[发明专利]一种非平衡哈希树的存储器完整性保护方法

摘要

本发明涉及的是内存完整性校验领域，具体为一种非平衡哈希树的存储器完整性保护方法。本发明包括：(1)初始化；(2)构建非平衡二叉树；(3)写操作；(4)读操作。本方法在一般情况下，校验代价要低于普通的平衡二叉树的校验代价，即使在最坏情况下，本方法的性能也不会高于普通的平衡二叉树的校验代价，而是与它的校验代价相同。本发明从整体上缩短了数据认证时的路径长度。

主权项

1.一种非平衡哈希树的存储器完整性保护方法，其特征在于，包括如下步骤：1)初始化(1.1)把内存分成相同大小的数据块data_block[i]，每个数据块有一个计数器counter[i]来记录对该数据块的读/写次数；初始时，counter[i]＝0，当处理器读写数据块data_block[i]时，它的计数器值counter[i]＝counter[i]+1；(1.2)数据结构采用3链表式，如下所示：Node{long int counter；//读/写次数，作为数据块的权值long int hash；//哈希值Struct node*lchild；//左孩子Struct node*rchild；//右孩子Struct node*parent；//父节点}node；(1.3)设置一个定时器Time；当定时器到达设定的时间后，构建一棵非平衡二叉树，同时把所有数据块data_block的计数器counter全部清零，使它们重新计数；本发明使用模拟器SimpleScalar tool实现所提出的算法内容，下面分别介绍每一个步骤算法的具体实施伪代码；2)构建非平衡二叉树处理器构建非平衡二叉树的流程，具体操作如下：(2.1)把内存中n个数据块的读/写次数作为权值，则得到n个权值{w1,w2,w3,w4,w5,……wn}，每个权值构成一棵只有根节点的树Ti，则得到有n棵树的集合F＝{T1,T2,T3,T4,T5,……Tn}；(2.2)从集合F中选取权值最小的两棵树Ti和Tj，以它们作为左右孩子构建一棵新的树T，新树T节点的权值为两个孩子节点权值之和；从集合F中删除Ti和Tj，树T加入集合F中；(2.3)重复步骤(2.2)，直到集合F中只剩下一棵树；构建非平衡二叉树的具体实施代码如算法1所示；算法1：构建非平衡二叉树算法输入：数据块节点data_block[n]输出：非平衡二叉树T算法描述：3)向内存中写入数据当处理器向内存中写入数据块data_block[i]时，更新数据块的访问次数counter[i]和整个哈希树；处理器对存储器进行写操作的流程，具体的操作如下：(3.1)当CPU向内存写入数据块data_block[i]时，更新它的计数器counter[i]＝counter[i]+1；(3.2)然后找到数据块data_block[i]的相应叶子节点的指针；(3.3)把这个数据块和兄弟结点所对应的数据块进行连接，重新计算数据块连接之后的的哈希值hash，更新父节点的哈希值，重复这个过程直到根节点；(3.4)检查定时器Time是否到达设定时间，如果已经到达设定时间，则重新建立非平衡哈希树，否则，写操作结束；向内存中写入一个数据块时的具体实施过程如算法2所示；算法2：向内存中写数据块算法输入：数据块节点data_block[n]，叶节点指针数组node[n]，集合F输出：F中二叉树T算法描述：4)从内存中读数据当处理器从内存中读数据块data_block[i]时，更新它的计数器counter[i]，同时对数据进行完整性检验；处理器对存储器进行读操作的具体流程如下：(4.1)当CPU从内存中读数据块data_block[i]时，更新它的计数器counter[i]＝counter[i]+1；(4.2)然后找到数据块data_block[i]的相应叶子节点的指针；(4.3)把这个数据块和兄弟结点所对应的数据块进行连接，然后计算数据块连接之后的的哈希值hash，把哈希结果与父节点的哈希值进行比较，重复这个过程直到根节点，如果最后计算后的根节点的哈希值与CPU上存储的根节点的哈希结果相同，则说明数据是正确的，没有被篡改，CPU可以使用数据；反之，则说明数据被篡改，发出警报；(4.4)检查定时器Time是否到达设定时间，如果已经到达设定时间，则重新建立非平衡哈希树，否则，读操作结束；从内存中读取一个数据块时的具体实施过程如算法3所示；算法3：从内存中读数据块算法输入：数据块节点data_block[n]，叶节点指针数组node[n]，集合F输出：F中二叉树T算法描述：