電子文件完整性檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉芳 王瀅淇 吳海濤

摘? 要： 對(duì)電子文件完整性檢查的方法進(jìn)行了研究。電子文件完整性檢查主要是關(guān)注某個(gè)文件是否被更改。利用信息摘要函數(shù)強(qiáng)有力的加密機(jī)制，識(shí)別文件發(fā)生的微小變化，只要是入侵者成功的攻擊導(dǎo)致文件任何改變，都能被電子文件完整性檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，從而保證了對(duì)電子文件的完整性檢查。文章介紹了CRC32、MD5、SHA-1算法的C語言實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 電子文件; 完整性; 檢測(cè); 算法

中圖分類號(hào)：TP3? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2021）03-44-02

Design and implementation of electronic document integrity detection system

Liu Fang， Wang Yingqi， Wu Haitao

（Nanjing Institute of Technology*School of information and Communication Engineering， Nanjing， Jiangsu 21000， China）

Abstract： The method of checking the integrity of electronic documents is studied. The integrity check of electronic documents mainly focuses on whether a document has been changed. By using the powerful encryption mechanism of information digest function， the tiny changes of the file can be identified. As long as the successful attack of the intruder leads to any changes of the file， it can be found by the electronic document integrity detection system， so as to ensure the integrity check of the electronic document. This paper introduces the C language implementation of CRC32， MD5 and SHA-1 algorithms.

Key words： electronic document; integrity; detection; algorithm

0 引言

隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛應(yīng)用在生活中各個(gè)領(lǐng)域，電子文件也隨之層出不窮，且生活中不可缺少。而信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全發(fā)展沒有普及到我們應(yīng)用的方方面面時(shí)，我們?cè)趹?yīng)用電子文件的過程中經(jīng)過處理、傳輸，文件會(huì)發(fā)生損壞、丟失或者被修改的情況，對(duì)于應(yīng)用電子文件的普通的我們來說，我們無法根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)去判斷這些電子文件在使用過程中出現(xiàn)了什么問題，是否完整。因此，設(shè)計(jì)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)電子文件完整性進(jìn)行檢測(cè)就顯得尤為重要。

檢測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)電子文件完整性進(jìn)行檢測(cè)，判斷文件的信息、內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和元數(shù)據(jù)是否完整。電子文件完整性檢測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)需要保護(hù)的文件計(jì)算出一個(gè)信息摘要，每次檢測(cè)都重新計(jì)算文件的消息摘要，并將它與摘要庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。若相同則說明文件完整，若不相同則說明文件在使用過程中出現(xiàn)了問題，并提示用戶做出必要的防范，進(jìn)而保障電子文件完整性。

1 算法解析

1.1 MD5算法解析

MD5稱作信息摘要算法，人們?cè)谏钪兄饕獞?yīng)用于加密和解密技術(shù)中。人們稱MD5是“數(shù)字指紋”的文件，原理是MD5檢測(cè)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)信息的完整性是通過不可逆的字符串變換算法產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字文摘[1]。MD5特征具有唯一性，不管什么類型的文件，都具有唯一的MD5值。對(duì)于電子文件完整性的判斷依據(jù)是查看MD5值數(shù)據(jù)信息是否一致[6]。

算法過程：首先對(duì)輸入數(shù)據(jù)/信息進(jìn)行填充，使得數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)448模512同余，填充最高位為1，其余位為0。在填充的數(shù)據(jù)后面加一原始數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)用64位二進(jìn)制表示，經(jīng)過計(jì)算得到512位比特的整數(shù)倍，之后將512位數(shù)據(jù)分成16個(gè)32位子分組，經(jīng)過算法過程計(jì)算得到32位分組組成的結(jié)果，最后由4個(gè)32位分組組成的128位的散列值即結(jié)果[5]。

1.2 CRC32算法解析

CRC即CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)算法，固定的比特?cái)?shù)，以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，諸如分組數(shù)據(jù)產(chǎn)生一個(gè)簡(jiǎn)短的散列函數(shù)[3]，主要用于檢測(cè)、錯(cuò)誤檢查數(shù)據(jù)傳輸，或存儲(chǔ)之后可能會(huì)發(fā)生的錯(cuò)誤。生成的數(shù)字在傳輸或者儲(chǔ)存之前通過計(jì)算出來并且附加到數(shù)據(jù)后面，然后接收方進(jìn)行分析檢測(cè)，確定研究數(shù)據(jù)與之前相比是否發(fā)生了變化。

算法過程：在數(shù)據(jù)左移后空車的位置加入校驗(yàn)碼，而校驗(yàn)碼是由生成多項(xiàng)式對(duì)應(yīng)系數(shù)組成的二進(jìn)制數(shù)與原報(bào)文二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行異或得到的。為了查看在傳輸過程中數(shù)據(jù)是否有損壞、丟失或被修改，可以設(shè)計(jì)對(duì)加密后的報(bào)文再做一次校驗(yàn)，即對(duì)其使用同樣的校驗(yàn)算法。若異或結(jié)果全部為0，則說明傳輸過程中數(shù)據(jù)未丟失、修改或損壞，數(shù)據(jù)傳輸完整，若搜索結(jié)果余數(shù)值不為0，表明數(shù)據(jù)在傳輸過程中發(fā)生了變化。

1.3 SHA-1算法解析

SHA-1即安全哈希算法1[2]，是由美國國家安全局設(shè)計(jì)的一種加密哈希函數(shù)。SHA-1可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)于該固定長(zhǎng)度字符串算法的數(shù)字消息[8]。如果輸入的信息不同，所對(duì)于的字符串不同。因此SHA-1算法是用來檢查數(shù)據(jù)或文件的完整性。但倘若在數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)只要有改變，就會(huì)致使不同的SHA-1算法值產(chǎn)生。

算法過程：SHA-1對(duì)不超過2^64的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密算法，產(chǎn)生一個(gè)以512位來分組的160位的散列值，用來進(jìn)行檢查相關(guān)數(shù)據(jù)在傳輸過程中我們是否是完整未被改變。如果重傳過程中，數(shù)據(jù)被改變，那么該數(shù)據(jù)再次通過SHA-1算法時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不同的消息摘要值[4]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

在VS2013集成開發(fā)環(huán)境下，用C語言編寫程序完成電子文件完整性檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)主要使用CRC32、MD5、SHA-1三種算法實(shí)現(xiàn)，如圖1。

2.2 系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)主要模塊包括MD5模塊、CRC32模塊、SHA-1模塊。以下主要對(duì)文件內(nèi)容修改進(jìn)行電子文件完整性檢測(cè)。

進(jìn)入系統(tǒng)依次選擇三種算法模塊對(duì)文件進(jìn)行檢測(cè)，各模塊修改內(nèi)容檢測(cè)前后摘要值對(duì)比結(jié)果匯總?cè)缦拢▓D2～圖4）。

3 結(jié)束語

電子文件完整性檢查研究前景很廣闊，因?yàn)樗転槠髽I(yè)數(shù)據(jù)完整性發(fā)展和人們的生活提供便捷、友好的服務(wù)。本文對(duì)數(shù)據(jù)完整性檢查方法進(jìn)行了研究，選擇算法對(duì)原文件進(jìn)行校驗(yàn)，通過三個(gè)校驗(yàn)算法進(jìn)行哈希運(yùn)算前后數(shù)據(jù)的對(duì)比，來判斷原文件是否被修改。主要的研究成果有：CRC32算法的實(shí)現(xiàn)，MD5算法的實(shí)現(xiàn)，SHA-1算法的實(shí)現(xiàn)，通過添加控件響應(yīng)設(shè)計(jì)出一個(gè)展示的窗口界面。該界面用來顯示數(shù)據(jù)完整性檢查的結(jié)果。

在文件完整性檢查方法實(shí)現(xiàn)過程中，由于自己研究經(jīng)驗(yàn)的不足可能導(dǎo)致本文還有很多需要改進(jìn)的地方。在對(duì)電子文件進(jìn)行校驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)友好界面，對(duì)電子文件進(jìn)行完整性進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，只能選擇一個(gè)算法進(jìn)行檢測(cè)，未能設(shè)計(jì)出對(duì)電子文件進(jìn)行加密的算法，這是研究的不足之處。

希望在未來在對(duì)電子文件完整性進(jìn)行研究時(shí)，能夠?qū)υ募驍?shù)據(jù)進(jìn)行加密，同時(shí)使用三種算法對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。這樣可以提高文件完整性檢查的嚴(yán)密性，安全性，完整性。電子文件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)核心，所以保證其完整性以及數(shù)據(jù)安全性，對(duì)于用戶和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是極其重要的。

參考文獻(xiàn)（References）：

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