[发明专利]一种基于三维空间结构的数据拆分置乱和恢复方法

摘要

本发明提供一种基于三维空间结构的数据拆分置乱和恢复方法。这种方法的关键在于将数据信息拆分成数据块，隐藏在三维空间结构中，从而提高了存储数据的机密性。该方法根据数据拆分块大小和拆分块数目将数据分布到三维空间中，同时使用骑士巡游路径在三维空间的每个面上对字节数据置乱，使得数据置乱和拆分过程统一在数据分块过程中，提高了存储系统抵抗信息窃取者攻击的能力，有效地阻止非法用户访问或窃取存储数据信息，提高了分布式存储系统中数据的机密性。

主权项

1.一种基于三维空间结构的数据拆分置乱方法，其特征在于：将L字节大小的文件按照n个字节进行切块，形成行数据，并按照切块依次取m个行数据构造拆分面m×n，形成了个拆分面；使用给定的骑士巡游遍历路径的顺序对每个拆分面中字节数据的顺序进行置乱；使用置乱后的k个拆分面构造三维立方体m×n×k；在三维立方体m×n×k中进行分块数据提取，将k个拆分面上属于(i，j)坐标的字节进行提取，构成m×n个分块数据；将分块数据存储到分布式系统的不同存储节点。通过这种方法，将数据置乱和拆分统一在数据分块的过程中，所有的分块数据存储在分布式环境中的不同存储节点，能够保证存储系统中数据的机密性，并且在m×n的矩阵中有多条骑士巡游路径，任何攻击者即使获取到全部的数据块也无法破解数据信息，只有授权用户使用拆分参数(拆分面大小，骑士巡游路径)才能够正常恢复原始数据。设算法需要处理的文件大小为L字节，用户选取的拆分面为m×n(m和n都不能小于5)，拆分面中的每个坐标点(i，j)对应一个字节数据，记为a_ij(1≤i≤m，1≤j≤n)，拆分使用的骑士巡游路径为P＝{(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，…，(x_m×n，y_m×n)}，则所有数据置乱分布在m×n×k的三维立方体中，其中对三维立方体中每个坐标点存放的数据用三维坐标(x，y，z)进行表示，其中1≤x≤m，1≤y≤n，1≤z≤k，从三维立方体中提取的m×n个分块数据可以表示为B_ij＝[(i，j，1)，(i，j，2)，…，(i，j，k)]，其中1≤i≤m，1≤j≤n。拆分面构造方法为：将初始数据按照n个字节进行切块，形成行数据，并按照切块依次取m个行数据构造拆分面m×n，这样整个初始数据就构成了个拆分面(若L不能整除m×n，则最后一个拆分面使用“\0”字节补齐)。拆分面中数据置乱方法为：将拆分面中的数据照行列顺序a₁₁，a₁₂，…，a_1n，a₂₁，a₂₂，…，a_mn依次放入骑士巡游路径遍历的坐标位置(例如：使用8×8拆分面进行数据拆分，图1(a)中的骑士巡游路径为(1，1)，(2，3)，(1，6)，…，(5，1)，(3，2)，a₁₁置乱到(1，1)，a₁₂置乱到(2，3)，......，a₈₈置乱到(3，2))，使得所有拆分面上的数据位置发生了改变。三维立方体构造方法为：将所有的拆分面按照k的顺序，在三维空间中进行合并，形成三维立方体m×n×k。分块数据提取规则：在三维立方体m×n×k中，对应每个拆分面上的坐标点信息(i，j)进行分块数据提取，最终生成m×n个分块数据，记为B_ij＝{(i，j，1)，(i，j，2)，…，(i，j，k)}，其中1≤i≤m，1≤j≤n，每个分块数据包含所有拆分面中坐标(i，j)对应的字节数据。