[發明專利]一種基于樹結構的密鑰加密存儲方法

無效

• 申請號: 200810097915.3
• 申請日: 2008-05-16
• 公開（公告）號: CN101582760A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發明（設計）人: 沈昌祥;劉威鵬;張興;胡俊;莊俊璽
• 申請（專利權）人: 中國科學院研究生院
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L29/06;G06F21/00;G06F12/14;G06F17/30
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• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

用于對稱密鑰加密存儲的方法屬于可信計算技術領域，是信息安全的核心技術之一。

(二)背景技術

在可信計算領域中，對稱密鑰的安全存儲是一個關鍵問題，因為如果對稱密鑰一旦泄密，則相關密文就不安全。

目前，普遍采用的存儲方法是把對稱密鑰分別存儲到軟盤或閃存中，由用戶隨身攜帶或存放在一個安全的地方。但是，這樣做很不方便。一是這種方式需要大量的軟盤或閃存；二是這種方式需要用戶總是守在計算機旁邊；三是這種內外交互的方式降低了應用程序的運行速度。

隨著密碼技術在計算機系統和通信系統中的大量使用，應用程序總是頻繁地在做加密、解密、數字簽名或身份驗證運算。因此，傳統的對稱密鑰存儲方法已不適應新時代的要求。另一方面，可信計算技術為在硬盤、閃存等外存中大量實時存儲對稱密鑰提供了可能。

(三)發明內容

在可信計算中，經常需要用到密碼體制，尤其是對稱密碼體制。其特點是運行速度快。當加密、解密在同一臺計算機中進行時，對稱密鑰不需要傳遞。但需要存儲在硬盤或閃存(介質)中，以便應用系統對其進行實時訪問。

為了防止對稱密鑰泄密，在存儲到介質前，應先對其進行加密。相應地，當對稱密鑰被從介質讀取到內存時，應對其進行解密。

本發明實現了對稱密鑰在應用信息系統中的安全、快速、方便訪問，為構造大型、復雜、安全的應用信息系統提供了保障。在電子商務、電子政務和電子金融等信息系統中有著廣泛而重要的應用。

3.1幾個基本概念

二叉樹：計算機程序中的一種數據結構，由節點構成。有唯一的根節點，每個節點最多有兩個子節點。沒有子節點的節點稱為葉節點。

二叉樹猶如一棵倒長的分層次的樹，根節點可視為零層，其次是第一層、第二層等等。顯然，第一層最多有2個節點，第二層最多有4個節點，...，第h層最多有2^h個節點。整個樹最多有2^h+1-1個節點。

可信密碼模塊：可信平臺控制模塊中的一個子模塊，可以當作硬件的一部分，用來產生密鑰和存儲有限密鑰，由于采用物理保護方式，它們不可能被外界竊取和非法獲得。簡稱為TCM(Trusted?Cipher?Module)。由于可信密碼模塊存儲空間很小，因此，只能存儲少數非常重要的密鑰。

數據加密密鑰：用來加密數據的對稱密鑰。對應于二叉樹中的中間節點。

密鑰加密密鑰：用來加密密鑰的對稱密鑰。對應于二叉樹中的根節點。

系統主密鑰：可信密碼模塊產生的一個對稱密鑰，并存儲在可信密碼模塊中，用來加密其它的對稱密鑰，它位于二叉樹根節點上。簡稱SMK(System?Main?Key)。

顯然，系統主密鑰也是一個密鑰加密密鑰。

密鑰路徑：從葉節點到根節點的一串節點，可根據節點中的父指針依次往上追溯。

設symCrypt為一個對稱算法，加密調用形式為symCrypt(plain，key，0)，返回加密后的plain值，為密文；解密調用形式為symCrypt(cipher，key，1)，返回解密后的cipher值，為明文。

令‘←’表示把右邊的值賦給左邊的變量。

令Null表示空值。

3.2二叉樹的初始化

定義一個含5個域的結構體類型BiTreeNode{keyV，keyN，parent，lChild，rChild}。

其中，keyV用來存放對稱密鑰值；keyN用來存放對稱密鑰編號，用于應用程序訪問相應的數據加密密鑰，從1開始編號，若其值為0，則表示keyV為密鑰加密密鑰；parent用來存放節點的父指針；lChild用來存放左孩子指針；rChild用來存放右孩子指針。

用節點變量名+‘.’+域名來標識節點的域。例如，aSMK.keyN標識根節點的對稱密鑰編號(見下)。

(1)開辟一個類型為BiTreeNode的存儲單元aSMK

(該單元作為二叉樹的根節點)，

(2)隨機生成用于symCrypt的主密鑰，并存入TCM的永久單元SMK中，

置aSMK.keyV←Null，

(3)置aSMK.parent←Null、aSMK.lChild←Null、aSMK.rChild←Null，

置aSMK.keyN←0，

(4)把該樹結構存入到一個永久磁盤文件中。

注意，該文件會隨著二叉樹的長大而長大。應用程序每次運行時，調入二叉樹到內存，并調整有關值。結束運行前，把二叉樹重新寫入磁盤文件中。