專(zhuān)利名稱：一種分布式環(huán)境下文件內(nèi)容防篡改的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息安全領(lǐng)域。提出了一種用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的文件內(nèi)容防篡改方法，以有效防止非法信息 的泄漏和傳播。為了滿足web系統(tǒng)對(duì)校驗(yàn)速度的要求，本發(fā)明采用文件長(zhǎng)度驗(yàn)證與HMAC相結(jié)合的'宋速校 驗(yàn)算法，在保證系統(tǒng)安全性的前提下提高了系統(tǒng)的處理速度。
背景技術(shù)：
目前遠(yuǎn)程教學(xué)、數(shù)字圖書(shū)館等web應(yīng)用非常重視多媒體音像資源的建設(shè)和利用。由于這些web應(yīng)用信 息存儲(chǔ)量大，因此經(jīng)常采用分布式存儲(chǔ)的方式。分布式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，不僅會(huì)受到外部黑客的攻擊，蜂有可
能受到來(lái)自內(nèi)部的惡意破壞和非法篡改。目前常見(jiàn)的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)工作方式如下首先需要經(jīng)過(guò)q:作人
員對(duì)多媒體信息進(jìn)行內(nèi)容審核，然后上傳到服務(wù)器中。訪問(wèn)者通過(guò)頁(yè)面選中需要下載的多媒體文件后，下 載服務(wù)器響應(yīng)下載請(qǐng)求并提供服務(wù)?？梢?jiàn)，在多媒體文件上傳到存儲(chǔ)設(shè)備(如磁盤(pán)陣列)、到被訪問(wèn)者選 中并下載之前的這段時(shí)間內(nèi)，存在著文件內(nèi)容被篡改的風(fēng)險(xiǎn)。常規(guī)的內(nèi)容驗(yàn)證算法(如HMAC算法Hash message authentication codes,消息鑒別碼機(jī)制)，原始信息即使只改變一個(gè)字節(jié)，對(duì)應(yīng)的HMAC校驗(yàn)值 也會(huì)截然不同。但是對(duì)于幾百兆字節(jié)的大文件(如視頻文件)，使用HMAC算法會(huì)需要較長(zhǎng)時(shí)間的處壤，如 一臺(tái)CPU為1. 7GHz，內(nèi)存為512M的計(jì)算機(jī)，使用HMAC算法處理一個(gè)700M的視頻文件大概需要14秒，內(nèi) 容校驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)。用戶將難以忍受長(zhǎng)時(shí)間的等待，并且網(wǎng)絡(luò)有可能因?yàn)槌瑫r(shí)而斷掉連接，因此還需f在保 證系統(tǒng)安全性的前提下提高系統(tǒng)的處理速度，使用戶在訪問(wèn)文件資源時(shí)不會(huì)明顯感覺(jué)到因文件校驗(yàn)，成的 時(shí)間延遲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一個(gè)能夠?qū)ξ募?nèi)容進(jìn)行快速真實(shí)性鑒定的文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)。該系統(tǒng)以密碼，為基 礎(chǔ)，所采用的內(nèi)容真實(shí)性校驗(yàn)算法速度快，準(zhǔn)確性高，用戶在訪問(wèn)文件資源時(shí)不會(huì)明顯感覺(jué)到時(shí)間4:的延 遲，可實(shí)現(xiàn)對(duì)文件內(nèi)容的快速真實(shí)性驗(yàn)證。如果分布式存儲(chǔ)的文件內(nèi)容被非法篡改，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)壤兩中 斷用戶對(duì)文件的訪問(wèn)，不會(huì)造成非法信息的泄漏和傳播。具體實(shí)現(xiàn)方法如下-
l.文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)組成
該文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)由一套文件存儲(chǔ)系統(tǒng)、 一臺(tái)下載服務(wù)器和一臺(tái)校驗(yàn)服務(wù)器組成。文件存儲(chǔ)系統(tǒng)
用于存儲(chǔ)多媒體文件，可以網(wǎng)絡(luò)映射的方式與校驗(yàn)服務(wù)器連接。下載服務(wù)器為用戶選中的文件提供下載服 務(wù)。校驗(yàn)服務(wù)器具有兩方面的功能 一方面搜集并產(chǎn)生經(jīng)過(guò)內(nèi)容審核后上傳到文件管理系統(tǒng)的文件內(nèi)容校 驗(yàn)信息，包括文件的長(zhǎng)度、文件的上傳時(shí)間、文件的服AC值等，并把這些能夠描述文件內(nèi)容真實(shí)銖的信 息添加到校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為今后驗(yàn)證文件內(nèi)容真實(shí)性的依據(jù)。另一方面，校驗(yàn)服務(wù)器接受了校驗(yàn)請(qǐng)求后， 參考校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，對(duì)指定的文件執(zhí)行內(nèi)容真實(shí)性鑒定。
2. 內(nèi)容真實(shí)性校驗(yàn)算法
文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)采用文件長(zhǎng)度驗(yàn)證與HMAC算法相結(jié)合的快速內(nèi)容真實(shí)性算法，能夠在保鄰系統(tǒng) 安全性的前提下提高系統(tǒng)的處理速度。快速校驗(yàn)算法分為2部分校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程和校驗(yàn)值比較過(guò)程。
3. 校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程
(1) .采集文件的長(zhǎng)度信息。對(duì)于指定的文件，快速校驗(yàn)算法會(huì)首先采集文件的長(zhǎng)度Ll (精確到字節(jié))。
(2) .如果文件長(zhǎng)度在2x附x200&以內(nèi)，對(duì)整個(gè)文件進(jìn)行HMAC運(yùn)算，得到校驗(yàn)值HMAC1， nj為隨 機(jī)整數(shù)序列的長(zhǎng)度，即采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
(3) .產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)序列。如果文件長(zhǎng)度大于2x附X200^，則給出一個(gè)隨機(jī)數(shù)種子randseed,產(chǎn) 生一列在區(qū)間[l, Ll]內(nèi)滿足均勻分布的隨機(jī)整數(shù)序列R[m]。可見(jiàn)，m越大，算法的安全性越高，，驗(yàn)運(yùn) 算所需時(shí)間越多。因此，m的取值應(yīng)在安全和效率之間進(jìn)行權(quán)衡。
(4) .以R[i] 一e[L附])為中點(diǎn)，向前和向后在該文件中各取100K數(shù)據(jù)，使用HMAC算法對(duì)這200K 數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。
(5) .重復(fù)(4)，直到i，。得到校驗(yàn)值HMAC1。
(6) .保存校驗(yàn)信息。將該多媒體文件的名稱或代號(hào)、校驗(yàn)值HMACl、文件長(zhǎng)度Ll、隨機(jī)數(shù)種子randseed 一起存入校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中。
4. 校驗(yàn)值比較過(guò)程
(1) .驗(yàn)證文件長(zhǎng)度是否變化。當(dāng)有用戶發(fā)出下載請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將連接請(qǐng)求轉(zhuǎn)向到校驗(yàn)服務(wù)縛，校 驗(yàn)服務(wù)器從文件存儲(chǔ)設(shè)備中找到該文件，讀取文件的長(zhǎng)度信息L2，然后從校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中取出該文件對(duì)應(yīng)的 文件長(zhǎng)度L1與之比較。如果長(zhǎng)度不相同則說(shuō)明文件內(nèi)容發(fā)生變化，校驗(yàn)結(jié)果為"失敗"，不需進(jìn)行萄續(xù)的 校驗(yàn)。
(2) .如果文件長(zhǎng)度在2xwx200A:以內(nèi)，則對(duì)整個(gè)文件進(jìn)行HMAC運(yùn)算，得到校驗(yàn)值HMAC2。
(3) .再次產(chǎn)生隨機(jī)整數(shù)序列。如果長(zhǎng)度相同，并且文件長(zhǎng)度大于2x附x200、則按照隨機(jī)辨種子 randseed生成在區(qū)間[1 ， L2]內(nèi)滿足均勻分布的隨機(jī)整數(shù)序列R
(4) .以R[i] 一e口，"^)為中點(diǎn)，向前和向后在該文件中各取100K數(shù)據(jù)，使用HMAC算法對(duì)這200K 數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。
(5) .重復(fù)(4)，直到i=m。得到校驗(yàn)值HMAC2。驗(yàn)證HMAC1與HMAC2是否相等。如果相等，說(shuō)明文 件內(nèi)容沒(méi)有發(fā)生變化，校驗(yàn)結(jié)果為"成功"，反正則說(shuō)明文件內(nèi)容受到了篡改，校驗(yàn)結(jié)果為"失敗"。
5.校驗(yàn)服務(wù)器的功能
校驗(yàn)服務(wù)器具有兩項(xiàng)功能 一是文件校驗(yàn)信息采集和存儲(chǔ)，二是對(duì)待測(cè)文件的真實(shí)性驗(yàn)證。功能一是 按照內(nèi)容真實(shí)性校驗(yàn)算法中的校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程計(jì)算校驗(yàn)值，并將其它相關(guān)的文件信息，如文件的長(zhǎng)度、文 件的上傳時(shí)間等一并添加到校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中。功能二是按照內(nèi)容真實(shí)性校驗(yàn)算法中的校驗(yàn)值比較過(guò)程，從校 驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中取出該文件對(duì)應(yīng)的校驗(yàn)參考信息，執(zhí)行對(duì)待測(cè)文件的內(nèi)容真實(shí)性鑒定。


圖1表示文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程。 圖2表示校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程。 圖3表示校驗(yàn)值比較過(guò)程。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合

文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)的工作方式-
圖l表示文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)的組成及工作過(guò)程訪問(wèn)者在頁(yè)面上點(diǎn)擊了需要下載的多媒體文件審， 系統(tǒng)將下載請(qǐng)求轉(zhuǎn)給校驗(yàn)服務(wù)器，請(qǐng)求校驗(yàn)服務(wù)器驗(yàn)證該文件的內(nèi)容是否真實(shí)。在通過(guò)內(nèi)容真實(shí)性校難后， 下載服務(wù)器才會(huì)提供下載服務(wù)，否則拒絕用戶下載。
圖2表示校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程。結(jié)合文件長(zhǎng)度信息生成參考校驗(yàn)值。
圖3表示校驗(yàn)值比較過(guò)程。結(jié)合文件長(zhǎng)度信息和參考校驗(yàn)值判斷文件內(nèi)容是否發(fā)生篡改。
權(quán)利要求
1.分布式環(huán)境下文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)，是采用文件長(zhǎng)度驗(yàn)證與HmAC(Hash message authentication codes，消息鑒別碼機(jī)制)算法相結(jié)合的快速內(nèi)容真實(shí)性算法，對(duì)分布式存儲(chǔ)的大文件(如多媒體文件)內(nèi)容進(jìn)行快速真實(shí)性鑒定，使用戶在訪問(wèn)文件資源時(shí)不會(huì)明顯感覺(jué)到時(shí)間上的延遲，如果文件內(nèi)容被非法篡改，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)而中斷用戶對(duì)文件的訪問(wèn)，不會(huì)造成非法信息的泄漏和傳播。
2. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)，其特征在于文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)由一套文件存儲(chǔ)系統(tǒng)、 一臺(tái)下載服務(wù)器和一臺(tái)校驗(yàn)服務(wù)器組成。文件存儲(chǔ)系統(tǒng)用 于存儲(chǔ)多媒體文件，可以網(wǎng)絡(luò)映射的方式與校驗(yàn)服務(wù)器連接。下載服務(wù)器為用戶選中的文件提供下載服務(wù)。 校驗(yàn)服務(wù)器具有兩方面的功能 一方面搜集并產(chǎn)生上傳到文件管理系統(tǒng)的文件內(nèi)容校驗(yàn)信息，包括文件的 長(zhǎng)度、文件的上傳時(shí)間、文件的HMAC值等，并把這些能夠描述文件內(nèi)容真實(shí)性的信息添加到校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù) 中，作為今后驗(yàn)證文件內(nèi)容真實(shí)性的依據(jù)。另一方面，校驗(yàn)服務(wù)器接受了校驗(yàn)請(qǐng)求后，參考校驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中 的信息，對(duì)指定的文件執(zhí)行內(nèi)容真實(shí)性鑒定。
3. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)，其特征在于文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)采用文件長(zhǎng)度驗(yàn)證與HMAC算法相結(jié)合的快速內(nèi)容真實(shí)性算法，該算法分為2部 分校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程和校驗(yàn)值比較過(guò)程。在校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程，需要采集文件的長(zhǎng)度信息，并隨機(jī)選擇若干 個(gè)文件片斷，使用HMAC算法對(duì)這些文件片斷依次進(jìn)行運(yùn)算，得到校驗(yàn)值HMACl。
4. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)，其特征在于在校驗(yàn)值比較過(guò)程，首先驗(yàn)證文件長(zhǎng)度是否變化，如果長(zhǎng)度不相同則說(shuō)明文件內(nèi)容發(fā)生變化。劉果長(zhǎng) 度相同，則選擇與在校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程中相同的文件片斷，使用HMAC算法對(duì)這些文件片斷依次進(jìn)行每箅， 得到校驗(yàn)值HMAC2，然后驗(yàn)證HMAC1與HMAC2是否相等。如果相等，說(shuō)明文件內(nèi)容沒(méi)有發(fā)生變化，反《則 說(shuō)明文件內(nèi)容受到了篡改。
5. 根據(jù)權(quán)利l要求所述的文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)，其特征在于文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)的安全性和校驗(yàn)速度可通過(guò)在校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程中使用的文件片斷數(shù)量進(jìn)行調(diào)解。 文件片斷數(shù)量越大，算法的安全性越高，校驗(yàn)運(yùn)算所需時(shí)間越多。
全文摘要
提出了一個(gè)能夠?qū)ξ募?nèi)容進(jìn)行快速真實(shí)性鑒定的文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)。該系統(tǒng)以密碼學(xué)為基礎(chǔ)，所采用的內(nèi)容真實(shí)性校驗(yàn)算法速度快，準(zhǔn)確性高，用戶在訪問(wèn)文件資源時(shí)不會(huì)明顯感覺(jué)到時(shí)間上的延遲，可實(shí)現(xiàn)對(duì)文件內(nèi)容的快速真實(shí)性驗(yàn)證，避免造成非法信息的泄漏和傳播。文件內(nèi)容防篡改系統(tǒng)采用文件長(zhǎng)度驗(yàn)證與HMAC相結(jié)合的快速校驗(yàn)算法，能夠在保證系統(tǒng)安全性的前提下提高系統(tǒng)的處理速度?？焖傩ｒ?yàn)算法分為2部分校驗(yàn)值產(chǎn)生過(guò)程和校驗(yàn)值比較過(guò)程。
文檔編號(hào)H04L9/36GK101170414SQ20071019844
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者彤 劉, 瑛 李, 蔣繼婭 申請(qǐng)人:劉 彤;蔣繼婭;李 瑛