰的散列值，並比較計算得到的散列值與所述金鑰更換同步請求中攜帶的散列值是否一致，若一致，則視為所述金鑰與加密解密單元獲取的、用於執行加密操作的金鑰相同，從而驗證了雙方選取的金鑰的確是相同的。在具體實施過程中，一旦出現不一致的現象，則雙方可以重新 協商選取金鑰。
在具體實施時，本步驟也可以根據所述金鑰更換同步請求中攜帶的金鑰選取位置、金鑰長度等資訊，從金鑰池中獲取金鑰；也可以採用其他方式從金鑰池中獲取金鑰，只要能夠與加密解密單元獲取相同的金鑰就都是可以的。
步驟403、獲取用於標識所述金鑰的、且與加密解密單元相同的金鑰標籤。
本步驟可以採用與加密解密單元相同的演算法產生用於標識所述金鑰的金鑰標籤；或者，採用與加密解密單元交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識所述金鑰的金鑰標籤。
步驟404、將所述金鑰和所述金鑰標籤對應儲存於金鑰資料庫中。
本步驟將步驟402獲取的金鑰、以及步驟403獲取的金鑰標籤對應儲存於金鑰資料庫中，從而將加密解密單元執行資料加密操作所用的金鑰儲存下來，並且透過金鑰標籤與被儲存資料之間建立關聯。當需要執行解密操作時，就可以根據金鑰標籤從金鑰資料庫中獲取相應的金鑰。
至此，透過上述步驟401-404，對本實施例提供的金鑰儲存方法的實施方式進行了說明。透過上面的描述可以看出，由於根據接收到的金鑰更換同步請求，獲取了與加密解密單元相同的金鑰和金鑰標籤，並且對應儲存在金鑰資料庫中，從而確保與被加密資料對應的金鑰被儲存下來、並且可以基於金鑰標籤進行查詢，從而為正確地執行 解密操作提供資料保障。
在上述的實施例中，提供了一種金鑰儲存方法，與之相對應的，本發明還提供一種金鑰儲存裝置。請參看圖5，其為本發明的一種金鑰儲存裝置的實施例的示意圖。由於裝置實施例基本相似於方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。下述描述的裝置實施例僅僅是示意性的。
本實施例的一種金鑰儲存裝置，包括：金鑰更換同步請求接收單元501，用於接收加密解密單元發送的金鑰更換同步請求；金鑰池金鑰獲取單元502，用於從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰，所述金鑰池用於儲存金鑰管理中心與加密解密單元執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；金鑰標籤獲取單元503，用於獲取用於標識所述金鑰的、且與加密解密單元相同的金鑰標籤；金鑰及標籤儲存單元504，用於將所述金鑰和所述金鑰標籤對應儲存於金鑰資料庫中。
可選的，所述金鑰池金鑰獲取單元，具體用於按照預設的、與加密解密單元相同的方式從金鑰池中獲取金鑰。
可選的，所述金鑰標籤獲取單元，具體用於採用與加密解密單元相同的演算法產生用於標識所述金鑰的金鑰標籤；或者，採用與加密解密單元交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識所述金鑰的金鑰標籤。
此外，本發明還提供一種資料解密方法，請參考圖6，其為本發明提供的一種資料解密方法的實施例的流程 圖，本實施例與上述方法實施例步驟相同的部分不再贅述，下面重點描述不同之處。本實施例的一種資料解密方法包括如下步驟：
步驟601、接收針對已儲存資料的解密請求。
根據應用程式或者使用者對已儲存在存放裝置上的資料的讀取需求，與存放裝置之間有存取介面的功能單元通常會從存放裝置上讀取被請求的資料，然後透過調用預設介面或者發送消息等方式觸發資料解密模組執行解密操作，資料解密模組就會相應接收到針對已儲存資料的解密請求。所述解密請求中不僅攜帶待解密的資料、而且還攜帶加密所述資料所用金鑰的金鑰標籤。
步驟602、根據所述解密請求攜帶的金鑰標籤，從金鑰管理中心獲取相應的金鑰。
從金鑰管理中心獲取金鑰的操作步驟為：向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求，所述請求中攜帶從所述解密請求中提取的金鑰標籤；金鑰管理中心透過查找金鑰資料庫獲取對應於所述金鑰標籤的金鑰，並返回包含所述金鑰的應答，本步驟則可以從返回的應答中獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰。
優選地，為了保證在應答中攜帶的金鑰的安全性，金鑰管理中心通常會將對應於所述金鑰標籤的金鑰採用對稱加密演算法加密後返回，因此從金鑰管理中心返回的應答中獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰的步驟可以包括：先從金鑰管理中心返回的應答中提取加密後的金鑰，然後採用 與金鑰管理中心相同的金鑰對所述加密後的金鑰解密，並將解密後的金鑰作為與所述金鑰標籤對應的金鑰。
進一步優選地，在對從金鑰資料庫獲取的金鑰加密、以及對從應答中提取的金鑰解密的操作中，金鑰管理中心與資料儲存解密模組可以採用預設的相同金鑰執行所需的加解密操作，也可以採用從金鑰池中獲取相同金鑰的優選實施方式，即：本步驟在向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求之前，可以從加密解密單元的金鑰池中獲取金鑰、所述金鑰與透過發送金鑰獲取同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同，並將獲取的金鑰作為對從應答中提取的金鑰解密所採用的金鑰。採用這種方式，相當於構建了量子安全傳輸通道，能夠進一步保證金鑰傳輸過程的安全性。
此外，為了保證金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤的安全性，資料儲存解密模組可以在向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求之前，採用對稱加密演算法，對從所述解密請求中提取的金鑰標籤加密，相應的，在向金鑰管理中心發送的金鑰獲取請求中攜帶加密後的金鑰標籤。
同樣的道理，為了進一步保證金鑰標籤傳輸的安全性，本步驟可以採用在向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求之前、從金鑰池中獲取的金鑰對金鑰標籤加密，相應的，金鑰管理中心也採用從其金鑰池中同步獲取的相同金鑰對接收到的金鑰標籤解密。
步驟603、用所述金鑰對所述解密請求攜帶的資料解密。
步驟602獲取的金鑰，是步驟601接收到的解密請求所攜帶的資料的加密金鑰，因此本步驟可以根據該金鑰對所述資料進行解密，從而可以還原出加密前的資料，即：明文。
優選地，在完成解密操作後，可以刪除所述從金鑰管理中心獲取的金鑰。採用這種方式，不僅可以減少對儲存空間的佔用，而且由於不在加密解密單元中儲存金鑰、而是由金鑰管理中心集中管理，可以減少金鑰洩露的機率。
步驟604、將解密後的資料返回給所述解密請求的請求方。
將解密後的資料返回給請求方，所述請求方可以對解密後的資料進行必要的處理，例如：拼接、解壓縮等，並將處理後的資料返回給需要讀取資料的應用程式或者使用者。
至此，透過上述步驟601-604，對本實施例提供的資料解密方法的實施方式進行了說明。透過上面的描述可以看出，由於根據與已儲存資料對應儲存的金鑰標籤，從金鑰管理中心獲取了相應的金鑰，因此雖然在存放裝置上儲存的資料是採用不同金鑰加密的，本方法依然可以執行正確的解密操作，從而在採用不同加密金鑰保障資料安全性的同時，避免了因為無法解密造成的資料損失。
在上述的實施例中，提供了一種資料解密方法，與之相對應的，本發明還提供一種資料解密裝置。請參看圖7，其為本發明的一種資料解密裝置的實施例的示意圖。 由於裝置實施例基本相似於方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。下述描述的裝置實施例僅僅是示意性的。
本實施例的一種資料解密裝置，包括：解密請求接收單元701，用於接收針對已儲存資料的解密請求；金鑰獲取單元702，用於根據所述解密請求攜帶的金鑰標籤，從金鑰管理中心獲取相應的金鑰；資料解密單元703，用於用所述金鑰對所述解密請求攜帶的資料解密；解密資料返回單元704，用於將解密後的資料返回給所述解密請求的請求方。
可選的，所述金鑰獲取單元包括：獲取請求發送子單元，用於向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求，所述請求中攜帶從所述解密請求中提取的金鑰標籤；應答金鑰獲取子單元，用於從金鑰管理中心返回的應答中獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰。
可選的，所述應答金鑰獲取子單元，包括：加密金鑰提取子單元，用於從金鑰管理中心返回的應答中提取加密後的金鑰；金鑰解密子單元，用於採用與金鑰管理中心相同的金鑰對所述加密後的金鑰解密，並將解密後的金鑰作為與所述金鑰標籤對應的金鑰。
可選的，所述裝置包括：金鑰標籤加密單元，用於在觸發所述金鑰獲取單元之 前，採用對稱加密演算法，對從所述解密請求中提取的金鑰標籤加密；所述獲取請求發送子單元具體用於，向金鑰管理中心發送攜帶加密後的金鑰標籤的金鑰獲取請求。
此外，本發明還提供一種金鑰提供方法，請參考圖8，其為本發明提供的一種金鑰提供方法的實施例的流程圖，本實施例與上述方法實施例步驟相同的部分不再贅述，下面重點描述不同之處。本實施例的一種金鑰提供方法包括如下步驟：
步驟801、接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求。
當加密解密單元的資料解密模組接收到解密請求後，向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求，金鑰管理中心的金鑰提供模組就會接收到該請求。所述請求中攜帶了與待解密資料對應儲存於存放裝置上的金鑰標籤。
步驟802、根據所述金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰。
本步驟根據金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，例如透過執行SQL語句進行查詢，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰，即：加密解密單元所需的、用於執行解密操作的金鑰。
優選地，為了保證金鑰獲取請求中攜帶的金鑰標籤的安全性，加密解密單元通常會將在金鑰獲取請求中攜帶的金鑰標籤加密，因此本步驟可以：從所述金鑰獲取請求中提取加密後的金鑰標籤；採用與加密解密單元相同的金鑰 對所述加密後的金鑰標籤解密；根據解密後的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰。
進一步優選地，在接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求之前，可以根據接收到的金鑰獲取同步請求，從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰；並將獲取的金鑰作為對金鑰標籤解密所採用的金鑰。採用這種方式，能夠進一步保證金鑰標籤傳輸的安全性。
步驟803、將獲取的金鑰返回給加密解密單元。
本步驟可以將獲取的金鑰返回給所述金鑰獲取請求的請求方，即：加密解密單元，以供加密解密單元執行解密操作。
優選地，為了保證所述金鑰在傳輸過程中的安全性，可以在將獲取的金鑰返回給加密解密單元之前，採用對稱加密演算法，對所述獲取的金鑰加密；相應的，返回給加密解密單元的金鑰為：加密後的金鑰。
進一步優選地，在接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求之前，可以根據接收到的金鑰獲取同步請求，從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰；並將獲取的金鑰作為對從金鑰資料庫獲取的金鑰加密所採用的金鑰。採用這種方式，能夠進一步保證金鑰傳輸過程的安全性。
同樣的道理，如果在步驟801中接收到進一步保證金鑰標籤傳輸的安全性，本步驟可以採用上述從金鑰池中獲取的金鑰對金鑰標籤加密，相應的，金鑰管理中心也採用 從其金鑰池中同步獲取的相同金鑰對接收到的金鑰標籤解密。
至此，透過上述步驟801-803，對本實施例提供的金鑰提供方法的實施方式進行了說明。透過上面的描述可以看出，本方法能夠根據金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤為加密解密單元提供所需的金鑰，從而為加密解密單元執行正確的解密操作提供了保障。
在上述的實施例中，提供了一種金鑰提供方法，與之相對應的，本發明還提供一種金鑰提供裝置。請參看圖9，其為本發明的一種金鑰提供裝置的實施例的示意圖。由於裝置實施例基本相似於方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。下述描述的裝置實施例僅僅是示意性的。
本實施例的一種金鑰提供裝置，包括：金鑰獲取請求接收單元901，用於接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求；金鑰查詢單元902，用於根據所述金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰；金鑰返回單元903，用於將獲取的金鑰返回給加密解密單元。
可選的，所述裝置包括：金鑰加密單元，用於在觸發金鑰返回單元之前，採用對稱加密演算法，對所述獲取的金鑰加密；相應的，所述金鑰返回單元，具體用於將加密後的金鑰返回給加密解密單元。
可選的，所述金鑰查詢單元包括：金鑰標籤提取子單元，用於從所述金鑰獲取請求中提取加密後的金鑰標籤；金鑰標籤解密子單元，用於採用與加密解密單元相同的金鑰對所述加密後的金鑰標籤解密；資料庫查詢子單元，用於根據解密後的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與所述金鑰標籤對應的金鑰。
此外，本發明還提供一種資料加密系統，如圖10所示，所述系統包括資料加密裝置1001-1、資料解密裝置1001-2、金鑰儲存裝置1002-1、金鑰提供裝置1002-2、以及用於執行量子金鑰分發操作的一對量子金鑰分發引擎裝置1001-3和1002-3。
在具體實施時，所述資料加密裝置1001-1、資料解密裝置1001-2、以及量子金鑰分發引擎裝置1001-3可以部署於加密解密設備1001，所述金鑰儲存裝置1002-1、金鑰提供裝置1002-2、以及量子金鑰分發引擎裝置1002-3可以部署於金鑰管理中心設備1002。金鑰管理中心設備中還可以包括金鑰資料庫。
下面對本系統的各個裝置的相互協作方式作簡要說明：所述一對量子金鑰分發引擎裝置透過執行量子金鑰分發協議獲取相同的金鑰序列，並儲存在各自的金鑰池中；資料加密裝置接收資料加密請求後，透過向金鑰儲存裝置發送金鑰更換同步請求的方式，與對方從各自金鑰池中獲取相同金鑰，並且獲取相同的金鑰標籤；資料加密裝置用 獲取的金鑰對待儲存資料加密，並將加密資料以及相應的金鑰標籤輸出、以便對應儲存於存放裝置中，金鑰儲存裝置則將獲取的金鑰及相應的金鑰標籤儲存在金鑰資料庫中；資料解密裝置接收對加密資料的解密請求後，向金鑰提供裝置發送金鑰獲取請求，金鑰提供裝置根據金鑰獲取請求中攜帶的金鑰標籤查詢金鑰資料庫、獲取相應的金鑰，並返回給資料解密裝置，資料解密裝置用返回的金鑰對加密資料解密，從而得到解密後的資料。
在上面的描述中，資料加密裝置執行了金鑰更換操作，在具體實施中，資料加密裝置如果判定無需執行金鑰更換操作，則可以直接採用上一次執行加密操作所用的金鑰及相應的金鑰標籤，在這種情況下，資料加密裝置不向金鑰儲存裝置發送金鑰更換同步請求，雙方無需執行從各自金鑰池中獲取相同金鑰、以及獲取相同的金鑰標籤的操作。
此外，本發明還提供另一種資料加密方法，所述方法通常在加密解密單元實施。請參考圖11，其為本發明提供的另一種資料加密方法的實施例的流程圖，本實施例與上述方法實施例步驟相同的部分不再贅述，下面重點描述不同之處。本實施例的一種資料加密方法包括如下步驟：
步驟1101、接收針對待儲存資料的加密請求。
本步驟的具體實施方式，可以參見之前提供的資料加密方法實施例中的步驟101的描述。
步驟1102、採用預設方式選取金鑰、以及用於標識所 述金鑰的金鑰標籤。
本步驟可以按照預設的方式判斷是否需要更換金鑰，若需要，則可以從預設的金鑰集合中獲取金鑰以及相應的金鑰標籤，若不需要，則可以採用上一次執行加密操作所用的金鑰、以及相應的金鑰標籤。
所述金鑰集合可以是由管理維護人員在加密解密單元預先配置的，也可以是由金鑰管理中心產生併發送給加密解密單元的。所述金鑰集合中包括兩個或者兩個以上的金鑰條目，每個金鑰條目中包含金鑰和相應的金鑰標籤。
優選地，為了保障金鑰分發過程的安全性，金鑰管理中心和加密解密單元中分別引入量子金鑰分發引擎，這一對量子金鑰分發引擎採用預設方式，例如：連續地、或者定時地，執行量子金鑰分發協議，從而產生相同的金鑰序列，並儲存在各自的金鑰池中。
採用上述優選實施方式，本步驟可以先按照預設方式判斷是否需要更換金鑰，若需要，則可以從加密解密單元的金鑰池中獲取金鑰，並採用預設方式獲取所述金鑰的金鑰標籤(例如，採用預設演算法產生所述金鑰標籤)，並將所述金鑰和金鑰標籤對應儲存、以供解密時使用；若不需要，則採用上一次執行加密操作所用的金鑰、以及相應的金鑰標籤。
步驟1103、用所述金鑰對所述加密請求攜帶的資料加密。
本步驟的具體實施方式，可以參見之前提供的資料加 密方法實施例中的步驟103的描述。
步驟1104、輸出加密後的資料以及所述金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置。
本步驟的具體實施方式，可以參見之前提供的資料加密方法實施例中的步驟104的描述。
綜上所述，本實施例提供的資料加密方法，在執行資料加密操作時，採用的是基於預設方式選取的金鑰、而不是固定金鑰，從而可以靈活地採用不同的金鑰對資料進行加密，有效地保障了資料儲存的安全性；同時針對所使用的金鑰引入了金鑰標籤，以便在存放裝置上將加密後資料與金鑰標籤對應儲存，從而在採用不同金鑰對資料加密的同時，可以保證讀取資料時執行正確的解密操作，而且省卻了管理維護人員在金鑰變更時維護歷史金鑰及資料的額外操作，大大簡化金鑰更換的操作流程。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明申請專利範圍所界定的範圍為準。
在一個典型的配置中，計算設備包括一個或多個處理器(CPU)、輸入/輸出介面、網路介面和記憶體。
記憶體可能包括電腦可讀媒體中的非永久性記憶體，隨機存取記憶體(RAM)和/或非易失性記憶體等形式，如唯讀記憶體(ROM)或快閃記憶體(flash RAM)。記憶體是電腦可讀媒體的示例。
1、電腦可讀媒體包括永久性和非永久性、可移動和非可移動媒體可以由任何方法或技術來實現資訊儲存。資訊可以是電腦可讀指令、資料結構、程式的模組或其他資料。電腦的儲存媒體的例子包括，但不限於相變記憶體(PRAM)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、其他類型的隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、電可擦除可程式設計唯讀記憶體(EEPROM)、快閃記憶體或其他記憶體技術、唯讀光碟唯讀記憶體(CD-ROM)、數位多功能光碟(DVD)或其他光學儲存、磁盒式磁帶，磁帶磁磁片儲存或其他磁性存放裝置或任何其他非傳輸媒體，可用於儲存可以被計算設備存取的資訊。按照本文中的界定，電腦可讀媒體不包括非暫存電腦可讀媒體(transitory media)，如調變的資料信號和載波。
2、本領域技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有電腦可用程式碼的電腦可用儲存媒體(包括但不限於磁碟記憶體、CD-ROM、光學記憶體等)上實施的電腦程式產品的形式。

Claims (27)

  1. 一種資料加密方法，其特徵在於，包括：接收針對待儲存資料的加密請求；採用預設方式選取金鑰、以及用於標識該金鑰的金鑰標籤；用該金鑰對該加密請求攜帶的資料加密；輸出加密後的資料以及該金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置；其中，該金鑰是從加密解密單元的金鑰池獲取的、且與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同，該金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；用於標識該金鑰的金鑰標籤與金鑰管理中心相同。
  2. 根據申請專利範圍第1項的資料加密方法，其特徵在於，該採用預設方式選取金鑰、以及用於標識該金鑰的金鑰標籤，包括：判斷是否需要更換金鑰；若是，從該金鑰池中獲取金鑰，該金鑰與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同；並獲取用於標識該金鑰的、且與金鑰管理中心相同的金鑰標籤；否則，採用上一次執行加密操作所用的金鑰、以及相應的金鑰標籤。
  3. 根據申請專利範圍第2項的資料加密方法，其 中，該判斷是否需要更換金鑰，包括：根據是否接收到金鑰更換指令，判斷是否需要更換金鑰；或者，根據預設的金鑰更換策略，判斷是否需要更換金鑰。
  4. 根據申請專利範圍第3項的資料加密方法，其中，該預設的金鑰更換策略，包括：按照預設的時間間隔更換金鑰；或者，針對每次接收到的加密請求更換金鑰。
  5. 根據申請專利範圍第2項的資料加密方法，其中，該從該金鑰池中獲取金鑰，該金鑰與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同，包括：按照預設方式從該金鑰池中獲取金鑰；向金鑰管理中心發送金鑰更換同步請求、以觸發金鑰管理中心獲取相同的金鑰。
  6. 根據申請專利範圍第5項的資料加密方法，其中，在按照預設方式從該金鑰池中獲取金鑰之後，執行下述操作：採用預設演算法計算該金鑰的散列值；該向金鑰管理中心發送金鑰更換同步請求，包括：向金鑰管理中心發送至少包含該散列值的金鑰更換同步請求。
  7. 根據申請專利範圍第2項的資料加密方法，其中，該獲取用於標識該金鑰的、且與金鑰管理中心相同的金鑰標籤，採用以下方式實現： 採用與金鑰管理中心相同的演算法產生用於標識該金鑰的金鑰標籤；或者，採用與金鑰管理中心交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識該金鑰的金鑰標籤。
  8. 一種資料加密裝置，其特徵在於，包括：加密請求接收單元，用於接收針對待儲存資料的加密請求；金鑰及標籤選取單元，用於採用預設方式選取金鑰、以及用於標識該金鑰的金鑰標籤；該金鑰是從加密解密單元的金鑰池獲取的、且與透過發送金鑰更換同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同，該金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；用於標識該金鑰的金鑰標籤與金鑰管理中心相同；資料加密單元，用於用該金鑰對該加密請求攜帶的資料加密；加密資料及標籤輸出單元，用於輸出加密後的資料以及該金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置。
  9. 一種資料解密方法，其特徵在於，包括：接收針對已儲存資料的解密請求；根據該解密請求攜帶的金鑰標籤，從金鑰管理中心獲取相應的金鑰；用該金鑰對該解密請求攜帶的資料解密；將解密後的資料返回給該解密請求的請求方。
  10. 根據申請專利範圍第9項的資料解密方法，其中，該根據該解密請求攜帶的金鑰標籤，從金鑰管理中心獲取相應的金鑰，包括：向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求，該請求中攜帶從該解密請求中提取的金鑰標籤；從金鑰管理中心返回的應答中獲取與該金鑰標籤對應的金鑰。
  11. 根據申請專利範圍第10項的資料解密方法，其中，該從金鑰管理中心返回的應答中獲取與該金鑰標籤對應的金鑰，包括：從金鑰管理中心返回的應答中提取加密後的金鑰；採用與金鑰管理中心相同的金鑰對該加密後的金鑰解密，並將解密後的金鑰作為與該金鑰標籤對應的金鑰。
  12. 根據申請專利範圍第11項的資料解密方法，其中，在向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求之前，執行下述操作：採用對稱加密演算法，對從該解密請求中提取的金鑰標籤加密；相應的，在向金鑰管理中心發送的金鑰獲取請求中攜帶的是加密後的金鑰標籤。
  13. 根據申請專利範圍第11或12項的資料解密方法，其中，在向金鑰管理中心發送金鑰獲取請求之前，包括：從加密解密單元的金鑰池中獲取金鑰，該金鑰與透過 發送金鑰獲取同步請求觸發金鑰管理中心獲取的金鑰相同；並將獲取的金鑰作為對從應答中提取的金鑰解密所採用的金鑰、或者對從應答中提取的金鑰解密以及對金鑰標籤加密所採用的金鑰；其中，該金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列。
  14. 一種資料解密裝置，其特徵在於，包括：解密請求接收單元，用於接收針對已儲存資料的解密請求；金鑰獲取單元，用於根據該解密請求攜帶的金鑰標籤，從金鑰管理中心獲取相應的金鑰；資料解密單元，用於用該金鑰對該解密請求攜帶的資料解密；解密資料返回單元，用於將解密後的資料返回給該解密請求的請求方。
  15. 一種金鑰儲存方法，其特徵在於，包括：接收加密解密單元發送的金鑰更換同步請求；從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰，該金鑰池用於儲存金鑰管理中心與加密解密單元執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；獲取用於標識該金鑰的、且與加密解密單元相同的金鑰標籤；將該金鑰和該金鑰標籤對應儲存於金鑰資料庫中。
  16. 根據申請專利範圍第15項的金鑰儲存方法，其 中，該從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰，包括：按照預設的、與加密解密單元相同的方式從金鑰池中獲取金鑰。
  17. 根據申請專利範圍第16項的金鑰儲存方法，其中，該金鑰更換同步請求中攜帶請求方所選金鑰的散列值；在該按照預設的、與加密解密單元相同的方式從金鑰池中獲取金鑰之後，還包括：採用預設演算法計算該金鑰的散列值；比較計算得到的散列值與該金鑰更換同步請求中攜帶的散列值是否一致，若一致，則視為該金鑰與加密解密單元獲取的金鑰相同。
  18. 根據申請專利範圍第15項的金鑰儲存方法，其中，該獲取用於標識該金鑰的、且與加密解密單元相同的金鑰標籤，包括：採用與加密解密單元相同的演算法產生用於標識該金鑰的金鑰標籤；或者，採用與加密解密單元交互確認由任一方產生的金鑰標籤的方式，獲取用於標識該金鑰的金鑰標籤。
  19. 一種金鑰儲存裝置，其特徵在於，包括：金鑰更換同步請求接收單元，用於接收加密解密單元發送的金鑰更換同步請求；金鑰池金鑰獲取單元，用於從金鑰管理中心的金鑰池 中獲取與加密解密單元相同的金鑰，該金鑰池用於儲存金鑰管理中心與加密解密單元執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列；金鑰標籤獲取單元，用於獲取用於標識該金鑰的、且與加密解密單元相同的金鑰標籤；金鑰及標籤儲存單元，用於將該金鑰和該金鑰標籤對應儲存於金鑰資料庫中。
  20. 一種金鑰提供方法，其特徵在於，包括：接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求；根據該金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與該金鑰標籤對應的金鑰；將獲取的金鑰返回給加密解密單元。
  21. 根據申請專利範圍第20項的金鑰提供方法，其中，在該將獲取的金鑰返回給加密解密單元之前，執行下述操作：採用對稱加密演算法，對該獲取的金鑰加密；相應的，返回給加密解密單元的金鑰為：加密後的金鑰。
  22. 根據申請專利範圍第21項的金鑰提供方法，其中，該根據該金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與該金鑰標籤對應的金鑰，包括：從該金鑰獲取請求中提取加密後的金鑰標籤；採用與加密解密單元相同的金鑰對該加密後的金鑰標籤解密； 根據解密後的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與該金鑰標籤對應的金鑰。
  23. 根據申請專利範圍第21或22項的金鑰提供方法，其中，在接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求之前，包括：根據接收到的金鑰獲取同步請求，從金鑰管理中心的金鑰池中獲取與加密解密單元相同的金鑰；並將獲取的金鑰作為對從金鑰資料庫獲取的金鑰加密所採用的金鑰、或者對從金鑰資料庫獲取的金鑰加密以及對金鑰標籤解密所採用的金鑰；其中，該金鑰池用於儲存金鑰管理中心與加密解密單元執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列。
  24. 一種金鑰提供裝置，其特徵在於，包括：金鑰獲取請求接收單元，用於接收加密解密單元發送的金鑰獲取請求；金鑰查詢單元，用於根據該金鑰獲取請求攜帶的金鑰標籤查詢金鑰資料庫，獲取與該金鑰標籤對應的金鑰；金鑰返回單元，用於將獲取的金鑰返回給加密解密單元。
  25. 一種資料加密系統，其特徵在於，包括：根據申請專利範圍第8項的資料加密裝置.根據申請專利範圍第14項的資料解密裝置.根據申請專利範圍第19項的金鑰儲存裝置.根據申請專利範圍第24項的金鑰提供裝置、以及用於執行量子金鑰分發操作的一對量子金鑰分發引擎 裝置。
  26. 一種資料加密方法，其特徵在於，包括：接收針對待儲存資料的加密請求；採用預設方式選取金鑰、以及用於標識該金鑰的金鑰標籤；用該金鑰對該加密請求攜帶的資料加密；輸出加密後的資料以及該金鑰標籤，以將上述資訊對應儲存於存放裝置。
  27. 根據申請專利範圍第26項的資料加密方法，其特徵在於，該金鑰是從加密解密單元的金鑰池獲取的，該金鑰池用於儲存加密解密單元與金鑰管理中心執行量子金鑰分發操作產生的金鑰序列。
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