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基于USB Key文件加密方案的设计与实现.doc
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基于USB Key文件加密方案的设计与实现.doc
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本科毕业设计(论文)
题目:基于 USB Key 文件加密方案的设计与实现
年 月 日
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基于 USB Key 文件加密方案的设计与实现
I
【摘 要】信息技术的不断发展与广泛应用,使得人们在获得便捷的同时也不得不想尽
办法来保障信息的安全。近年来,采用 USB Key 技术对文件实行安全保护的相关研究
已经较为成熟,甚至不少业界公司都推出了相关产品。但是,在信息安全战略深入实施,
国产化电子文件管理进程快速推进的背景下,采用国产算法,基于 USB Key 技术来设
计实现一套能够对电子文件实行加解密保护的有效解决方案具有良好的实用价值和深
远的现实意义。本课题就是在这样的背景下,采用硬、软件结合的方式,通过 USB Key
以及适用于 USB Key 的密码应用接口函数来设计实现一个文件加解密方案来保护文件。
用户的数字证书和密钥可以在 USB Key 中安全地储存,并用来对文件进行加密和数字
签名,可以保障用户私钥的绝对安全。本设计在国产化电子文件安全保护方面进行了有
益的尝试和探索,为文件加密工作提供了进一步的安全保障。
【关键词】USB Key 文件加密 身份认证
【 Abstract 】 With the development and wide application of information technology , it
makes people convenient but at the same time people have to find ways to protect the security
of information . Nowadays , research of using USB Key technology to implement security of
documents has been mature , even many industry companies have launched related products.
But under the background of the depth implementation of information security strategy and
the rapid advance of localization electronic document management process , using domestic
algorithm, which can be designed to achieve an effective solution to protect electronic
document based on USB Key technology ,which has a good practical value and profound
practical significance. The issue is in this context, combining with hardware and software ,
through USB Key as well as application interface function which is suitable for USB Key to
design and implement a file encryption and decryption program to protect files. USB Key can
securely store user digital certificates and keys, which can be used to encrypt files and digital
signature, and can protect the user's private key absolute security. It is a useful attempt and
exploration in the domestic electronic file security protection, which can provide further
security for file encryption work
【Keywords】USB Key File encrypt identity authentication
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基于 USB Key 文件加密方案的设计与实现
I
目 录
1 绪 论...................................................................................................................................1
1.1 研究背景及意义...................................................................................................................1
1.2 发展现状...............................................................................................................................1
1.3 主要内容及工作...................................................................................................................2
1.4 论文的章节架构...................................................................................................................3
2 相关基础理论.........................................................................................................................3
2.1 系统选型...............................................................................................................................3
2.1.1 设计语言与开发工具........................................................................................................3
2.1.2 数据库方案选择................................................................................................................4
2.1.3 算法的选择........................................................................................................................4
2.1.3.1 对称密码算法.................................................................................................................4
2.1.3.2 公钥算法.........................................................................................................................5
2.1.3.3 摘要运算.........................................................................................................................5
2.2 系统所选算法基础知识.......................................................................................................6
2.2.1 对称密码算法 SM4...........................................................................................................6
2.2.2 公钥密码算法 SM2...........................................................................................................6
2.2.3 摘要算法............................................................................................................................7
2.3 PKI 概述 ...............................................................................................................................8
2.3.1 数字签名............................................................................................................................9
2.3.2 数字证书............................................................................................................................9
2.4 USB Key 基本原理和应用 .................................................................................................9
2.5 数据库访问技术................................................................................................................10
3 系统详细分析与设计...........................................................................................................11
3.1 系统总体设计.....................................................................................................................11
3.2 系统基本功能模块设计.....................................................................................................12
3.2.1 系统认证模块设计..........................................................................................................12
3.2.2 文件加解密模块设计......................................................................................................13
3.2.3 文件保存功能设计..........................................................................................................15
3.2.4 文件导入/导出功能设计 ................................................................................................15
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基于 USB Key 文件加密方案的设计与实现
II
3.2.5 系统审计功能设计..........................................................................................................16
3.3 数据格式设计....................................................................................................................16
3.3.1 数据头格式......................................................................................................................16
4 系统的开发与实现...............................................................................................................18
4.1 用户登陆认证.....................................................................................................................18
4.2 系统主要界面与功能.........................................................................................................20
4.3 加解密模块实现.................................................................................................................21
4.3.1 对文件(文件夹)的操作..............................................................................................21
4.3.2 证书管理模块..................................................................................................................22
4.3.3 文件加密..........................................................................................................................23
4.3.4 文件解密..........................................................................................................................24
4.3.5 密文数据包......................................................................................................................25
4.3.6 密文数据导出..................................................................................................................25
4.4 系统日志功能实现............................................................................................................25
5 系统测试...............................................................................................................................26
5.1 功能及性能测试.................................................................................................................26
5.2 出错处理.............................................................................................................................28
结 论.....................................................................................................................................30
致 谢.....................................................................................................................................32
参考文献...................................................................................................................................33
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基于 USB Key 文件加密方案的设计与实现
1
1 绪 论
1.1 研究背景及意义
当今信息技术不断发展并广泛应用,无论在日常生活中,亦是在办公过程中,人
们都会更多地利用计算机来处理信息,但信息也变得越来越不安全
[1]
。个人信息被盗用、
个人隐私受到侵犯、企业商业秘密被竞争对手窃取、存储国家秘密的计算机被黑客攻
击等现象频繁出现,因此,采用良好的保密机制和保密措施维护信息安全的相关技术
手段或解决方案显得十分必要。保障密钥的安全性是保障一个加密系统或者加密算法
安全的关键,而且也要加强对于密钥拥有者的身份认证,但就目前的一些文件加密方
案而言,仍存在着一定的缺陷
[2]
。一般的加密过程都在计算机中进行,密钥一般都会在
主机里,而计算机在连接网络的情况下最易被外界所控制,就算没有连接网络亦会使
存储密钥的主机受到攻击。针对这一情况,很多厂家采取了分割存放、动态加载等技
术手段加以防范。USB Key 就是在这样的背景下,应运而生的一种认证和加密技术。
USB Key 作为具有 USB 接口的独立移动设备,它内部能够安全地储存用户的数字
证书及密钥,并且自身具有密码学的相关算法功能,在身份认证和密码学领域已经得
到了广泛的应用,可以取代原先安全性不足的一些认证和加密方式
[3]
。而且 USB Key
技术在电子文件安全保护方面也具有了的一定的研究,因此,本设计拟基于 USB Key
技术,结合国产加密算法来设计实现一个较为完备的加密方案,来满足电子文件的安
全储存需求。利用 USB Key 来储存用户数字证书,通过证书可以解析出用户公钥,并
用于数字签名和进行非对称加密,而私钥在 USB Key 中是不能被导出的,不存在于主
机,这一点可以确保密钥的绝对安全
[4]
。国际上公开的算法往往不安全,甚至留有后门,
基于国产化算法的信息安全产品是深化国家信息安全战略的一项重要内容。
1.2 发展现状
目前,就信息安全领域所面临的问题而言,要想实现信息的安全存储,保障密钥的
安全管理是实现信息安全的重要前提。目前较为成熟的 USB Key 技术已经解决了之前
一直面临的密钥安全管理问题,可以保障私钥的安全,私钥在 USB Key 的容器中安全
存放,不会被读取,并且所有进行的运算都在 USB Key 中进行,可以较为有效的防止
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