关于老师的文章-致运动员加油稿

第３８卷第４期
２０１０年８月
浙江工业大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ
ＺＨＥＪＩＡＮＧ
ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮｏＬＯＧＹ
ｖ０１． ３８
Ｎｏ．４
Ａｕｇ．２０１０
基于无损压缩算法的文件加密标记的实现
林海 元。吕丽民
（浙江工业大学信息工程学院，浙江杭州３１００３２）
摘要：阐述了当前企业信息 化过程中面临的难题，对文件系统驱动设计原理以及当前在Ｗｉｎｄｏｗｓ
内核模式下采用文件系统透明 加解密技术实现的加密系统的实现原理和开发步骤进行分析，针对
当前这些文件透明加解密系统中难以识 别文件是否已经加密的问题，提出了一种采用无损压缩算法
生成文件加密标记的算法，并介绍了加密标记 的判断、生成时机和复原，最终实现对加密文件标记的
设置．该算法的提出使得文件透明加解密系统的研 发更加高效，为文件系统驱动的研发拓展了思路．
关键词：过滤驱动；加密标记；无损压缩；文件系统< br>中图分类号：ＴＰ３０９．２文献标识码：Ａ文章编号：１００６—４３０３（２０ｌｏ）０４—０４３０ —０３
Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｏｆｆｉｌｅ
ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎｔａｇｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｌｏｓｓｌｅｓｓ
ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
ａｌｇｏｒｉ ｔｈｍ
ＬＩＮ
Ｈａｉ—ｙｕａｎ。Ｉ。Ｕ
Ｌｉ—ｍｉｎ
（ＣｏｌｔｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓ ｉｔｙ
ｏｆ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００３２．Ｃｈｉｎａ）
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ
ｉｎ
ｔｈｅ< br>ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ
ｗｈｉｃｈ
ｔｈｅ
ｅｎｔｅｒ ｐｒｉｓｅｓ
ａｒｅ
ｆａｃｉｎｇ
ｔｏ
ｉｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉ ｎｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ
ｆｉｒｓｔｌｙ．Ｔｈｅｎ
ｔｈｅ
ｄｒｉｖｉｎｇｄｅ ｓｉｇｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ｏｆｆｉｌｅ
ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ａｎｄ
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ｏｆ
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ｄｒｉｖｅｒ；ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ
ｔａｇ；ｌｏｓｓｌｅｓｓｃｏｍｐｒｅｓｓ ｉｏｎ；ｆｉｌｅｓｙｓｔｅｍ
随着计算机的普及和企业信息化应用的深入，
企业内的报告、报 表、设计图纸、标书等机密信息大
量的以电子文档的形式存放．为确保这些文档不被
泄露，各类 防止电子文档泄密的软件应运而生．在这
类软件中，文件透明加解密技术［１吨］被广泛应用．该
技术通过在文件系统驱动（Ｆｉｌｅ
Ｓｙｓｔｅｍ
Ｄｒｉｖｅｒ，简称
ＦＳＤ）或者 设备驱动之上加入过滤驱动程序，拦截上
层驱动发往文件系统驱动或者设备驱动的Ｉ／ｏ请
收稿 日期：２００９－０３－０３
求包（Ｉ／ｏ
Ｒｅｑｕｅｓｔ
Ｐａｃｋａｇｅ，简称ＩＲ Ｐ）【３］，根据数据
管理策略对数据存取的过程进行动态控制．
但是这类产品的研发需要在驱 动层中进行，需
要深入理解Ｗｉｎｄｏｗｓ系统的内核机制［４］，技术实现
的难度很大．其中 如何判断一个文件是否已经加密，
如何给加密过的文件设置加密标记仍是透明加解密
开发过程中 的一个难题．针对当前使用如修改文件
属性（文件名，文件创建日期）、限定加密目录等一类
作 者简介：林海元（１９８４一），男。浙江缗云人，硕士研究生，研究方向为计算机网络应用和信息安全．
万方数据

第４期林海元，等：基于无损压缩算法的文件加密标记的实现
・４３ｌ・
不稳定、不通用和不安全的方法，笔者提出了采用无
损压缩算法将文件加密标记嵌 人到文件内部的方法
来应对当前存在的难题．
透明加解密原理分析
１．１实现原理文件透明加解密是通过开发过滤驱动［５１程序实
现的．
Ｗｉｎｄｏｗｓ
ＮＴ系统 中，ＮＴＩ／０管理器支持分
层的驱动模式．当ＩＲＰ被发送的时候，它会经过驱
动层中的各个 驱动程序，直到最终被某个驱动程序
调用ＩｏＣｏｍｐｌｅｔｅＲｅｑｕｅｓｔ（）¨吨］完成这个ＩＲ Ｐ．而过
滤驱动程序就是绑定到驱动层中的某一个内核模式
驱动程序，它通过拦截发往底层的Ｉ ＲＰ，并根据加密
系统定义的安全策略，决定是否执行这些请求或者
实现其他的一些扩展功能．
在过滤驱动设计中，只需要拦截自己感兴趣的
Ｉ／０包，而不必自己去设计整个文件系统驱动［ ７］或
设备驱动，从而减少整个加密系统开发的Ｔ作量，并
且使研发人员具备更加清晰简洁的设 计思路．
过滤驱动的实现原理如图１所示．
驱动程序
发送或转发Ｉ／０请求
过 滤驱动程序
将自身绑定到渊用层
并拦截Ｉ，ｏ请求
扩展
图１
过滤驱动 实现原理
Ｆｉｇ．１
Ｔｈｅ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
ｏｆｆｉｌｔｅｒｄｒｉｖｅ ｒ
１．２开发步骤
透明加解密过滤驱动中主要通过拦截用户的文
件创建／打开、读、写 和关闭操作来实现数据的透明
加解密，步骤如下：
（１）注册主功能码［５］（ＭａｊｏｒＦｕｎｃｔｉｏｎ
Ｃｏｄｅ）为
ＩＲＰ—ＭＪ—ＣＲＥＡＴＥ的过滤函数ＰｒｅＣｒｅａｔ ｅ（）和
ＰｏｓｔＣｒｅａｔｅ（）．在ＰｏｓｔＣｒｅａｔｅ（）拦截文件创建请求的
执行结 果，判断是否存在加密标记以及是否需要加
密，设置加密标记码和加密请求码，并将信息写入到
对应文件的Ｃｏｎｔｅｘｔ中．
万方数据
（２）注册主功能码为ＩＲＰ～ＭＪ—ＷＲＩＴＥ的拦 截
函数ＰｒｅＷｒｉｔｅ（）和ＰｏｓｔＷｒｉｔｅ（）．在ＰｒｅＷｒｉｔｅ（）拦
截文件的 写请求，判断目标文件、目录或者逻辑卷是
否需要加密，如果需要，则在数据被存储到磁盘之前
将数据加密．
（３）注册主功能码为ＩＲＰ—ＭＪ—ＲＥＡＤ的拦截
函数ＰｒｅＲｅａｄ（）和 ＰｏｓｔＲｅａｄ（）．在ＰｏｓｔＲｅａｄ（）拦截
文件的渎取请求，如果发起请求的进程是一个可信
进程，则将从磁盘读取到的数据进行解密，再返回给
上层驱动或应用程序．
（４）注册 主功能码为ＩＲＰ—ＭＪ—ＣＬＥＡＮＵＰ的
拦截函数ＰｒｅＣｌｅａｎＵｐ（）和ＰｏｓｔＣｌｅａｎ Ｕｐ（）．在Ｐｒｅ—
ＣｌｅａｎＵｐ（）拦截文件的关闭请求，根据文件上下文
中的加密请求 码对未加密的文件进行初始化．
２文件加密标记的实现
２．１
选用无损压缩的原因和算 法的选择
在数据存储过程中，过滤驱动对于上层应用是
透明的．对于可以获得原始机密数据的上 层应用，它
写入磁盘的数据同它再从磁盘取回的数据应当是相
同的，这也就使得在对文件进行压 缩后的数据应当
可以还原，并且还原后的数据与原来的数据相同，因
此我们需要选择无损压缩算 法来实现文件加密标记
的生成‘８引．
在常用的无损压缩算法中，我们选择Ｉ．ＺＷ信
息压缩算法作为我们的压缩实现算法．ＬＺＷ压缩算
法以Ｌｅｍｐｌｅ，Ｚｉｖ和Ｗｅｌｃｈ三人的名字 命名，采用
一种串表压缩方法，把数据流中复杂数据用简单代
码表示，并利用代码和数据的对应 关系建立“字符串
表”转换表．将每个第一次出现的串放在此串表中，
并用一个数字来表示串， 压缩文件只存储该数字，而
串表只在进行压缩或解压缩过程中需要，一旦压缩
和解压缩结束，串 表即被丢弃．因此且有较高的压缩
比和解压缩速度．
２．２加密标记的生成算法
采用压 缩法嵌入加密标记的方法如下：
首先定义特殊的加密标记（ＤａｔａＭ，假设为
“ＭＡＳＫ”） ．将文件头部长度为Ｌ。的数据（ＤａｔａＯ）
进行加密，将加密后的数据（ＤａｔａＥ）调用ＬＺＷ压 缩
算法进行压缩生成压缩数据（ＤａｔａＣ，假设压缩后长
度为Ｌ。）．如果厶一Ｌ１的长度大 于Ｌｅｎｇｔｈ（“ＭＡＳＫ”）
＋４（用来存储ＤａｔａＣ的长度），则说明可以对文件

・４３２・
浙江工业大学学报
第３８卷
进行正常的加密保护．
申请 大小为上帕的内存空间（Ｍｅｍ），将“ＭＡＳＫ”
写入到Ｍｅｍ头部，给“ＭＡＳＫ”后面４个字节赋 值为
Ｌｌ，拷贝ＤａｔａＣ到（ＢＹＴＥ＊）Ｍａｍ＋Ｌｅｎｇｔｈ（Ｄａ—
ｔａＭ）＋４，对 Ｍｅｍ中Ｌｏ一１个字节调用校验函数
Ｃｈｅｃｋ（）生成校验码（ｃｈｅｃｋ），添加到Ｍｅｒｅ的尾 部，
最后文件头部Ｌ。长度的数据替换成Ｍｅｍ中的数
据，从而实现文件加密标记的嵌入．数据的变换流程如图２所示．
图２标记生成流程图
Ｆｉｇ．２
Ｔｈｅｆｌｏｗｃｈ ａｒｔｏｆｈｏｗ
ｔｏｃｒｅａｔｅ
ｔｈｅ
ｅｎｃｒｙｐｔｅｄｆｌａｇ
原始 数据被替换后的数据结构如图３所示．
０
Ｉ幽Ｉ圭！Ｉ巡ｌ
４
８８＋Ｌ。Ｌ０ －１
厶
窒
Ｉ竺廷塑笙Ｉ
图３
Ｍｅｍ中的数据结构
Ｆｉｇ．３
Ｔｈｅ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｏｆ
ｍｅｍ
在ＰｏｓｔＣｒｅａｔｅ（） 中，构造自己的ＩＲＰ发往文件
在文件透明加解密系统中有两个时期需要进行
系统初始化时，在 ＰｏｓｔＣｒｅａｔｅ（）判断创建文件
写磁盘操作时，在ＰｒｅＷｒｉｔｅ（）判断Ｃｏｎｔｅｘｔ中
万方数据
法，将新生成的数据替换原始数据写入到磁盘．
２．５加密标记的复原
在过滤驱动中，如果读取文件的进程为可信进
程，则需要对加密的数据进行复原．数据的复原实际上是加密压缩的逆过程，在ＰｏｓｔＲｅａｄ（）实现．从磁
盘读取到数据后，判断读取偏移是否为 ０，如果为０，
则将数据长度为Ｌ。的数据进行分段．假设数据的起
始地址是Ｐｔｒ，读取Ｐｔ ｒ＋４开始的４个字节并转换
成ｉｎｔ数值ＬｅｎＣ．读取Ｐｔｒ＋８开始的长度为ＬｅｎＣ
的 数据ＤａｔａＣ７，调用ＬＺＷ的解压缩算法生成ＤａｔａＥ’，
再将ＤａｔａＥ７进行解密，最后生成 的数据ＤａｔａＯ’就是
原始数据ＤａｔａＯ．
３
结束语
采用无损压缩算法将 文件加密标记嵌入到文件
内部的方法文件使得加密标记始终伴随文件移动，
保证了标记的可靠性 、恒久性和通用性，为办公局域
网内加密文件的透明流通提供了条件，为文件透明
加解密系统提 供了一种更好的文件加密识别方案，
有较高的实用价值，在驱动层安全产品的研发过程
中有广阔 的应用前景．
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ｒ ｅｆｅｒｅｎｃｅ
［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ－Ｖｅｒｌａｇ，２０００．
（ 责任编辑：陈石平）
２．３加密标记的判断
系统驱动读取文件头部长度为Ｌ。的数据，如果数据
头部为“ＭＡＳＫ”，则对Ｌｏ一１的数据调用Ｃｈｅｃｋ（）
生成校验码ｃｈｅｅｋ’，如果 ｃｈｅｃｋ’同数据尾部的长度
为ｌ的数值相同，则说明加密标记存在．设置文件对
应的Ｃｏｎ ｔｅｘｔ中的加密标记码为ＴＲＵＥ．
２．４加密标记的嵌入时机
加密标记的嵌入：（１）加密 系统初始化；（２）透明加
解密过程中的写磁盘操作．
的路径名，根据应用层下发的文件初始化 列表对文
件进行过滤，如果满足过滤条件（需要加密），则设置
Ｃｏｎｔｅｘｔ的加密请求码为 ＴＲＵＥ，在ＰｒｅＣｌｅａｎＵｐ（）
中判断加密请求码，如果为ＴＲＵＥ，则创建自己的
Ｉ ＲＰ发送到文件系统驱动获取文件数据，对数据进
行加密，并将头部长度为Ｌ。的数据调用２．２的算法
生成加密头．
的加密标记码，如果为ＴＲＵＥ，则把待写的数据进
行加密，并对写文件 偏移为０的数据调用２．２的算
［８３王平．ＬＺＷ无损压缩算法的实现与研究［Ｊ］．计算机工程，< br>［９］ＳＡＬＯＭＯＮ

基于无损压缩算法的文件加密标记的实现
作者：< br>作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷(期)：
林海元， 吕丽民， LIN Hai-yuan， L(U) Li-min
浙江工业大学,信息工程学院,浙江,杭州,3 10032
浙江工业大学学报
JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
2010,38(4)

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