基于Linux的扩展文件系统加密方法技术领域
本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种基于Linux的扩展文件系统
加密方法，采用特定算法在文件系统层面对路径或单个文件进行加密操作，对
用户重要信息进行保护。
背景技术
文件加密是指，以某种特殊的算法改变原有的信息数据，使未经授权的用
户无法获取文件信息，保护用户的重要数据。文件加密技术应考虑加密软件的
稳定性、安全性和方便性。常用加密实现方式有：
数据库加密，对库后台存储数据进行加密保护，技术包括视图触发器、预
解密处理以及密文索引技术。
工具加密，使用应用软件对指定路径和文件进行加解密，操作流程全部在
应用层完成。
驱动加密，调用驱动模块在内核层面对指定路径和文件进行加解密。
国密算法，即国家密码局认定的国产密码算法，也叫商用密码(SM)。目
前成熟在用的有SM1、SM2、SM3和SM4，最新为SM9。主要应用于企业内
部敏感数据的传输、存储进行加密保护，防止信息被非法获取，广泛应用于各
类安全认证、网上银行和数字签名等。
目前基于Linux的扩展文件系统加密，比较常见的是dm-crypt技术。该技
术速度快，适用面广，能运行于各种块设备之上。主要使用dm-crypt与快设备
(或区)进行关联，对用户在挂载点内编辑的内容进行加密操作，块设备中的
内容需要获取密钥后才能解读。但该技术目前只支持AES等通用算法，无法
使用国密算法，并且在架构上没有对硬件加密进行扩展。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种基于Linux的扩展文件
系统加密方法，采用驱动加密方式，用户运行应用软件设置密钥和加密方式，
通过信号量传递至内核层中的加密模块，模块配置加解密算法。并通过扩展文
件系统(EXT)的节点映射，对其物理存储页面进行加解密操作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于Linux的扩展文件
系统加密方法，加密设置工具在用户态运行，提供策略设置工具和密钥管理工
具；内核模块按照算法策略，在文件系统底层执行加解密操作；所述加密设置
工具运行时与内核模块的key模块建立临时会话。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
1、直接与扩展文件系统对接，加解密操作在Linux内核层完成。
加密过程完全对用户态透明，用户不关心加解密过程，操作过程与普通文
件完全一致。
2、“国密算法”(SM1\SM2\SM3\SM4)接口配置。
使用国密算法加密芯片，加密过程更具效率和安全性，适用于有国密要求
的应用场景。另外，接口可配置内核软算法，适配无加密卡平台。
3、文件名和文件内容均进行加密操作。
保护区内，文件名用HASH(哈希值)表示，文件内容以密文形式保存在物
理页上，无权限用户无法获取文件名或文件信息。在内核态中实现对文件的安
全保护。
4、密钥存储于内核密钥环，非持有用户不可见(包括root用户)。
5、组件少、空间开销小、可移植性强，通用或嵌入式系统均适用。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的文件名的加密示意图；
图2是本发明的文件内容的加解密示意图。
具体实施方式
本发明包括两部分内容：
1、加密设置工具：在用户态运行，提供策略设置和密钥管理工具。
策略设置工具根据用户输入，创建加密的路径或文件，并与指定的密钥进
行绑定。
密钥管理工具，用于导入、更新、查询和销毁密钥。
工具运行时会与内核的key模块(/proc/keys)建立临时会话。
2、e4crypt内核模块。
按照算法策略，在文件系统底层执行加解密操作，使用了临时页面和读回
调技术，分别对物理页中密文进行加密和解密操作。
以下是本发明方法的详细介绍：
一种基于Linux的扩展文件系统加密方法，如图1和图2所示，具体包括
如下内容：
2-1.密钥管理工具
本专利中，对密钥存放添加了安全性设计，用户密钥只能存放在内核中。
管理密钥的模块为内核密钥环(security-keyring)，密钥环本质上是一个循
环链表。管理接口进行了封装，用户只能使用密钥管理工具存取密钥，且只能
查看自己创建的密钥。
2-2.策略设置工具
记录用户的密钥、加密算法和文件名。设置完成后，工具将把密钥环，加
密算法和文件名进行绑定，同时将结果传递给内核。当持有密钥的用户对绑定
文件进行编辑时，内核将命中关联的策略，在读写回调中进行加解密操作。该
设计，使本专利在策略上更具备灵活性，用户可采用多种密码算法对文件进行
加密处理。
3-3、持有密钥用户和普通用户访问文件：
(1)持有密钥的用户进入文件夹，创建或访问文件名、对文件内容进行
读写操作：
用户创建文件名并加密后，内核根据绑定的策略，对文件名加密后保存至
磁盘，并将加密的文件名映射到文件节点索引区。写文件到物理区时，内核模
块先创建临时加密区，使用关联的密钥和算法加密文件信息，密文写入物理页。
写操作完成后内核销毁临时区。
用户访问文件名时，内核命中绑定策略，使用关联的密码算法对磁盘文件
名和索引域文件名解密。从物理区读文件时，读回调使用关联的密钥和算法，
提取物理页上的密文解密，并返回明文信息至用户层。
(2)普通用户读写操作：
由于普通用户不持有该文件绑定的密钥，因此内核不会命中任何已有策
略，不能访问该文件内容，内核仅返回加密后的文件名(直接在磁盘或索引区
读取已加密的文件名)。
该设计对用户层完全透明，并且与权限管理完全分离。通过密钥、算法和
文件的绑定机制，保证加密文件仅由持有密钥的用户访问。