本發(fā)明涉及一種信息安全領(lǐng)域，具體地說是利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

密鑰是密碼算法或協(xié)議中需要特別安全保護(hù)的數(shù)據(jù)，通常有軟密鑰和硬密鑰兩種密鑰形式，軟密鑰以文件形式存在計(jì)算機(jī)或服務(wù)器中，硬密鑰保存在專用的硬件密碼機(jī)內(nèi)。

軟密鑰存在安全性較低的問題。硬密鑰的安全性較高，密鑰的產(chǎn)生、使用均在硬件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，密鑰不導(dǎo)出，計(jì)算過程也不出現(xiàn)在CPU、內(nèi)存中。

但是通用的密碼機(jī)對(duì)密鑰調(diào)用的權(quán)限控制比較單一，主要是靠口令或者IP地址白名單，容易被攻擊者利用。同時(shí)硬件密碼機(jī)存儲(chǔ)密鑰的數(shù)量也是有限的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是針對(duì)以上不足，提供利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的方法及系統(tǒng)，來解決密碼機(jī)對(duì)密鑰調(diào)用權(quán)限控制單一及密碼機(jī)存儲(chǔ)密鑰的數(shù)量有限的問題。

本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，

利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的方法，在通用密碼機(jī)的安全原則的基礎(chǔ)上，提出密鑰分割、異地存儲(chǔ)、多點(diǎn)認(rèn)證和用過即毀的方法；包括如下過程：

（1）、密鑰分割分發(fā)過程：密碼機(jī)將密鑰分割為N份密鑰片段，N為至少為2的自然數(shù)，N份分割后的密鑰片段均通過雙重加密后，分別輸出到各對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備；保存點(diǎn)設(shè)備為N個(gè)，每個(gè)加密后的密鑰片段分別對(duì)應(yīng)一個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備；

（2）、密鑰合成使用過程：使用時(shí)，密碼機(jī)對(duì)全部保存點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證后，解密分割后的密鑰片段，合成為完整的密鑰；

（3）、用過即毀過程：合成后的密鑰使用一次后由密碼機(jī)立刻銷毀。

密鑰分割分發(fā)過程如下：

①、通過接口向密碼機(jī)發(fā)起密鑰分割指令，輸入要分割的份數(shù)為N，N為至少為2的自然數(shù)，同時(shí)輸入N個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備M1、M2、...MN的設(shè)備數(shù)字證書M1Cert、M2Cert、...MNCert；

②、密碼機(jī)產(chǎn)生一個(gè)新的密鑰K；

③、將密鑰K分割成N份密鑰片段，分別是密鑰片段K1、密鑰片段K2、... 密鑰片段KN；

④、密鑰片段K1使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備M1的設(shè)備數(shù)字證書M1Cert雙重加密，得到加密后的密鑰片段K1”；K1”= Enc（K1,(HSMCert,M1Cert))；

密鑰片段K2使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備M2的設(shè)備數(shù)字證書M2Cert雙重加密，得到加密后的密鑰片段K2”；K2”= Enc（K2,(HSMCert,M2Cert))；

…以此類推…；

密鑰片段KN使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備MN的設(shè)備數(shù)字證書MNCert雙重加密，得到加密后的密鑰片段KN”；KN”= Enc（KN,(HSMCert,MNCert))；

⑤、將加密后的密鑰片段K1”、加密后的密鑰片段K2”、...加密后的密鑰片段KN”分別發(fā)送到其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備M1、M2、...MN進(jìn)行安全保存。

步驟②中，密碼機(jī)通過硬件密碼設(shè)備，產(chǎn)生一個(gè)密鑰K；硬件密碼設(shè)備采用加密卡。

步驟②中，密鑰K是國(guó)際或國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的密碼算法的密鑰，密鑰K是對(duì)稱密鑰或非對(duì)稱密鑰。非對(duì)稱密鑰比如RSA、SM2、DES、AES、SM1、SM4等。

密鑰合成使用過程如下：

⑥、任意一個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備MN向密碼機(jī)發(fā)起密鑰使用申請(qǐng)MNReq；密碼機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)R，隨機(jī)數(shù)R使用該保存點(diǎn)設(shè)備MN的設(shè)備數(shù)字證書MNCert加密生成R’，密碼機(jī)發(fā)送R’到保存點(diǎn)設(shè)備MN；R’= Enc（R，MNCert）；

⑦、保存點(diǎn)設(shè)備MN收到R’后，使用該保存點(diǎn)設(shè)備MN的私鑰MNKey對(duì)R’解密得到隨機(jī)數(shù)R；R=Dec（R’，MNKey）；

⑧、保存點(diǎn)設(shè)備MN的私鑰MNKey對(duì)保存在此保存點(diǎn)設(shè)備MN內(nèi)的加密后的密鑰片段KN”脫密，得到KN’；KN’= Dec（KN”，MNKey）；

⑨、使用隨機(jī)數(shù)R對(duì)KN’加密得到KN’”；KN’”= Enc(KN’,R)；保存點(diǎn)設(shè)備MN發(fā)送KN’”到密碼機(jī)；

⑩、密碼機(jī)逐層解密KN’”得到密鑰片段KN；KN=Dec（KN’”，（R、HSMKey））；

?、其余的保存點(diǎn)設(shè)備，均使用⑥～⑩步驟，從而得到N份密鑰片段；將N份密鑰片段合成完整的密鑰K。

在指定時(shí)間內(nèi)湊齊全部密鑰片段，否則無效。

用過即毀過程：使用合成后的密鑰K對(duì)待處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名或者加密操作；完成操作后由密碼機(jī)立刻銷毀此密鑰。

利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的系統(tǒng)，包括密碼機(jī)及N個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備，N為至少為2的自然數(shù)；

密碼機(jī)用于將密鑰分割為N份密鑰片段，并對(duì)分割后的密鑰片段雙重加密后，分別輸出到各對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備；密碼機(jī)還用于對(duì)各個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證；密碼機(jī)還用于解密加密后的密鑰片段，合成為完整的密鑰；密碼機(jī)還用于銷毀使用后的密鑰；

保存點(diǎn)設(shè)備用于保存各自對(duì)應(yīng)的密鑰片段，并用于與密碼機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

密碼機(jī)用于對(duì)任意一個(gè)密鑰片段KN使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及該密鑰片段對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備MN的設(shè)備數(shù)字證書MNCert進(jìn)行雙重加密得到加密后的密鑰片段KN”。

密碼機(jī)用于對(duì)各個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證：密碼機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)R并使用被認(rèn)證的保存點(diǎn)設(shè)備MN的設(shè)備數(shù)字證書MNCert加密生成R’，密碼機(jī)發(fā)送R’到該保存點(diǎn)設(shè)備MN，R’= Enc（R，MNCert）；保存點(diǎn)設(shè)備MN收到R’后，使用該保存點(diǎn)設(shè)備MN的私鑰MNKey對(duì)R’解密得到隨機(jī)數(shù)R，R=Dec（R’，MNKey）；隨機(jī)數(shù)R即為用于認(rèn)證的挑戰(zhàn)應(yīng)答密鑰，有且僅有該保存點(diǎn)設(shè)備能夠解密出隨機(jī)數(shù)R；保存點(diǎn)設(shè)備MN的私鑰M1Key對(duì)保存在此保存點(diǎn)設(shè)備MN內(nèi)的加密后的密鑰片段KN”脫密，得到KN’，KN’= Dec（KN”，MNKey）；使用隨機(jī)數(shù)R對(duì)KN’加密得到KN’”，KN’”= Enc(KN’,R)；保存點(diǎn)設(shè)備MN發(fā)送KN’”到密碼機(jī)。

本發(fā)明的利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的方法及系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、能夠把密鑰分割，異地安全存儲(chǔ)各密鑰片段，使用時(shí)各保存點(diǎn)設(shè)備經(jīng)過認(rèn)證后才可合并密鑰，增強(qiáng)了權(quán)限控制的復(fù)雜度，提升了密鑰的安全性；

2、各過程均在可控的專用的密碼機(jī)內(nèi)完成；密鑰的生成、分割、加密輸出、認(rèn)證、解密、合成、使用、銷毀等過程均在密碼機(jī)內(nèi)完成，密鑰明文從不會(huì)出現(xiàn)在內(nèi)存、CPU、磁盤中，提升了密鑰的安全性；

3、密鑰在空間上分離，提升了安全性；

4、密鑰的使用必須依賴多處保存點(diǎn)同時(shí)操作，避免了單點(diǎn)的權(quán)限風(fēng)險(xiǎn)；

5、密鑰在時(shí)間上，用過即毀，僅存在一瞬間，提升了安全性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

附圖1為利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的方法的密鑰分割分發(fā)過程的流程框圖；

附圖2為利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的方法的密鑰合成使用過程的流程框圖；

附圖3為利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

參照說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的方法及系統(tǒng)作以下詳細(xì)地說明。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本發(fā)明的利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的方法，在通用密碼機(jī)的安全原則的基礎(chǔ)上，提出密鑰分割、異地存儲(chǔ)、多點(diǎn)認(rèn)證和用過即毀的方法；包括如下過程：

（1）、密鑰分割分發(fā)過程：密碼機(jī)將密鑰分割為N份密鑰片段，N為至少為2的自然數(shù)，N份分割后的密鑰片段均通過雙重加密后，分別輸出到各對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備；保存點(diǎn)設(shè)備為N個(gè)，每個(gè)加密后的密鑰片段分別對(duì)應(yīng)一個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備；密鑰分割分發(fā)過程如下：

101、通過接口向密碼機(jī)發(fā)起密鑰分割指令，輸入要分割的份數(shù)為N，N為至少為2的自然數(shù)，同時(shí)輸入N個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備M1、M2、...MN的設(shè)備數(shù)字證書M1Cert、M2Cert、...MNCert；

102、密碼機(jī)產(chǎn)生一個(gè)新的密鑰K；密碼機(jī)通過硬件密碼設(shè)備，產(chǎn)生一個(gè)密鑰K；硬件密碼設(shè)備采用加密卡；密鑰K是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的密碼算法的密鑰，密鑰K是非對(duì)稱密鑰；非對(duì)稱密鑰比如RSA、SM2、DES、AES、SM1、SM4等；

103、將密鑰K分割成N份密鑰片段，分別是密鑰片段K1、密鑰片段K2、... 密鑰片段KN；

104、105、106、密鑰片段K1使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備M1的設(shè)備數(shù)字證書M1Cert雙重加密，得到加密后的密鑰片段K1”；K1”= Enc（K1,(HSMCert,M1Cert))；

密鑰片段K2使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備M2的設(shè)備數(shù)字證書M2Cert雙重加密，得到加密后的密鑰片段K2”；K2”= Enc（K2,(HSMCert,M2Cert))；

…以此類推…；

密鑰片段KN使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備MN的設(shè)備數(shù)字證書MNCert雙重加密，得到加密后的密鑰片段KN”；KN”= Enc（KN,(HSMCert,MNCert))；

107、將加密后的密鑰片段K1”、加密后的密鑰片段K2”、...加密后的密鑰片段KN”分別發(fā)送到其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備M1、M2、...MN進(jìn)行安全保存。

（2）、密鑰合成使用過程：使用時(shí)，密碼機(jī)對(duì)全部保存點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證后，解密分割后的密鑰片段，合成為完整的密鑰；

（3）、用過即毀過程：合成后的密鑰使用一次后由密碼機(jī)立刻銷毀。

實(shí)施例2：

如圖1、圖2所示，本發(fā)明的利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的方法，在通用密碼機(jī)的安全原則的基礎(chǔ)上，提出密鑰分割、異地存儲(chǔ)、多點(diǎn)認(rèn)證和用過即毀的方法；包括如下過程：

（1）、密鑰分割分發(fā)過程：密碼機(jī)將密鑰分割為N份密鑰片段，N為至少為2的自然數(shù)，N份分割后的密鑰片段均通過雙重加密后，分別輸出到各對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備；保存點(diǎn)設(shè)備為N個(gè)，每個(gè)加密后的密鑰片段分別對(duì)應(yīng)一個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備；密鑰分割分發(fā)過程如下：

101、通過接口向密碼機(jī)發(fā)起密鑰分割指令，輸入要分割的份數(shù)為N，N為至少為2的自然數(shù)，同時(shí)輸入N個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備M1、M2、...MN的設(shè)備數(shù)字證書M1Cert、M2Cert、...MNCert；

102、密碼機(jī)產(chǎn)生一個(gè)新的密鑰K；密碼機(jī)通過硬件密碼設(shè)備，產(chǎn)生一個(gè)密鑰K；硬件密碼設(shè)備采用加密卡；密鑰K是國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的密碼算法的密鑰，密鑰K是對(duì)稱密鑰；

103、將密鑰K分割成N份密鑰片段，分別是密鑰片段K1、密鑰片段K2、... 密鑰片段KN；

104、105、106、密鑰片段K1使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備M1的設(shè)備數(shù)字證書M1Cert雙重加密，得到加密后的密鑰片段K1”；K1”= Enc（K1,(HSMCert,M1Cert))；

密鑰片段K2使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備M2的設(shè)備數(shù)字證書M2Cert雙重加密，得到加密后的密鑰片段K2”；K2”= Enc（K2,(HSMCert,M2Cert))；

…以此類推…；

密鑰片段KN使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備MN的設(shè)備數(shù)字證書MNCert雙重加密，得到加密后的密鑰片段KN”；KN”= Enc（KN,(HSMCert,MNCert))；

107、將加密后的密鑰片段K1”、加密后的密鑰片段K2”、...加密后的密鑰片段KN”分別發(fā)送到其對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備M1、M2、...MN進(jìn)行安全保存。

（2）、密鑰合成使用過程：使用時(shí)，密碼機(jī)對(duì)全部保存點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證后，解密分割后的密鑰片段，合成為完整的密鑰；密鑰合成使用過程如下：

201、任意一個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備MN向密碼機(jī)發(fā)起密鑰使用申請(qǐng)MNReq；密碼機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)R，隨機(jī)數(shù)R使用該保存點(diǎn)設(shè)備MN的設(shè)備數(shù)字證書MNCert加密生成R’，密碼機(jī)發(fā)送R’到保存點(diǎn)設(shè)備MN；R’= Enc（R，MNCert）；

202、保存點(diǎn)設(shè)備MN收到R’后，使用該保存點(diǎn)設(shè)備MN的私鑰MNKey對(duì)R’解密得到隨機(jī)數(shù)R；R=Dec（R’，MNKey）；

203、保存點(diǎn)設(shè)備MN的私鑰MNKey對(duì)保存在此保存點(diǎn)設(shè)備MN內(nèi)的加密后的密鑰片段KN”脫密，得到KN’；KN’= Dec（KN”，MNKey）；

204、使用隨機(jī)數(shù)R對(duì)KN’加密得到KN’”；KN’”= Enc(KN’,R)；保存點(diǎn)設(shè)備MN發(fā)送KN’”到密碼機(jī)；

205、密碼機(jī)逐層解密KN’”得到密鑰片段KN；KN=Dec（KN’”，（R、HSMKey））；

206、其余的保存點(diǎn)設(shè)備，均使用⑥～⑩步驟，從而得到N份密鑰片段；將N份密鑰片段合成完整的密鑰K；

在指定時(shí)間內(nèi)湊齊全部密鑰片段，否則無效。

207、用過即毀過程：使用合成后的密鑰K對(duì)待處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名或者加密操作；完成操作后由密碼機(jī)立刻銷毀此密鑰。

實(shí)施例3：

如圖3所示，本發(fā)明的利用密碼機(jī)對(duì)密鑰進(jìn)行分割提升密鑰安全的系統(tǒng)，包括密碼機(jī)及N個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備，N為至少為2的自然數(shù)；密碼機(jī)用于將密鑰分割為N份密鑰片段，并對(duì)分割后的密鑰片段雙重加密后，分別輸出到各對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備；密碼機(jī)還用于對(duì)各個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證；密碼機(jī)還用于解密加密后的密鑰片段，合成為完整的密鑰；密碼機(jī)還用于銷毀使用后的密鑰；保存點(diǎn)設(shè)備用于保存各自對(duì)應(yīng)的密鑰片段，并用于與密碼機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

密碼機(jī)用于對(duì)任意一個(gè)密鑰片段KN使用密碼機(jī)的設(shè)備數(shù)字證書HSMCert以及該密鑰片段對(duì)應(yīng)的保存點(diǎn)設(shè)備MN的設(shè)備數(shù)字證書MNCert進(jìn)行雙重加密得到加密后的密鑰片段KN”。

密碼機(jī)用于對(duì)各個(gè)保存點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證：密碼機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)R并使用被認(rèn)證的保存點(diǎn)設(shè)備MN的設(shè)備數(shù)字證書MNCert加密生成R’，密碼機(jī)發(fā)送R’到該保存點(diǎn)設(shè)備MN，R’= Enc（R，MNCert）；保存點(diǎn)設(shè)備MN收到R’后，使用該保存點(diǎn)設(shè)備MN的私鑰MNKey對(duì)R’解密得到隨機(jī)數(shù)R，R=Dec（R’，MNKey）；隨機(jī)數(shù)R即為用于認(rèn)證的挑戰(zhàn)應(yīng)答密鑰，有且僅有該保存點(diǎn)設(shè)備能夠解密出隨機(jī)數(shù)R；保存點(diǎn)設(shè)備MN的私鑰M1Key對(duì)保存在此保存點(diǎn)設(shè)備MN內(nèi)的加密后的密鑰片段KN”脫密，得到KN’，KN’= Dec（KN”，MNKey）；使用隨機(jī)數(shù)R對(duì)KN’加密得到KN’”，KN’”= Enc(KN’,R)；保存點(diǎn)設(shè)備MN發(fā)送KN’”到密碼機(jī)。

通過上面具體實(shí)施方式，所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可容易的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于上述的具體實(shí)施方式。在公開的實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，所述技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可任意組合不同的技術(shù)特征，從而實(shí)現(xiàn)不同的技術(shù)方案。

除說明書所述的技術(shù)特征外，均為本專業(yè)技術(shù)人員的已知技術(shù)。