擁有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件一般采取軟件保護(hù)手段，需要使用某種方式激活軟件才可以使用。軟件激活本質(zhì)是對(duì)密文數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，而密文數(shù)據(jù)是由軟件開發(fā)商根據(jù)目標(biāo)機(jī)器的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行加密產(chǎn)生的。激活過程是在認(rèn)證服務(wù)器或者目標(biāo)機(jī)器上完成，在這個(gè)過程中，數(shù)據(jù)加密方案至關(guān)重要，設(shè)計(jì)良好的加密方案，難以被破解、復(fù)制或盜用，軟件保護(hù)工作做的很完善。本文分析現(xiàn)有軟件保護(hù)方式，借鑒基礎(chǔ)軟件加密算法基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種高強(qiáng)度、難破解的混合加密方案，并在軟件工程實(shí)踐中驗(yàn)證該混合加密方案的可行性。

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1 軟件保護(hù)

為了保護(hù)軟件開發(fā)商的權(quán)益，防止軟件被復(fù)制、盜用或未經(jīng)認(rèn)證而非法使用軟件，一般采用軟件授權(quán)方式對(duì)軟件進(jìn)行認(rèn)證激活，只有經(jīng)過認(rèn)證激活的軟件才能正常使用，用戶才能使用軟件提供的各項(xiàng)功能、服務(wù)。隨著軟件普及程度、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，軟件的功能模塊越來越多，軟件開發(fā)商希望按照功能模塊來銷售軟件;隨著銷售模式的發(fā)展，用戶希望按照使用時(shí)間、次數(shù)來購買和使用軟件;隨著用戶數(shù)量的增長(zhǎng)和軟件版本的增加，軟件開發(fā)商需要更好的管理軟件銷售和使用，因而軟件授權(quán)保護(hù)的研究與應(yīng)用越來越重要。從技術(shù)角度，軟件授權(quán)可以分為在線授權(quán)和離線授權(quán)。

1.1 在線授權(quán)

在線授權(quán)，是一種新興的、基于認(rèn)證服務(wù)器的授權(quán)方式，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，替代傳統(tǒng)的授權(quán)文件、序列號(hào)或激活碼方式。應(yīng)用程序通過開發(fā)商發(fā)放的認(rèn)證碼與認(rèn)證服務(wù)器建立連接，調(diào)用服務(wù)器接口完成授權(quán)過程。在線授權(quán)采用高強(qiáng)度的通信加密技術(shù)，并且服務(wù)器遠(yuǎn)離軟件用戶，它的軟件保護(hù)強(qiáng)度非常高。除此之外，應(yīng)用程序在后臺(tái)可以周期訪問認(rèn)證服務(wù)器，為開發(fā)商收集軟件用戶使用狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)軟件使用情況、快速升級(jí)與維護(hù)提供了技術(shù)手段。

1.2 離線授權(quán)

離線授權(quán)即傳統(tǒng)意義上通過注冊(cè)碼、序列號(hào)、密鑰或者授權(quán)文件，在本地完成應(yīng)用程序激活的方式。通常設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上有兩種形式：硬認(rèn)證激活、軟認(rèn)證激活。

硬認(rèn)證激活需要借助額外硬件設(shè)備，在硬件設(shè)備中存儲(chǔ)應(yīng)用程序激活必須的認(rèn)證數(shù)據(jù)，只有認(rèn)證數(shù)據(jù)能被應(yīng)用程序讀取識(shí)別，應(yīng)用程序才可以正常使用。“加密狗”是一種硬認(rèn)證激活方式的一種實(shí)現(xiàn)，插在計(jì)算機(jī)USB口或串口上的便攜存儲(chǔ)設(shè)備，早期多為串口形式，現(xiàn)在絕大部分都是USB口形式。

軟認(rèn)證激活是另外一種軟件認(rèn)證激活形式，通常由軟件開發(fā)商向用戶提供特征數(shù)據(jù)采集工具。用戶在目標(biāo)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行該工具，將工具采集的特征數(shù)據(jù)提交給開發(fā)商，開發(fā)商依據(jù)特征數(shù)據(jù)生成激活密鑰、序列號(hào)、激活碼或者授權(quán)文件。用戶再使用開發(fā)商提供的序列號(hào)、激活碼或者授權(quán)文件完成應(yīng)用程序認(rèn)證激活。特征數(shù)據(jù)即工具軟件采集用戶計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的硬件特征、軟件特征數(shù)據(jù)。硬件特征數(shù)據(jù)指主板序列號(hào)、磁盤序列號(hào)、物理地址等數(shù)據(jù);軟件特征數(shù)據(jù)指計(jì)算機(jī)名稱、用戶名稱等數(shù)據(jù)。激活密鑰、序列號(hào)、激活碼或者授權(quán)文件都是對(duì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行加密、編碼后產(chǎn)生的。離線認(rèn)證激活方式是現(xiàn)在軟件主流認(rèn)證激活方式。

2 加密方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

2.1 加密算法概述

軟件保護(hù)中使用密碼學(xué)知識(shí)來完成特征數(shù)據(jù)的保護(hù)、敏感信息的驗(yàn)證，涉及內(nèi)容涵蓋信息資源機(jī)密性、信息鑒別、信息報(bào)文完整性和不可否認(rèn)性等相關(guān)問題。數(shù)據(jù)加密技術(shù)是最常用的軟件保護(hù)技術(shù)手段，其基本思想是通過變換信息的表示形式來偽裝需要保護(hù)的敏感信息，使非授權(quán)者不能了解被保護(hù)信息的內(nèi)容。實(shí)施過程中利用技術(shù)手段把重要的數(shù)據(jù)變?yōu)閬y碼(加密)傳送，到達(dá)目的地后再用相同或不同的手段還原(解密)。數(shù)據(jù)加密技術(shù)包括兩個(gè)元素：加密方案和密鑰。加密方案是將普通的信息資源或者可以理解的信息資源與一串?dāng)?shù)字(密鑰)結(jié)合，產(chǎn)生不可理解的密文的步驟，密鑰是用來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼加密和解密的一種數(shù)據(jù)。在密鑰保護(hù)中，可通過適當(dāng)?shù)拿荑€加密技術(shù)和管理機(jī)制來保證信息資源的安全。

數(shù)據(jù)加密算法基于相應(yīng)的數(shù)學(xué)理論，發(fā)展至今，已經(jīng)產(chǎn)生了大量?jī)?yōu)秀的加密算法，通常分為兩類：對(duì)稱密碼算法和非對(duì)稱密碼算法。Blowfish算法是著名的對(duì)稱加密算法，是一種將64位數(shù)據(jù)分組及使用可變長(zhǎng)度密鑰的對(duì)稱密鑰分組加密算法，可用來加密64位長(zhǎng)度的字符串。32位處理器誕生后，Blowfish算法因其在加密速度上的優(yōu)越性而引起人們的廣泛關(guān)注。Blowfish算法具有加密速度快、緊湊、密鑰長(zhǎng)度可變、免費(fèi)使用等特點(diǎn)，已被廣泛使用于軟件保護(hù)、軟件認(rèn)證激活。算法核心在于子密鑰的生成，它將變長(zhǎng)密鑰擴(kuò)展成總長(zhǎng)4168 比特位的子密鑰數(shù)組。算法中使用了大量的子密鑰，而子密鑰又依賴于用戶密鑰，實(shí)際加密解密過程中使用的是更新后的子密鑰數(shù)組，子密鑰即P數(shù)組和S盒。算法輸人64位明文信息，經(jīng)過加密運(yùn)算，輸出64位密文信息。

MD5的全稱是Message-digest Algorithm5(中文譯作信息摘要算法5)，為計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域廣泛使用的一種散列算法，用以驗(yàn)證消息的完整性、確保信息傳輸?shù)恼_性，是著名的非對(duì)稱加密算法。它經(jīng)MD2、MD3和MD4發(fā)展而來，在20世紀(jì)90年代初誕生。MD5算法可簡(jiǎn)要敘述為：MD5以512位分組來處理輸入的信息資源，且每一分組又被劃分為16個(gè)32位子分組，經(jīng)過了一系列循環(huán)處理，算法的輸出四個(gè)32位分組，將這四個(gè)32位分組順序組合后生成一個(gè)128位散列值。MD5算法具有輸出長(zhǎng)度固定、目標(biāo)值容易計(jì)算、抗修改性強(qiáng)和超低碰撞概率的特點(diǎn)。對(duì)任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，算法輸出固定128位散列值;對(duì)原數(shù)據(jù)的任何修改，即便是修改一個(gè)比特位，所得到的散列值都不同的;已知原數(shù)據(jù)和所生成散列值，想找到一個(gè)具有相同散列值的數(shù)據(jù)(即偽造數(shù)據(jù))是非常非常困難的。

2.2 加密方案設(shè)計(jì)

在實(shí)際使用過程中，使用單一加密算法作為加密方案對(duì)信息資源進(jìn)行加密保護(hù)往往無法滿足應(yīng)用需求。其中Blowfish算法采用變長(zhǎng)用戶密鑰，算法加密解密核心在于用戶密鑰的選擇和保護(hù)，開發(fā)者往往經(jīng)常使用一些弱用戶密鑰對(duì)信息資源進(jìn)行加密，導(dǎo)致Blowfish算法存在著很大的安全隱患 。然而簡(jiǎn)單的MD5加密也是沒有辦法達(dá)到絕對(duì)的安全的，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，普通的MD5加密有多種暴力破解方式，因此如果想要保證信息數(shù)據(jù)、資源的安全，必須要設(shè)計(jì)新型加密方案。本文將混合使用上述兩種加密算法，設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種新型的、高效的、破解難度高的混合加密方案，以增強(qiáng)安全性。加密方案核心步驟如下：

(1)對(duì)原始信息資源使用MD5算法進(jìn)行加密，產(chǎn)生128位散列值;

(2)將步驟a產(chǎn)生的固定長(zhǎng)度散列值作為Blowfish算法的用戶密鑰，初始化Blowfish加密算法;

(3)使用初始化完成后的Blowfish算法對(duì)原始信息資源的進(jìn)行加密，加密后即會(huì)產(chǎn)生高安全性的密文數(shù)據(jù)。

2.3 方案工程應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)室工程應(yīng)用中對(duì)本文設(shè)計(jì)的混合加密方案進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)工程應(yīng)用中的關(guān)鍵部分給出偽代碼實(shí)現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)室工程應(yīng)用設(shè)計(jì)以軟件授權(quán)文件形式試驗(yàn)、驗(yàn)證混合加密方案的先進(jìn)性、可行性和可實(shí)施性，其中授權(quán)文件中含有用于比較驗(yàn)證的密文數(shù)據(jù)。

生成授權(quán)文件中密文數(shù)據(jù)的偽代碼如下：

認(rèn)證激活過程即讀取授權(quán)文件中的密文數(shù)據(jù)，然后掃描目標(biāo)機(jī)器硬件特征、軟件特征數(shù)據(jù)，根據(jù)特征數(shù)據(jù)生成密文數(shù)據(jù)，將新生成的密文數(shù)據(jù)與授權(quán)文件中讀取的密文數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，密文數(shù)據(jù)相同即認(rèn)證激活成功，否則認(rèn)證激活失敗，實(shí)現(xiàn)部分偽代碼如下：

3 結(jié)束語

使用激活密鑰、序列號(hào)、激活碼或授權(quán)文件等方式認(rèn)證激活軟件是軟件開發(fā)商保護(hù)軟件知識(shí)產(chǎn)權(quán)的常用技術(shù)手段，但是上述技術(shù)手段存在被破解的風(fēng)險(xiǎn)。隨著基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、密碼學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，對(duì)加密算法研究的升入，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，使用單一加密算法的加密方案被破解的風(fēng)險(xiǎn)越來越大。為了降低被破解的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)新型加密方案，混合使用不同類型、用途的加密算法，才能降以指數(shù)級(jí)提高破解難度，降低加密方案被破解的風(fēng)險(xiǎn)。本文所設(shè)計(jì)的新型加密方案組合使用Blowfish算法和MD5摘要算法，安全系數(shù)高、破解難度高，在實(shí)驗(yàn)室工程應(yīng)用中通過驗(yàn)證，具有先進(jìn)性、可行性和可實(shí)施性，可以作為一種先進(jìn)加密方案推廣使用。

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作者簡(jiǎn)介

商開拴(1985-)，男，河北石家莊市人。大學(xué)本科學(xué)歷。現(xiàn)為中國(guó)電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院職工。主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與集成。

作者單位

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司電子科學(xué)研究院 北京市 100041