專(zhuān)利名稱(chēng)：基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置及文件保密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置及文件保密方法，屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，涉及國(guó)家安全和尖端科技的單位部門(mén)(尤其是國(guó)防軍工)都要求員工在規(guī)定物理地點(diǎn)完成工作，離開(kāi)規(guī)定物理地點(diǎn)就不允許繼續(xù)使用工作資源。除了規(guī)章制度要求以外，技術(shù)上需要做到限定區(qū)域訪(fǎng)問(wèn)控制，即計(jì)算機(jī)中的文件只能在規(guī)定的區(qū)域如實(shí)驗(yàn)室、 辦公室等場(chǎng)所被訪(fǎng)問(wèn)，一旦超出了規(guī)定的區(qū)域，計(jì)算機(jī)中的文件就不能被任何用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)。文件加密技術(shù)經(jīng)歷了軟件加密、硬件加密、硬件加密與網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證相結(jié)合的發(fā)展歷程。隨著密碼技術(shù)的進(jìn)步，加密文件被破解的難度大大增加，文件的安全性也得到了顯著改善。這種文件加密技術(shù)只是延長(zhǎng)了文件的破解時(shí)間，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)限定區(qū)域的文件訪(fǎng)問(wèn)，當(dāng)破解者離開(kāi)規(guī)定區(qū)域依然可以繼續(xù)破解。即使是目前安全級(jí)別較高的“USB加密鎖”技術(shù)， 雖然解決了軟件加密易被破解的問(wèn)題，但是依然無(wú)法避免被人利用邏輯分析儀進(jìn)行硬件破解，最重要的是它也無(wú)法做到限定區(qū)域的文件訪(fǎng)問(wèn)，難以保障只能在規(guī)定地點(diǎn)打開(kāi)加密文件。為了避免保密部門(mén)的文件泄密事件發(fā)生，如何將加密文件與限定區(qū)域結(jié)合起來(lái)是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)信息安全的重要保障。實(shí)現(xiàn)限定區(qū)域的主要難點(diǎn)在于要求在規(guī)定區(qū)域內(nèi)外的安全性有明顯差別，即區(qū)域內(nèi)強(qiáng)安全和區(qū)域外弱安全，具有明確的內(nèi)外安全邊界和區(qū)域的自由性。從區(qū)域內(nèi)通信介質(zhì)的角度來(lái)看，有線(xiàn)通信介質(zhì)不具有自由性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)限定區(qū)域得不償失；無(wú)線(xiàn)通信介質(zhì)提供自由性，是實(shí)現(xiàn)限定區(qū)域的一種主要的發(fā)展趨勢(shì)。其中，電磁波通過(guò)電場(chǎng)與磁場(chǎng)交互作用以輻射方式傳播，但安全性較差；紅外線(xiàn)要求通信設(shè)備的位置固定，存在熱效應(yīng)問(wèn)題，不利于人體健康；可見(jiàn)光以光波為載波，利用熒光燈或發(fā)光二極管(LED)等發(fā)出肉眼看不到的高速明暗閃爍信號(hào)來(lái)傳輸信息的，易于屏蔽，通過(guò)約束光源可以改變通信范圍。而且，將可見(jiàn)光通信與LED照明相結(jié)合，可以構(gòu)建出LED照明和通信兩用基站燈，一舉兩得。因此，采用可見(jiàn)光通信實(shí)現(xiàn)區(qū)域限定，具有安全邊界明確、數(shù)據(jù)通信率高、功耗低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。目前，可見(jiàn)光通信屬于國(guó)際前沿科研領(lǐng)域，將可見(jiàn)光通信與信息安全相結(jié)合，尤其是用于文件保密的限定區(qū)域訪(fǎng)問(wèn)控制方面，在國(guó)內(nèi)外尚且沒(méi)有相關(guān)成果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決限定區(qū)域的文件訪(fǎng)問(wèn)控制問(wèn)題，提供一種基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置及文件保密方法，提高文件保密系統(tǒng)的安全性，提升限定區(qū)域內(nèi)自由性，及有效地解決基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域認(rèn)證裝置設(shè)計(jì)及文件保密技術(shù)問(wèn)題。為完成本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1) 一種基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置，包括LED控制器、光電接收器、 安全管理主機(jī)、用戶(hù)主機(jī)。LED控制器與安全管理主機(jī)相連接；光電接收器與用戶(hù)主機(jī)相連
4接。該LED控制器包括編碼模塊、調(diào)制模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊、LED模塊、通信接口模塊。LED控制器通過(guò)通信接口模塊與安全管理主機(jī)通信來(lái)獲取信息，然后通過(guò)編碼模塊將時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)合成，利用LED驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)LED進(jìn)行調(diào)制以發(fā)出包含信息的可見(jiàn)光。該編碼模塊是CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件芯片；該調(diào)制模塊是OOK調(diào)制芯片；該LED驅(qū)動(dòng)模塊是單通道大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器芯片；該LED模塊是多個(gè)白色發(fā)光二極管；該通信接口模塊是USB接口 ；該光電接收器包括解碼模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、運(yùn)算放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、通信接口模塊。光電接收器利用光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換信號(hào)，通過(guò)運(yùn)算放大模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大并傳給AD 轉(zhuǎn)換模塊，由AD轉(zhuǎn)換后的信號(hào)得到0-1信號(hào)，再經(jīng)過(guò)解碼模塊，由通信接口模塊發(fā)送給用戶(hù)主機(jī)。該解碼模塊是CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件芯片；該光電轉(zhuǎn)換模塊是PIN光電二極管； 該運(yùn)算放大模塊是雙路單電源運(yùn)算放大器；該AD轉(zhuǎn)換模塊是高速A/D轉(zhuǎn)換器；該通信接口模塊是USB接口 ；該安全管理主機(jī)中包括操作系統(tǒng)和文件權(quán)限管理程序。文件權(quán)限管理程序是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序；該操作系統(tǒng)提供文件系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理等功能；該文件權(quán)限管理程序負(fù)責(zé)文件管理、用戶(hù)管理、用戶(hù)權(quán)限管理以及數(shù)據(jù)發(fā)送。其中，文件管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)文件進(jìn)行加密和文件的添加，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；用戶(hù)管理模塊負(fù)責(zé)用戶(hù)信息的添加、查詢(xún)、修改和刪除等功能，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；用戶(hù)權(quán)限管理模塊負(fù)責(zé)用戶(hù)對(duì)文件的權(quán)限的添加、修改和刪除功能，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊負(fù)責(zé)通過(guò)可見(jiàn)光以密文形式發(fā)送密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息給光電接收器，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能。該用戶(hù)主機(jī)中包括操作系統(tǒng)和文件權(quán)限服務(wù)程序。文件權(quán)限服務(wù)程序是添加到操作系統(tǒng)中的服務(wù)程序；該操作系統(tǒng)提供文件操作功能和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)接口 ；該文件權(quán)限服務(wù)程序是作為操作系統(tǒng)的服務(wù)程序?yàn)槠渌麘?yīng)用程序提供文件權(quán)限檢查服務(wù)；它通過(guò)光電接收器接收到可見(jiàn)光中的信息后，根據(jù)幀頭判斷是權(quán)限信息或者密鑰，解密數(shù)據(jù)包，得到文件加密的密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息，并將信息緩存起來(lái)形成該用戶(hù)的權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)等待下一步使用。通過(guò)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)截獲文件操作的消息請(qǐng)求，根據(jù)文件加密的密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息決定是否進(jìn)行文件密文的操作，并把所讀取到得密文進(jìn)行解密，整個(gè)解密過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)透明。2)基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置的文件保密方法，其特征在于它包括以下步驟步驟一裝置系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)與LED控制器相連接的安全管理主機(jī)的文件權(quán)限管理程序，對(duì)文件進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，形成每個(gè)文件獨(dú)有的編號(hào)。將文件編號(hào)隱藏在文件的密文中，然后將文件分發(fā)給使用者；步驟二 通過(guò)與LED控制器相連接的安全管理主機(jī)的文件權(quán)限管理程序，對(duì)文件使用者進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，形成用戶(hù)獨(dú)有的編號(hào)，并根據(jù)使用者權(quán)限與加密文件編號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)建立權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟三通過(guò)與LED控制器相連接的安全管理主機(jī)的文件權(quán)限管理程序，將權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息以及密鑰加密后通過(guò)接口設(shè)備將信息廣播到限定區(qū)域；步驟四通過(guò)與光電接收器相連接的用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序，解密權(quán)限信息以及密鑰后結(jié)合用戶(hù)輸入的用戶(hù)編號(hào)查詢(xún)用戶(hù)權(quán)限。當(dāng)發(fā)現(xiàn)用戶(hù)擁有對(duì)某文件的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限并存在用戶(hù)操作文件時(shí)，解密該文件并顯示文件內(nèi)容，否則不解密文件。用戶(hù)退出系統(tǒng)時(shí)，刪除之前接收的權(quán)限信息、密鑰，從而防止文件破解。
步驟五根據(jù)應(yīng)用環(huán)境需求，定期或周期性地執(zhí)行步驟三，對(duì)權(quán)限信息以及密鑰進(jìn)行更新，直到系統(tǒng)停止工作。其中，所述步驟四進(jìn)一步分為以下子步驟(1)用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序要求用戶(hù)輸入自己的用戶(hù)編號(hào)進(jìn)行身份認(rèn)證。 一旦用戶(hù)關(guān)閉文件權(quán)限服務(wù)程序，刪除該用戶(hù)編號(hào)，從而避免用戶(hù)編號(hào)被盜用；(2)用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序通過(guò)光電接收器得到可見(jiàn)光中的信息后，根據(jù)幀頭判斷是權(quán)限信息還是密鑰。當(dāng)檢測(cè)到幀尾時(shí)，根據(jù)CRC檢驗(yàn)值檢查信息接收是否有誤， 如果CRC校驗(yàn)值不符，則舍棄該幀。否則，解密數(shù)據(jù)包，得到文件加密的密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息。用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序?qū)⒂脩?hù)權(quán)限緩存起來(lái)，形成該用戶(hù)的權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)等待下一步使用；(3)用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序查詢(xún)已經(jīng)接收到的用戶(hù)權(quán)限信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該用戶(hù)有使用該文件的權(quán)限并存在用戶(hù)操作文件時(shí)，首先將文件編號(hào)從密文中去掉，然后通過(guò)接收到的密鑰將其解密并將其內(nèi)容顯示。如果發(fā)現(xiàn)該用戶(hù)沒(méi)有權(quán)限或者不存在用戶(hù)操作文件時(shí)，則不解密文件。所述的加密方法，可以根據(jù)安全性要求，選擇不同安全強(qiáng)度的加密算法；所述的加密文件的格式，可以根據(jù)應(yīng)用要求，處理操作系統(tǒng)支持的不同類(lèi)型的文件格式。本發(fā)明的特點(diǎn)是采用最新的可見(jiàn)光通信技術(shù)作為保護(hù)措施，利用便于約束在限定區(qū)域內(nèi)的可見(jiàn)光來(lái)傳遞用戶(hù)權(quán)限信息和文件解密密鑰，用戶(hù)計(jì)算機(jī)通過(guò)光電接收器接收權(quán)限信息和文件密鑰后實(shí)時(shí)地解密文件，從而完美地實(shí)現(xiàn)限定區(qū)域文件訪(fǎng)問(wèn)。通過(guò)可見(jiàn)光通信技術(shù)，本發(fā)明相當(dāng)于為文件保護(hù)加上兩把鎖。首先，安全管理人員通過(guò)安全管理主機(jī)的文件權(quán)限管理程序使用算法對(duì)文件進(jìn)行加密，加上一把“密碼鎖”，然后分發(fā)給用戶(hù)；通過(guò)可見(jiàn)光通信系統(tǒng)傳遞文件使用權(quán)限信息和文件解密密鑰，相當(dāng)于在前者的基礎(chǔ)上又增加了一把“光電鎖”。一旦使用者離開(kāi)限定區(qū)域，即使他有光電接收器，在不存在含有信息的可見(jiàn)光的情況下依然無(wú)法打開(kāi)文件。由于可見(jiàn)光不會(huì)“穿墻”，不會(huì)像無(wú)線(xiàn)電信號(hào)那樣容易被隔墻監(jiān)聽(tīng)，所以只需要簡(jiǎn)單遮擋就能將信息屏蔽在限定區(qū)域，而不會(huì)發(fā)生信息被截獲、破解的問(wèn)題，本發(fā)明的安全性要高于已知類(lèi)似文件保密系統(tǒng)，并且因?yàn)榭梢?jiàn)光對(duì)人體沒(méi)有潛在的輻射問(wèn)題，更加健康。由于可見(jiàn)光通信工作在較高的頻率上(遠(yuǎn)大于50HZ)，因此本發(fā)明可以取代現(xiàn)有照明設(shè)備，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的效果，可謂一舉多得。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明的基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置，不同于傳統(tǒng)的“USB加密鎖”技術(shù)，沒(méi)有把加密信息儲(chǔ)存在USB硬件設(shè)備中，而是將加密信息儲(chǔ)存在只有在一定區(qū)域內(nèi)存在的無(wú)形的可見(jiàn)光中，一旦離開(kāi)該區(qū)域，即使有光電接收器，也依然無(wú)法獲得任何有用信息，從而極大地提高了信息存儲(chǔ)的安全性。(2)依據(jù)可見(jiàn)光透射的特點(diǎn)，本發(fā)明的基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置產(chǎn)生的安全信息，只需要對(duì)環(huán)境透光部位進(jìn)行簡(jiǎn)單物理遮擋就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外信息屏蔽，從而減小了信息泄露的可能性。(3)依據(jù)基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置，根據(jù)發(fā)光設(shè)備的物理約束形成限定區(qū)域，光照范圍可控，進(jìn)而權(quán)限認(rèn)證的限定區(qū)域可控，區(qū)域內(nèi)外安全邊界明確。(4)利用基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域，可以對(duì)通信范圍內(nèi)存在的無(wú)線(xiàn)設(shè)備進(jìn)行有效管理，進(jìn)一步擴(kuò)充通信范圍的無(wú)線(xiàn)硬件和軟件資源，實(shí)現(xiàn)在限定區(qū)域內(nèi)的多用戶(hù)自由訪(fǎng)問(wèn)，大大提高了區(qū)域內(nèi)自由性。(5)基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置中的LED燈在傳遞信息的同時(shí)，也是一個(gè)照明光源，可謂一燈兩用。由于LED的發(fā)光效率要遠(yuǎn)大于已有的熒光燈，因此還可以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。進(jìn)一步將可見(jiàn)光通信系統(tǒng)與電力系統(tǒng)和現(xiàn)有照明系統(tǒng)相結(jié)合，未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)電力、照明、光通信的無(wú)縫結(jié)合。(6)為了實(shí)現(xiàn)限定區(qū)域的訪(fǎng)問(wèn)控制，基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域文件保密方法，依據(jù)用戶(hù)身份認(rèn)證、文件權(quán)限、文件操作，對(duì)區(qū)域內(nèi)計(jì)算機(jī)文件進(jìn)行保護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)限定區(qū)域的文件保密。


圖1為本發(fā)明的基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖2為本發(fā)明的LED控制器硬件體系結(jié)構(gòu)圖3為本發(fā)明的曼徹斯特編碼原理示意圖4為本發(fā)明的OOK調(diào)制原理示意圖5為本發(fā)明的光電接收器硬件體系結(jié)構(gòu)圖6為本發(fā)明的文件處理示意圖7為本發(fā)明的生成權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)示意圖8為本發(fā)明的信息發(fā)送示意圖9為本發(fā)明的權(quán)限信息處理流程圖10為本發(fā)明的文件操作流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置包括LED控制器、 光電接收器、安全管理主機(jī)、用戶(hù)主機(jī)。LED控制器與安全管理主機(jī)相連接；光電接收器與用戶(hù)主機(jī)相連接。LED控制器包括編碼模塊、調(diào)制模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊、LED模塊、通信接口模塊。LED 控制器選用高安全性的CPLD可編程器件作為核心器件，實(shí)現(xiàn)編碼功能，如圖2所示。CPLD 首先與安全管理主機(jī)通過(guò)USB接口模塊來(lái)獲取信息，然后通過(guò)曼徹斯特編碼將時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)兩路信號(hào)合為一路，再利用DD311專(zhuān)用LED驅(qū)動(dòng)芯片對(duì)白色LED進(jìn)行OOK調(diào)制以發(fā)出包含信息的可見(jiàn)光。編碼模塊采用CPLD作為核心器件實(shí)現(xiàn)曼徹斯特編碼(Manchester Encoding)。 曼徹斯特編碼是同步時(shí)鐘編碼技術(shù)，用于在物理層編碼同步位流的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)，原理如圖3 所示。曼徹斯特編碼提供一個(gè)簡(jiǎn)單的方式來(lái)編碼簡(jiǎn)單的二進(jìn)制序列，沒(méi)有長(zhǎng)的周期，也沒(méi)有轉(zhuǎn)換級(jí)別，因而可以防止時(shí)鐘同步的丟失或來(lái)自低頻率位移在缺乏補(bǔ)償?shù)哪M鏈接位錯(cuò)誤。在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來(lái)區(qū)分1和0，即用正的電壓跳變表示0，用負(fù)的電壓跳變表示1。由于跳變都發(fā)生在每一個(gè)碼元的中間，接收端可以方便地利用它作為位同步時(shí)鐘。調(diào)制模塊采用OOK(On-Off Keying)方法。OOK是一種振幅鍵控調(diào)制方法的特例，
7即一個(gè)幅度取為0，另一個(gè)幅度為非0。該調(diào)制方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用在光纖通信系統(tǒng)中。 采用DD311芯片作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路和調(diào)制電路。DD311是一種單通道輸出的LED恒流驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)建電流鏡與電流開(kāi)關(guān)組件，專(zhuān)用于驅(qū)動(dòng)大功率LED的設(shè)計(jì)，可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)1安培的沉入電流(sinkcurrent)，并可透過(guò)調(diào)整參考輸入電流(IREF)來(lái)任意設(shè)定輸出電流的大小。 當(dāng)它的使能端(EN)為高時(shí)，LED點(diǎn)亮，反之為低時(shí)，LED熄滅，且使能頻率可達(dá)到1MHz。通過(guò)將CPLD編碼后的信號(hào)直接加載在DD311的使能端，當(dāng)輸入信號(hào)為“ 1”時(shí)，LED點(diǎn)亮，為“0” 時(shí)LED熄滅，從而實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送，如圖4所示。光電接收器包括解碼模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、運(yùn)算放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、通信接口模塊。光電接收器同樣采用CPLD作為核心芯片，如圖5所示。為達(dá)到較高的信噪比，采用低噪聲的PIN光電二極管作為光電轉(zhuǎn)換器，通過(guò)運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大并傳給AD芯片。 由AD轉(zhuǎn)換后的信號(hào)經(jīng)CPLD動(dòng)態(tài)門(mén)限判決后整形為標(biāo)準(zhǔn)的“0”、“ 1，，信號(hào)，之后經(jīng)過(guò)曼徹斯特解碼還原為串口信號(hào)，再通過(guò)USB接口發(fā)送給用戶(hù)主機(jī)。反向偏置的PIN光電二極管在有光照的情況下電流將由IuA轉(zhuǎn)化為20uA左右， 然后通過(guò)一個(gè)負(fù)載電阻RL將該電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并作初步放大。利用運(yùn)算放大器 TLC272對(duì)該電壓做進(jìn)一步的放大。運(yùn)算放大器輸出端信號(hào)傳遞給AD芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。 為達(dá)到較高的采樣率，采用最高采樣率為20Mps的高速AD芯片TLC5510。CPLD以遠(yuǎn)高于信息傳輸速率的頻率對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行采樣，并周期性地捕獲電壓最大值，之后將最大值的一半作為電平高低的判決門(mén)限。由于環(huán)境光、各種突發(fā)噪聲光的頻率遠(yuǎn)低于信號(hào)光，因此對(duì)于有用信號(hào)，它們?cè)谶\(yùn)放輸出端只相當(dāng)于一個(gè)直流偏置電壓，通過(guò)不斷自動(dòng)改變門(mén)限電壓，可以在CPLD內(nèi)部整形出非常完美的“0”、“1”電平信號(hào)。CPLD將整形后的信號(hào)經(jīng)過(guò)曼徹斯特解碼后，通過(guò)USB接口傳送給用戶(hù)主機(jī)。安全管理主機(jī)中包括操作系統(tǒng)和文件權(quán)限管理程序。文件權(quán)限管理程序是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序；該操作系統(tǒng)提供文件系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理等功能；該文件權(quán)限管理程序負(fù)責(zé)文件管理、用戶(hù)管理、用戶(hù)權(quán)限管理以及數(shù)據(jù)發(fā)送。其中，文件管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)文件進(jìn)行AES加密和文件的添加，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；用戶(hù)管理模塊負(fù)責(zé)用戶(hù)信息的添加、查詢(xún)、修改和刪除等功能，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；用戶(hù)權(quán)限管理模塊負(fù)責(zé)用戶(hù)對(duì)文件的權(quán)限的添加、修改和刪除功能，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊負(fù)責(zé)通過(guò)可見(jiàn)光以密文形式發(fā)送AES密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息給光電接收器，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能。用戶(hù)主機(jī)中包括操作系統(tǒng)和文件權(quán)限服務(wù)程序。文件權(quán)限服務(wù)程序是添加到操作系統(tǒng)中的服務(wù)程序；該操作系統(tǒng)提供文件操作基本功能和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)接口 ；該文件權(quán)限服務(wù)程序是作為操作系統(tǒng)的服務(wù)程序?yàn)槠渌麘?yīng)用程序提供文件權(quán)限檢查服務(wù)；它通過(guò)光電接收器接收到可見(jiàn)光中的信息后，根據(jù)幀頭判斷是權(quán)限信息或者AES密鑰，解密數(shù)據(jù)包，得到文件加密的密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息，并將信息緩存起來(lái)形成該用戶(hù)的權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)等待下一步使用。通過(guò)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)截獲文件操作的消息請(qǐng)求，根據(jù)文件加密的密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息決定是否進(jìn)行文件密文的操作，并把所讀取到得密文進(jìn)行解密，整個(gè)解密過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)透明?；诳梢?jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置的文件保密方法如下步驟一
如圖6所示，安全管理主機(jī)對(duì)文件進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，形成文件ID并儲(chǔ)存在用戶(hù)權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)文件進(jìn)行AES加密處理，形成密文。再將文件ID號(hào)隱藏在密文中，用以區(qū)別加密后的密文。此后，將文件分發(fā)給使用者。其中，文件ID即為文件編號(hào)，用以區(qū)分加密后的不同文件。文件ID采用32位，即 4個(gè)字節(jié)。文件加密采用AES算法，1 位密鑰。為區(qū)別不同密文并防止文件ID被篡改，將文件ID分為4個(gè)字節(jié)，分別添加到密文的不同位置。步驟二如圖7所示，安全管理主機(jī)對(duì)文件使用者進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，形成用戶(hù)ID，并根據(jù)使用者權(quán)限與加密文件編號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)建立權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)。 對(duì)每個(gè)使用者進(jìn)行編號(hào)，生成類(lèi)似于手機(jī)PIN碼的固定長(zhǎng)度的用戶(hù)ID (這里采用 48位ID，即6個(gè)字符)，并將這個(gè)ID通過(guò)一定途徑傳遞給用戶(hù)，使每個(gè)用戶(hù)只知道自己的 ID。通過(guò)文件權(quán)限管理程序建立權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)，將用戶(hù)ID與文件ID根據(jù)用戶(hù)權(quán)限對(duì)應(yīng)起來(lái)。步驟三安全管理主機(jī)將權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息以及AES密鑰加密后通過(guò)USB設(shè)備接口傳送給LED控制器，由LED控制器控制LED把信息廣播到限定區(qū)域，如圖8所示。為了生成適用于傳送的信息包。采用的格式為每個(gè)包以用戶(hù)ID開(kāi)頭，其后緊跟一個(gè)該用戶(hù)擁有權(quán)限的文件ID。信息包結(jié)構(gòu)
權(quán)利要求
1.基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置，其特征在于它包括LED控制器、光電接收器、安全管理主機(jī)和用戶(hù)主機(jī)；LED控制器與安全管理主機(jī)相連接；光電接收器與用戶(hù)主機(jī)相連接；該LED控制器包括編碼模塊、調(diào)制模塊、LED驅(qū)動(dòng)模塊、LED模塊和通信接口模塊， LED控制器通過(guò)通信接口模塊與安全管理主機(jī)通信來(lái)獲取信息，然后通過(guò)編碼模塊將時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)合成，利用LED驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)LED進(jìn)行調(diào)制以發(fā)出包含信息的可見(jiàn)光；該編碼模塊是CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件芯片；該調(diào)制模塊是OOK調(diào)制芯片；該LED驅(qū)動(dòng)模塊是單通道大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器芯片；該LED模塊是復(fù)數(shù)個(gè)白色發(fā)光二極管；該通信接口模塊是USB接口 ；該光電接收器包括解碼模塊、光電轉(zhuǎn)換模塊、運(yùn)算放大模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和通信接口模塊，光電接收器利用光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換信號(hào)，通過(guò)運(yùn)算放大模塊對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大并傳給AD轉(zhuǎn)換模塊，由AD轉(zhuǎn)換后的信號(hào)得到0-1信號(hào)，再經(jīng)過(guò)解碼模塊，由通信接口模塊發(fā)送給用戶(hù)主機(jī)；該解碼模塊是CPLD復(fù)雜可編程邏輯器件芯片；該光電轉(zhuǎn)換模塊是PIN光電二極管；該運(yùn)算放大模塊是雙路單電源運(yùn)算放大器；該AD轉(zhuǎn)換模塊是高速A/D轉(zhuǎn)換器； 該通信接口模塊是USB接口 ；該安全管理主機(jī)包括操作系統(tǒng)和文件權(quán)限管理程序，文件權(quán)限管理程序是運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序；該操作系統(tǒng)是提供文件系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理；該文件權(quán)限管理程序負(fù)責(zé)文件管理、用戶(hù)管理、用戶(hù)權(quán)限管理以及數(shù)據(jù)發(fā)送；其中，文件管理模塊負(fù)責(zé)對(duì)文件進(jìn)行加密和文件的添加，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；用戶(hù)管理模塊負(fù)責(zé)用戶(hù)信息的添加、查詢(xún)、修改和刪除，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；用戶(hù)權(quán)限管理模塊負(fù)責(zé)用戶(hù)對(duì)文件的權(quán)限的添加、修改和刪除，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊負(fù)責(zé)通過(guò)可見(jiàn)光以密文形式發(fā)送密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息給光電接收器，該模塊是文件權(quán)限管理程序的子功能；該用戶(hù)主機(jī)包括操作系統(tǒng)和文件權(quán)限服務(wù)程序，文件權(quán)限服務(wù)程序是添加到操作系統(tǒng)中的服務(wù)程序；該操作系統(tǒng)提供文件操作功能和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)接口 ；該文件權(quán)限服務(wù)程序是作為操作系統(tǒng)的服務(wù)程序?yàn)槠渌麘?yīng)用程序提供文件權(quán)限檢查服務(wù)；它通過(guò)光電接收器接收到可見(jiàn)光中的信息后，根據(jù)幀頭判斷是權(quán)限信息或者密鑰，解密數(shù)據(jù)包，得到文件加密的密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息，并將信息緩存起來(lái)形成該用戶(hù)的權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)等待下一步使用，通過(guò)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)截獲文件操作的消息請(qǐng)求，根據(jù)文件加密的密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息決定是否進(jìn)行文件密文的操作，并把所讀取到得密文進(jìn)行解密，整個(gè)解密過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)透明。
2.基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置的文件保密方法，其特征在于該方法具體步驟如下步驟一裝置系統(tǒng)啟動(dòng)后，通過(guò)與LED控制器相連接的安全管理主機(jī)的文件權(quán)限管理程序，對(duì)文件進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，形成每個(gè)文件獨(dú)有的編號(hào)，將文件編號(hào)隱藏在文件的密文中， 然后將文件分發(fā)給使用者；步驟二 通過(guò)與LED控制器相連接的安全管理主機(jī)的文件權(quán)限管理程序，對(duì)文件使用者進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，形成用戶(hù)獨(dú)有的編號(hào)，并根據(jù)使用者權(quán)限與加密文件編號(hào)對(duì)應(yīng)起來(lái)建立權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)；步驟三通過(guò)與LED控制器相連接的安全管理主機(jī)的文件權(quán)限管理程序，將權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息以及密鑰加密后通過(guò)接口設(shè)備將信息廣播到限定區(qū)域；步驟四通過(guò)與光電接收器相連接的用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序，解密權(quán)限信息以及密鑰后結(jié)合用戶(hù)輸入的用戶(hù)編號(hào)查詢(xún)用戶(hù)權(quán)限；當(dāng)發(fā)現(xiàn)用戶(hù)擁有對(duì)某文件的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限并存在用戶(hù)操作文件時(shí)，解密該文件并顯示文件內(nèi)容，否則不解密文件；用戶(hù)退出系統(tǒng)時(shí)，刪除之前接收的權(quán)限信息、密鑰，從而防止文件破解；步驟五根據(jù)應(yīng)用環(huán)境需求，定期或周期性地執(zhí)行步驟三，對(duì)權(quán)限信息以及密鑰進(jìn)行更新，直到系統(tǒng)停止工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置的文件保密方法， 其特征在于所述步驟四按以下子步驟實(shí)現(xiàn)(1)用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序要求用戶(hù)輸入自己的用戶(hù)編號(hào)進(jìn)行身份認(rèn)證，一旦用戶(hù)關(guān)閉文件權(quán)限服務(wù)程序，刪除該用戶(hù)編號(hào)，從而避免用戶(hù)編號(hào)被盜用；(2)用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序通過(guò)光電接收器得到可見(jiàn)光中的信息后，根據(jù)幀頭判斷是權(quán)限信息還是密鑰；當(dāng)檢測(cè)到幀尾時(shí)，根據(jù)CRC檢驗(yàn)值檢查信息接收是否有誤，如果 CRC校驗(yàn)值不符，則舍棄該幀；否則，解密數(shù)據(jù)包，得到文件加密的密鑰和用戶(hù)權(quán)限信息；用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序?qū)⒂脩?hù)權(quán)限緩存起來(lái)，形成該用戶(hù)的權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)等待下一步使用；(3)用戶(hù)主機(jī)的文件權(quán)限服務(wù)程序查詢(xún)已經(jīng)接收到的用戶(hù)權(quán)限信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該用戶(hù)有使用該文件的權(quán)限并存在用戶(hù)操作文件時(shí)，首先將文件編號(hào)從密文中去掉，然后通過(guò)接收到的密鑰將其解密并將其內(nèi)容顯示；如果發(fā)現(xiàn)該用戶(hù)沒(méi)有權(quán)限或者不存在用戶(hù)操作文件時(shí)，則不解密文件。
全文摘要
基于可見(jiàn)光通信的限定區(qū)域權(quán)限認(rèn)證裝置，含LED控制器、光電接收器、安全管理主機(jī)和用戶(hù)主機(jī)；LED控制器與安全管理主機(jī)連接；光電接收器與用戶(hù)主機(jī)連接；其文件保密方法，有五大步驟一、通過(guò)文件權(quán)限管理程序，對(duì)文件進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)并隱藏在文件的密文中分發(fā)給使用者；二、通過(guò)文件權(quán)限管理程序，對(duì)文件用戶(hù)統(tǒng)一編號(hào)，并根據(jù)使用者權(quán)限與加密文件編號(hào)對(duì)應(yīng)建立權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)；三、通過(guò)文件權(quán)限管理程序，將權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息和密鑰加密后通過(guò)接口設(shè)備將信息廣播到限定區(qū)域；四、通過(guò)文件權(quán)限服務(wù)程序，解密權(quán)限信息和密鑰后結(jié)合輸入的用戶(hù)編號(hào)查詢(xún)用戶(hù)權(quán)限；五、根據(jù)應(yīng)用環(huán)境需求，定期執(zhí)行步驟三，對(duì)權(quán)限信息和密鑰進(jìn)行更新，直到系統(tǒng)停止工作。
文檔編號(hào)G06F21/24GK102289634SQ201110254619
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者劉建偉, 尚濤, 楊學(xué)行, 武宇航, 許晉瑞, 邢志博 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)