本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)信息安全
技術(shù)領(lǐng)域：
，是一種基于Zlib開源壓縮和解壓縮項(xiàng)目，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，加入AES解密算法。由應(yīng)用程序調(diào)用Zlib的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)來對(duì)AES加密的ZIP包進(jìn)行解密解壓的方法。
背景技術(shù)：
：科技的發(fā)展使計(jì)算機(jī)深入到我們生活的方方面面，而壓縮作為一種非常典型的技術(shù)，應(yīng)用到很多場(chǎng)合，比如文件系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)，消息傳輸?shù)雀黝悎?chǎng)合。壓縮可以分為無損壓縮和有損壓縮；有損，指的是在壓縮之后無法完整地還原原始信息，但壓縮率高；無損壓縮則用于文件等必須完整還原信息的場(chǎng)合，本文提到的ZIP文件就是一種無損壓縮。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常需要實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)網(wǎng)站的上網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和分析，提取出感興趣的信息。但各個(gè)網(wǎng)站的上網(wǎng)數(shù)據(jù)文件內(nèi)容非常龐大，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮；為了防止信息泄露，還對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了加密處理。AES(TheAdvancedEncrypionStandard)是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所用于加密電子數(shù)據(jù)的規(guī)范。它被廣泛應(yīng)用到金融、電信和政府?dāng)?shù)字信息等領(lǐng)域。AES是一個(gè)迭代的，對(duì)稱密鑰分組的密碼，它可以使用128，192，256位密鑰，并且用128位(16字節(jié))分組加密和解密數(shù)據(jù)。Zlib是一個(gè)免費(fèi)、通用、不受任何法律阻礙的、無損的數(shù)據(jù)壓縮開發(fā)庫(kù)，而且還是跨平臺(tái)的開源項(xiàng)目。這意味著任何人都可以修改、使用而無需交納任何費(fèi)用，這也是對(duì)各個(gè)網(wǎng)站的上網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和分析時(shí)，通常使用Zlib庫(kù)進(jìn)行開發(fā)的主要原因，并且ZIP格式屬于幾種主流的壓縮格式之一。在使用Zlib庫(kù)對(duì)各個(gè)網(wǎng)站的上網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和分析時(shí)，通常采用Linux自帶的Zlib庫(kù)函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮和解壓，一些網(wǎng)站上報(bào)的數(shù)據(jù)采用7-zip軟件加密壓縮成ZIP包，而7-zip軟件采用AES算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。但Zlib只支持簡(jiǎn)單的加密算法，并不支持AES加密解密算法；所以隨之帶來的問題是Zlib庫(kù)不能正常處理網(wǎng)站上報(bào)的采用AES加密的數(shù)據(jù)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種基于Zlib開源庫(kù)，結(jié)合AES解密算法，能自動(dòng)且準(zhǔn)確地對(duì)7-zip軟件加密壓縮的文件進(jìn)行解密解壓，通過僅添加libz.so動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和libaes.a靜態(tài)鏈接庫(kù)即可處理網(wǎng)站上報(bào)加密的ZIP包。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于Zlib庫(kù)和AES算法解壓ZIP包的方法，包括以下步驟：1)獲取網(wǎng)站的ZIP包數(shù)據(jù)，從ZIP包中讀取文件并判斷其是否采用AES算法進(jìn)行加密；2)對(duì)于采用AES算法進(jìn)行加密的ZIP包數(shù)據(jù)，在Zlib庫(kù)基礎(chǔ)上添加AES算法來對(duì)ZIP包進(jìn)行解密和解壓。進(jìn)一步地，步驟2)將AES算法封裝在靜態(tài)庫(kù)文件中，將Zlib庫(kù)封裝在libz.so動(dòng)態(tài)庫(kù)文件中。進(jìn)一步地，所述AES加密解密算法包括：a.AES加密過程：SubBytes(字節(jié)替代)，ShiftRows(行移位)，MixColumns(列混淆)，AddRoundKey(輪密鑰加)；b.AES解密過程：InvSubBytes(逆字節(jié)替代)，InvShiftRows(逆行移位)，InvMixColumns(逆列混淆)AddRoundKey(輪密鑰加)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果如下：由于本發(fā)明中，對(duì)開源壓縮Zlib項(xiàng)目進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，加入AES解密算法；這正是7-zip的加密算法，從而對(duì)于網(wǎng)站運(yùn)營(yíng)商上報(bào)的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確并快速處理。另外，Zlib解壓算法采用libz.so動(dòng)態(tài)庫(kù)的方式，而AES算法采用封裝成靜態(tài)庫(kù)方式，在處理網(wǎng)站上報(bào)的數(shù)據(jù)時(shí)可以自動(dòng)安裝，不需要升級(jí)系統(tǒng)的Zlib庫(kù)，這樣避免了操作系統(tǒng)版本過低帶來另外問題；最后本發(fā)明采用的Zlib解壓算法具有比7-zip算法效率高、占有CPU少的優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1是處理網(wǎng)站上報(bào)數(shù)據(jù)的流程圖；圖2是調(diào)用Zlib解壓ZIP文件流程圖；圖3是AES加密解密流程圖；圖4是SubBytes(字節(jié)替代)矩陣示意圖；圖5是ShiftRows(行移位)示意圖；圖6是7zip和Zlib解壓時(shí)間對(duì)比圖。具體實(shí)施方式下面通過具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。圖1是展示了現(xiàn)有技術(shù)中處理網(wǎng)站上報(bào)數(shù)據(jù)的整個(gè)流程。如該圖所示，首先從現(xiàn)場(chǎng)的搬運(yùn)程序接收到ZIP包數(shù)據(jù)，掃描相應(yīng)的目錄，然后解壓ZIP包文件，再掃描解壓ZIP包文件后的bcp文件和實(shí)體文件，最后對(duì)bcp文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，即取得無效數(shù)據(jù)和對(duì)有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，再?gòu)倪@些有效的數(shù)據(jù)中提取特定的信息；實(shí)體文件入全文數(shù)據(jù)庫(kù)。本文發(fā)明是在原有Zlib庫(kù)基礎(chǔ)上，添加AES算法來解壓ZIP包的方法，位于圖1的第三個(gè)環(huán)節(jié)。一.解壓模塊設(shè)計(jì)盡管7zip的壓縮率很高，且支持AES加密和解密，但7zip占用cpu很高，這會(huì)很大程度上影響其在處理網(wǎng)站上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)的實(shí)時(shí)性，所以本方法中采用Zlib庫(kù)來解壓ZIP文件。Zlib庫(kù)屬于開源庫(kù)，采用DEFLATE壓縮算法，只支持簡(jiǎn)單加密解密功能；但不支持AES加解密算法，所以要想解壓AES算法加密的ZIP包，就必須修改開源庫(kù)Zlib代碼添加AES加解密算法。為了不影響之前調(diào)用的接口，把AES算法封裝在libaes.a靜態(tài)庫(kù)文件中(libaes.a為本發(fā)明自己定義的靜態(tài)庫(kù)名稱)；Zlib庫(kù)封裝在libz.so動(dòng)態(tài)庫(kù)文件中。這么做的好處是無論怎么修改代碼，只需更新這兩個(gè)庫(kù)文件不必修改其他的程序。修改unzip.c文件，增加修改unzOpenCurrentFilePassword函數(shù)，此函數(shù)主要功能獲得ZIP文件信息；判斷HEADID若是0x9901則ZIP包采用AES加密；讀取版本號(hào)；讀取兩字節(jié)判斷是否為‘A’和‘E’；讀取ZIP包加密模式，這里應(yīng)該是AES；讀取ZIP包壓縮模式。修改unzReadCurrentFile函數(shù)，此函數(shù)主要功能讀取ZIP包中的文件內(nèi)容，判斷之前讀取的ZIP加密模式；若是AES則調(diào)用libaes.a靜態(tài)庫(kù)進(jìn)行解密，用已知的密鑰進(jìn)行解密得到明文。解壓流程：如圖2所示，包括：打開ZIP流，獲取ZIP文件的信息，打開當(dāng)前定位的文件，循環(huán)讀取文件(若是AES加密則對(duì)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行AES解密)，關(guān)閉當(dāng)前文件，關(guān)閉ZIP流。具體步驟如下：1.以文件流的方式打開ZIP包；2.定位到壓縮文件中的第一個(gè)文件；3.獲得ZIP相關(guān)的文件信息，若是目錄則繼續(xù)遞歸，若是文件則創(chuàng)建文件；4.打開當(dāng)前定位到文件，獲取ZIP信息，判斷是否是AES加密，若是則初始化AES信息結(jié)構(gòu)體，本發(fā)明將該結(jié)構(gòu)體稱為aes_cox；5.從當(dāng)前ZIP包中讀取文件，循環(huán)讀取，判斷是否是AES加密，若是將內(nèi)容解密讀出，并將讀到的內(nèi)容寫入到之前創(chuàng)建的文件中；6.設(shè)置文件時(shí)間戳；7.關(guān)閉當(dāng)前讀取的文件，釋放之前動(dòng)態(tài)分配的AES信息結(jié)構(gòu)的內(nèi)存；8.若ZIP包中還存在其他文件，定位到下一個(gè)文件；9.關(guān)閉打開的流。二.AES加密和解密算法構(gòu)成如圖3所示，AES加密算法的核心部分包括：SubBytes(字節(jié)替代)，ShiftRows(行移位)，MixColumns(列混淆)，AddRoundKey(輪密鑰加)。AES解密算法是加密的逆過程，所以除了AddRoundKey(輪密鑰加)不變外，其余的都需要進(jìn)行逆變換，InvSubBytes(逆字節(jié)替代)，InvShiftRows(逆行移位)，InvMixColumns(逆列混淆)。1.字節(jié)代替字節(jié)代替的主要功能是通過S盒完成一個(gè)字節(jié)到另外一個(gè)字節(jié)的映射。它是一個(gè)關(guān)于字節(jié)的非線性變換，它將狀態(tài)中的每一個(gè)字節(jié)非線性地變換為另一個(gè)字節(jié)，代替表S盒是可逆的；如圖4所示。字節(jié)代替分為：正向字節(jié)代替和逆向字節(jié)代替。2.行移位行移位的功能是實(shí)現(xiàn)一個(gè)4*4矩陣內(nèi)部字節(jié)之間的置換。行移位分為：正向行移位和逆向行移位。正向行移位的操作即是：第一行保存不變，第二行循環(huán)左移1個(gè)字節(jié)，第三行循環(huán)左移2個(gè)字節(jié)，第四行循環(huán)左移3個(gè)字節(jié)，如圖5所示。逆向行移位即是相反的操作。3.列混淆列混淆：是對(duì)一個(gè)狀態(tài)逐列進(jìn)行變換，即使用線性轉(zhuǎn)換來混合每列的四個(gè)字節(jié)。列混淆分為：正向列混淆和逆向列混淆。4.輪密鑰加在輪密鑰加過程中，使用簡(jiǎn)單的按位異或操作，通過密鑰調(diào)度過程對(duì)密鑰進(jìn)行擴(kuò)展而得到輪密鑰，然后明文與相應(yīng)的子密鑰異或即可，即每輪的輸入與輪密鑰異或一次；因此，解密時(shí)再異或上該輪的密鑰即可恢復(fù)輸入。5.密鑰調(diào)度密鑰調(diào)度包括兩部分：密鑰擴(kuò)展和輪密鑰選取。密鑰擴(kuò)展的作用是在數(shù)據(jù)加密/解密前得到輪變換中使用的輪密鑰。綜上所述，從AES加密解密流程圖也可以得知，AES加密和解密都是一個(gè)迭代的過程；在迭代過程中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)置換，直到得到最后的明文或密文。三.程序中調(diào)用的APIAPI1：解壓文件voidunzip_extract(char*pZipFile,char*pExtractDir)輸入?yún)?shù)：1)解壓文件名稱，2)解壓目錄名稱；返回值：無。API2：打開文件流void*unzOpen(char*pZipFile)輸入?yún)?shù)：1)解壓文件名稱；返回值：1)轉(zhuǎn)換成void*形式的文件流指針。API3：定位到第一個(gè)文件intunzGoToFirstFile(void*uf)輸入?yún)?shù)：1)文件流指針；返回值：1)0成功，2)-1失敗。API4：打開當(dāng)前文件intunzOpenCurrentFilePassword(void*uf,char*pwd)輸入?yún)?shù)：1)文件流指針，2)密鑰(網(wǎng)站加密壓縮ZIP時(shí)的密鑰)，返回值：1)0成功，2)-1失敗。API5：讀取當(dāng)前文件內(nèi)容intunzReadCurrentFile(void*uf,char*buf,size_tsize)輸入?yún)?shù)：1)文件流指針，2)讀取內(nèi)容，3)內(nèi)容大??；返回值：1)0成功，2)-1失敗。API6：關(guān)閉當(dāng)前文件intunzCloseCurrentFile(void*uf)輸入?yún)?shù)：1)文件流指針；返回值：1)0成功，2)-1失敗。API7：定位到下一個(gè)文件intunzGoToNextFile(void*uf)輸入?yún)?shù)：1)文件流指針；返回值：1)0成功，2)-1失敗。API8：關(guān)閉文件流intunzClose(void*uf)輸入?yún)?shù)：1)文件流指針；返回值：1)0成功，2)-1失敗。API9：逆向列混淆voidcontrary_mixColumns(unsignedchar*col)輸入?yún)?shù)：1)處理數(shù)據(jù)(ZIP包中文件的內(nèi)容)；返回值：1)混淆處理后的數(shù)據(jù)。API10：逆向字節(jié)替換voidcontrary_subBytes(unsignedchar*col)輸入?yún)?shù)：1)處理數(shù)據(jù)(ZIP包中文件的內(nèi)容)；返回值：1)逆向字節(jié)替換處理后的數(shù)據(jù)。API11：逆向行移位voidcontrary_shiftRows(unsignedchar*col)輸入?yún)?shù)：1)處理數(shù)據(jù)(ZIP包中文件的內(nèi)容)；返回值：1)逆向行移位處理后的數(shù)據(jù)。API12：輪密鑰加voidadd_roundKey(unsignedchar*col,unsignedchar*key,intround)輸入?yún)?shù)：1)處理數(shù)據(jù)(ZIP包中文件的內(nèi)容)，2)密鑰(網(wǎng)站加密壓縮ZIP時(shí)的密鑰)，3)輪詢次數(shù)；返回值：1)輪密鑰加處理后的數(shù)據(jù)。本發(fā)明分別使用7zip和Zlib對(duì)網(wǎng)站上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓測(cè)試，測(cè)試得到的時(shí)間單位為微秒，如下面表1所示；并對(duì)解壓結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，如圖6所示，該圖的橫坐標(biāo)表示不同文件，縱坐標(biāo)表示解壓所用的時(shí)間。表1.測(cè)試結(jié)果列表文件名/解壓方法7zip(us)Zlib(us)data_1471449694.zip6177002922data_1471453015.zip2563643209data_1471453608.zip1831815564data_1471451806.zip1931806083data_1471450007.zip16939118622data_1471450907.zip25013415472data_1471452105.zip18023136974data_1471451507.zip18455315633data_1471450307.zip2069647315從圖6可得出結(jié)論，采用本發(fā)明的方法，應(yīng)用Zlib庫(kù)進(jìn)行解壓，其在時(shí)間級(jí)上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于采用7zip庫(kù)進(jìn)行解壓。以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3