CN117150535B

CN117150535B - 一种基于同态计算的文件管理***及方法

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Publication number: CN117150535B
Application number: CN202311422190.1A
Authority: CN
Inventors: 岳浩; 李晓东; 刘义川; 金鑫; 王学良; 赵熊; 李海波
Original assignee: Beijing Hidden Computing Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Hidden Computing Technology Co ltd
Priority date: 2023-10-31
Filing date: 2023-10-31
Publication date: 2024-02-02
Anticipated expiration: 2043-10-31
Also published as: CN117150535A

Abstract

本发明公开了一种基于同态计算的文件管理***及方法，涉及纸质文件管理领域，该***包括：用户注册模块、文件录入模块、用户验证模块、文件加密模块和文件追踪模块，还包括文件柜、读写器和电子标签。本发明结合SM3和同态加密技术加密及更新电子标签内的数据，做到每次取相同文件但对应的电子标签信息不一致，隐藏了文件的真实数量，有助于对文件提供更高的隐私性和安全性；同时，本发明通过对用户和文件注册信息，结合RFID技术降低了文件存取时的时间成本和管理成本；本发明中引入文件和人员重要等级，有利于避免文件的误取问题；并记录文件的存取信息，方便文件追踪和管理。

Description

一种基于同态计算的文件管理***及方法

技术领域

本发明涉及纸质文件管理技术领域，更具体的说是涉及一种基于同态计算的文件管理***及方法。

背景技术

传统纸质文件管理***的识别方式主要以磁条以及条码***为主，但其文件管理***自动化程度较低，在涉密文件借阅归还、分类、清点时均需人工辅助。特别是对文件的编码无疑会暴露文件的数量。在引入RFID技术后得到改善，但这样仅仅是将操作中的人工环节减少和对文件的编码复杂化，并不能解决攻击者猜测文件的数量产生的泄密。如果使用传统加密，将文件对应的RFID中存储加密后的密文，攻击者仍然可以使用多次取文件并记录取出文件上RFID记录的密文的办法，大致猜测出文件柜中文件的数量。

因此，如何为文件提供更高的隐私性和安全性，隐藏文件的真实数量，避免因文件数量导致的泄密问题，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明结合密码学提供至少解决上述部分技术问题的一种基于同态计算的文件管理***及方法，本发明有助于为文件提供更高的隐私性和安全性，实现了隐藏文件的真实数量的功能，以便于避免因文件数量导致的泄密问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

第一方面，本发明提供一种基于同态计算的文件管理***，该***包括：用户注册模块、文件录入模块、用户验证模块和文件加密模块，其中：

所述用户注册模块，用于为用户注册账户，根据组织架构和用户级别分配查看文件的权限，并将用户信息存储至数据库中；

所述文件录入模块，用于文件的初次录入，录入过程中通过SM3哈希摘要算法为文件生成身份识别码；

所述用户验证模块，用于验证用户申请的文件等级和借阅时的权限鉴别；

所述文件加密模块，用于利用同态加密算法将所述文件录入模块生成的文件身份识别码进行加密，还用于在文件出库时使用0的密文刷新电子标签中的原密文数据。

进一步地，该***还包括：文件追踪模块，用于记录文件当前和历史借阅情况。

进一步地，该***还包括：电子标签和安装有读写器的文件柜，其中：所述电子标签用于存储密文数据，所述文件柜用于存放文件，所述读写器用于通过电磁信号与所述电子标签进行信息交互。

进一步地，所述文件录入模块用于文件的初次录入，录入过程具体包括：

为每一个文件创建编号，其中/>表示文件的查阅等级，/>表示文件编码；

为每一个文件分配一个电子标签，每一个电子标签都记录有其本身固有编号，通过读写器读取电子标签的本身固有编号/>；

通过SM3哈希摘要算法为当前文件生成在***内的唯一身份识别码，公式为：

其中，表示第i个文件的身份识别码，H表示哈希算法，/>表示字符串的拼接。

进一步地，所述文件加密模块利用同态加密算法将身份识别码进行加密，公式为：

其中，表示/>对应的密文，E表示同态加密算法。

进一步地，所述文件加密模块，根据同态性，使用0的密文在密文下做同态加法刷新原密文数据，公式为：

其中，表示新的密文，/>表示/>对应的密文，E表示同态加密算法。

进一步地，所述用户验证模块，还用于在验证用户申请的文件等级和借阅时的权限鉴别不通过时，进行权限申请。

第二方面，本发明还提供一种基于同态计算的文件管理方法，应用于上述的一种基于同态计算的文件管理***，进行纸质文件管理，该方法包括：

数据录入阶段：

通过用户注册模块为用户注册账户，根据组织架构和用户级别分配查看文件的权限，并将用户信息存储至数据库中；

通过文件录入模块进行文件初次录入，录入过程中通过SM3哈希摘要算法为文件生成身份识别码；

文件存取阶段：

通过用户验证模块验证用户申请的文件等级和借阅时的权限鉴别；

通过文件加密模块利用同态加密算法将所述文件录入模块生成的文件身份识别码进行加密，并在文件出库时使用0的密文刷新电子标签中的原密文数据。

进一步地，该方法还包括：

通过文件追踪模块记录文件当前和历史借阅情况。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益技术效果：

1.本发明公开了的一种基于同态计算的文件管理***及方法，本发明利用SM3、同态加密算法以及0的密文对电子标签中的数据进行加密及刷新，即使取出相同的文件，每次电子标签中的信息并不相同，实现了隐藏文件数量的功能，便于避免因文件数量导致的泄密问题，有助于对文件提供更高的隐私性和安全性。

2.本发明通过对用户和文件注册信息，结合RFID技术降低了文件存取时的时间成本和管理成本；本发明中记录文件的存取信息，方便文件追踪和管理。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明实施例提供的一种基于同态计算的文件管理***结构示意图。

图2为本发明实施例提供的基于同态计算的文件管理工作流程原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种基于同态计算的文件管理***，该***包括：用户注册模块、文件录入模块、用户验证模块、文件加密模块、文件追踪模块；其中：

用户注册模块用于为用户注册账户，根据组织架构和用户级别分配查看文件的权限，并将用户信息存储至数据库中；文件录入模块用于文件的初次录入，录入过程中通过SM3哈希摘要算法为文件生成身份识别码；用户验证模块用于验证用户申请的文件等级和借阅时的权限鉴别；文件加密模块用于利用同态加密算法将文件录入模块生成的文件身份识别码进行加密，还用于在文件出库时使用0的密文刷新电子标签中的原密文数据；文件追踪模块用于记录文件当前和历史借阅情况。各个模块通过电信号数据进行信息交换。

优选的，在本实施例中，该***还包括一个安装有读写器的文件柜、以及可贴在文件上的RFID电子标签；其中，电子标签用于存储密文数据，文件柜用于储存放置纸质文件，读写器用于存取文件时读取文件上电子标签内的数据；电子标签通过电磁激励信号与读写器交互信息。

结合图2所示，下面对本发明的一种基于同态计算的文件管理***使用时的具体工作原理进行详细介绍：

在一个具体实施例中，***管理员通过用户注册模块，把组织内的用户注册进入文件管理***，并在数据库中存储用户信息，这里/>表示第i个用户，一般可用该用户在组织内的物理识别码表示，如工号，姓名等；/>表示该用户对应的用户权限，本实施例中默认分为三种级别，分别为：一般、重要、核心。

在一个具体实施例中，***管理员通过文件录入模块进行文件的初次录入，录入过程分为以下三步；首先为每一个文件创建编号，这里/>表示文件的查阅等级，可设置为：秘密、机密、绝密；/>为文件编码，可按照数字排序。然后***管理员为每一个文件分配一个电子标签，每一个电子标签都记录有它本身固有的一个编号/>，通过读写器读取RFID电子标签本身固有的编号/>传输到***内。最后使用SM3哈希摘要算法为当前文件生成在***内的唯一身份识别码/>，这里H表示哈希算法，/>表示字符串的拼接。

至此***的初始化完成，下面描述***在文件存取时的过程，具体为；

在一个具体实施例中，用户通过文件柜处发起借阅请求并输入自己的账号，***验证用户申请的文件等级和借阅时的权限鉴别。查阅权限和人员等级关系表可参考下表1：

如满足借阅要求且申请的文件在库，则文件准备预出库；若不满足借阅要求，则可以向上级提供申请临时权限功能，若申请成功，则文件准备预出库；若文件不在库，则显示文件当前借阅人，服务终止。

在一个具体实施例中，调用文件加密模块进行加密及密文刷新，其具体实施过程为：使用基于ECC的同态加密算法将加密为/>，这里的E表示同态加密算法，为每一个/>对应的密文，将/>通过读写器写入到RFID电子标签内中去，作为文件在***内的识别信息。此外，为了保护文件数量***露，在每一次的文件出柜前还需要做一次密文刷新，以更新该文件的电子标签中的信息；文件在预出库状态，***为当前文件的密文做刷新操作，具体过程为，***通过读写器读取到当前预出库的文件上电子标签内存储的密文为/>，根据同态性，使用0的密文在密文下做同态加法刷新原先的密文数据/>为/>；由于将0使用同态加密算法加密了，因此每一次0的密文都不相同且对于相同的/>刷新后的密文也必然不同但解密后对应的明文仍然保持不变；在得到新的密文/>后，将/>通过读写器覆盖当前预出库的文件上的电子标签内的数据，达到刷新密文的目的。

在一个具体实施例中，***在刷新密文成功后，文件出库，通过文件追踪模块记录文件当前归属在哪位用户的名下，并更新文件状态为出库状态；当新的用户重新借阅该文件时，显示该文件的借阅情况；当文件入库后，***将记录保存留档。

在一个具体实施例中，当用户通过文件柜提出归还文件请求时，***通过读写器自动获取当前文件上电子标签内存储的数据，并通过/>和数据库内的数据/>做同态计算/>，并对结果解密，若当前文件属于本***内的文件，则解密的结果其中一个值为0，则允许文件入库，并更新文件状态；否则认为当前文件不属于本***，拒绝文件入库。

由上述实施例的描述，本领域技术人员可获知本发明提供了一种基于同态计算的文件管理***，结合SM3和同态加密技术更新电子标签内的数据，做到每次取相同文件但对应的电子标签信息不一致，隐藏了文件的真实数量；有助于对文件提供更高的隐私性和安全性。本发明通过对用户和文件注册信息，同时结合RFID技术降低了文件存取时的时间成本和管理成本；引入文件和人员重要等级，避免文件的误取问题；本发明中记录文件的存取信息，方便文件追踪和管理。

进一步地，本发明实施例还提供了一种支持整数运算的同态加密方法，其工作大体流也请参照如图2所示，该方法包括：

数据录入阶段：

文件存取阶段：

还通过文件追踪模块记录文件当前和历史借阅情况。

本发明实施例所提供的一种基于同态计算的文件管理方法，其实现原理及产生的技术效果和前述***实施例相同，为简要描述，该实施例部分未提及之处，可参考前述***实施例中相应内容，在此不再赘述。

另外，本发明实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算设备可读的一个或多个程序，一个或多个程序包括指令，指令当由计算设备执行时，使得计算设备执行上述实施例中的一种基于同态计算的文件管理方法。

这里的计算机可读存储介质的示例包括：只读存储器(ROM)、随机存取可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、闪存、非易失性存储器、CD-ROM、DVD-ROM、蓝光或光盘存储器、硬盘驱动器(HDD)、固态硬盘(SSD)、卡式存储器(诸如，多媒体卡、安全数字(SD)卡或极速数字(XD)卡)、磁带、软盘、磁光数据存储装置、光学数据存储装置、硬盘、固态盘以及任何其他装置，上述任何其他装置被配置为以非暂时性方式存储计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构并将所述计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构提供给处理器或计算机使得处理器或计算机能执行所述计算机程序。上述计算机可读存储介质中的计算机程序可在诸如客户端、主机、代理装置、服务器等计算机设备中部署的环境中运行，此外，在一个示例中，计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构分布在联网的计算机***上，使得计算机程序以及任何相关联的数据、数据文件和数据结构通过一个或多个处理器或计算机以分布式方式存储、访问和执行。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为***、方法或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

应当注意的是，词语“包括”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种基于同态计算的文件管理***，其特征在于，该***包括：用户注册模块、文件录入模块、用户验证模块和文件加密模块，其中：

所述文件加密模块，用于利用同态加密算法将所述文件录入模块生成的文件身份识别码进行加密，还用于在文件出库时使用0的密文刷新电子标签中的原密文数据；

所述文件录入模块用于文件的初次录入，录入过程具体包括：

为每一个文件创建编号type-file_i，其中type表示文件的查阅等级，file_i表示文件编码；

为每一个文件分配一个电子标签，每一个电子标签都记录有其本身固有编号RFID_i，通过读写器读取电子标签的本身固有编号RFID_i；

ID_i＝H((type-file_i)||RFID_i)

其中，ID_i表示第i个文件的身份识别码，H表示哈希算法，||表示字符串的拼接；

所述文件加密模块利用同态加密算法将身份识别码进行加密，公式为：

C_i＝E(ID_i)

其中，C_i表示ID_i对应的密文，E表示同态加密算法；

所述文件加密模块，根据同态性，使用0的密文在密文下做同态加法刷新原密文数据，公式为：

C′_i＝C_i+E(0)

其中，C'_i表示新的密文，C_i表示ID_i对应的密文，E表示同态加密算法。

2.根据权利要求1所述的一种基于同态计算的文件管理***，其特征在于，该***还包括：文件追踪模块，用于记录文件当前和历史借阅情况。

3.根据权利要求2所述的一种基于同态计算的文件管理***，其特征在于，该***还包括：电子标签和安装有读写器的文件柜，其中：所述电子标签用于存储密文数据，所述文件柜用于存放文件，所述读写器用于通过电磁信号与所述电子标签进行信息交互。

4.根据权利要求1所述的一种基于同态计算的文件管理***，其特征在于，所述用户验证模块，还用于在验证用户申请的文件等级和借阅时的权限鉴别不通过时，进行权限申请。

5.一种基于同态计算的文件管理方法，其特征在于，应用于如权利要求1-4中任一项所述的一种基于同态计算的文件管理***，进行纸质文件管理，该方法包括：

数据录入阶段：

文件存取阶段：

通过文件加密模块利用同态加密算法将所述文件录入模块生成的文件身份识别码进行加密，并在文件出库时使用0的密文刷新电子标签中的原密文数据；

ID_i＝H((type-file_i)||RFID_i)

C_i＝E(ID_i)

其中，C_i表示ID_i对应的密文，E表示同态加密算法；

C′_i＝C_i+E(0)

其中，C′_i表示新的密文，C_i表示ID_i对应的密文，E表示同态加密算法。

6.根据权利要求5所述的一种基于同态计算的文件管理方法，其特征在于，该方法还包括：

通过文件追踪模块记录文件当前和历史借阅情况。