基于分布式gpu和彩虹表的加密分析系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分布式GPU和彩虹表的加密分析系統(tǒng)及其方法，涉及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)加密協(xié)議數(shù)據(jù)的還原領(lǐng)域。本系統(tǒng)包括密文分析模塊（100）、GPU組處理模塊（200）和彩虹表模塊（300）；密文分析模塊（100）和GPU組處理模塊（200）交互，實(shí)現(xiàn)前端密文的提取以及到GPU各設(shè)備加密數(shù)據(jù)的分發(fā)；GPU組處理模塊（200）和彩虹表模塊（300）交互，實(shí)現(xiàn)GPU對彩虹表的構(gòu)造以及利用已經(jīng)構(gòu)造的彩虹表進(jìn)行查找，快速還原明文。本發(fā)明具有高速性、可擴(kuò)展性，適用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上安全產(chǎn)品。
【專利說明】基于分布式GPU和彩虹表的加密分析系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)加密協(xié)議數(shù)據(jù)的還原領(lǐng)域，尤其涉及一種基于分布式GPU和彩虹表的加密分析系統(tǒng)及其方法，具有高度可擴(kuò)展性和快速解析的優(yōu)勢。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息安全要求也越來越高，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)中各種協(xié)議的加密技術(shù)和手段便層出不窮，如MD5、SHA, LM和NTLM。因此這些協(xié)議解析的難度和需求也就越來越大,這也給政府網(wǎng)安部門等造成一定的壓力。
[0003]傳統(tǒng)的加密協(xié)議分析技術(shù)受制于各種瓶頸。對于單純的用硬件加速的，比如GPU，雖然計(jì)算速度比CPU要快很多，雖然克服了速度，節(jié)省了時(shí)間，但是由于明文樣本空間的巨大，導(dǎo)致GPU窮舉計(jì)算所花費(fèi)的時(shí)間仍然是很長；對于單純的用空間換時(shí)間的構(gòu)思，比如彩虹表技術(shù)(彩虹表就是一個(gè)龐大的、針對各種可能的字母組合預(yù)先計(jì)算好的哈希值的集合，彩虹表技術(shù)就是建立一個(gè)源數(shù)據(jù)與加密數(shù)據(jù)之間對應(yīng)的hash表，這樣在獲得加密數(shù)據(jù)后通過比較，查詢或者一定的運(yùn)算，可以快速定位源數(shù)據(jù))，通過彩虹表的構(gòu)造和查找，雖然能夠正確破解，但是現(xiàn)有的基于各種HAS H算法，規(guī)模稍大一點(diǎn)的彩虹表表單文件網(wǎng)上稀缺，同時(shí)彩虹表表單文件的龐大，CPU的彩虹表查找速度慢等因素，對于解析速度需求而言也是不現(xiàn)實(shí)的。
[0004]可見，傳統(tǒng)的加密協(xié)議分析技術(shù)存在一定的局限性，總體解析速度過慢，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有加密協(xié)議解析技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于分布式GPU和彩虹表的加密分析系統(tǒng)及其方法,通過分布式GPU和彩虹表相結(jié)合的方式,有效地加快加密協(xié)議解析的速度。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案是:
一、基于分布式GPU彩虹表的加密分析系統(tǒng)
本系統(tǒng)包括密文分析模塊、GPU組處理模塊和彩虹表模塊；
其交互關(guān)系是:
密文分析模塊和GPU組處理模塊交互，實(shí)現(xiàn)前端密文的提取以及到GPU各設(shè)備加密數(shù)據(jù)的分發(fā)；
GPU組處理模塊和彩虹表模塊交互，實(shí)現(xiàn)GPU對彩虹表的構(gòu)造以及利用已經(jīng)構(gòu)造的彩虹表進(jìn)行查找，快速還原明文。
[0007]二、基于分布式GPU彩虹表的加密分析方法(簡稱方法)
本方法主要研究移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)加密協(xié)議數(shù)據(jù)，通過分布式GPU和彩虹表技術(shù)，加速計(jì)算分析和查找，結(jié)合加密協(xié)議數(shù)據(jù)提取和分析從而實(shí)現(xiàn)對加密協(xié)議數(shù)據(jù)的還原。
[0008]具體地說，本方法包括如下步驟: ①彩虹表模塊初始化MD5、LM、SHAl和NTLM這些HASH算法對應(yīng)的彩虹表單文件，通過GPU和彩虹表處理技術(shù)來批量產(chǎn)生彩虹表文件；
②密文分析模塊自動(dòng)接收移動(dòng)網(wǎng)的部分原始數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議分析和模式匹配技術(shù)區(qū)分，提取各種加密協(xié)議，然后選擇性地進(jìn)行分發(fā)到GPU組處理模塊；
③GPU組處理模塊對不同加密協(xié)議的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)，每個(gè)子數(shù)據(jù)模塊接收任務(wù)數(shù)據(jù)和分析處理，然后選擇性地調(diào)用彩虹表查找模塊進(jìn)行查找；
④彩虹表模塊提供彩虹表單文件初始化、查找和構(gòu)造技術(shù)，為GPU組處理模塊調(diào)用；
⑤成功解析的消息密鑰會(huì)由GPU組處理模塊自動(dòng)上傳到前端密文分析模塊形成歷史密鑰，供密文提取模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
[0009]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
①高速型:通過GPU處理，在不影響加密數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確前提下，大幅度提高數(shù)據(jù)計(jì)算分析的速度。
[0010]②可擴(kuò)展性:系統(tǒng)中彩虹表模塊可以支持多種HASH算法，如MD5、SHA、LM和NTLM，這些算法都相互獨(dú)立，以后還可以添加其他的HASH算法；GPU組處理模塊中各個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊也都是相互獨(dú)立并發(fā)，也可以根據(jù)實(shí)際情況增加或者減少模塊數(shù)目，比較靈活。
[0011]③適用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上安全產(chǎn)品。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖；
圖中:
100—密文分析模塊，
110—密文提取模塊，
120—加密協(xié)議數(shù)據(jù)下發(fā)模塊；
200—GPU組處理模塊，
210—第I數(shù)據(jù)處理模塊，
220—第2數(shù)據(jù)處理模塊，
2n0—第n數(shù)據(jù)處理模塊，n是自然數(shù)，l〈n〈100 ；
300—彩虹表模塊，
310—彩虹表初始化模塊，
320—彩虹表構(gòu)造模塊，
330—彩虹表查找模塊。
英譯漢
1> CPU:Central Processing Unit,中央處理器。
[0013]2> GPU:Graphic Processing Unit,圖形處理器。
[0014]3、MD5:Message Digest Algorithm,消息摘要算法,為計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域廣泛使用的一種散列函數(shù)，用以提供消息的完整性保護(hù)。
[0015]4、LM:Levenberg-Marquard,它可用于解決非線性最小二乘問題,多用于曲線擬合等場合。[0016]5、SHAl:Secure Hash Algorithm,主要適用于數(shù)字簽名標(biāo)準(zhǔn)(Digital SignatureStandard DSS)里面定義的數(shù)字簽名算法(Digital Signature Algorithm DSA)。
[0017]6、NTLM:NT LAN Manager, NTLM 是 Windows NT 早期版本的標(biāo)準(zhǔn)安全協(xié)議。
[0018]7、HASH算法:一般翻譯做“散列”，也有直接音譯為“哈?！钡?，就是把任意長度的輸入，通過散列算法，變換成固定長度的輸出。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明:
一、系統(tǒng)
1、總體
如圖1，本系統(tǒng)包括密文分析模塊100、GPU組處理模塊200和彩虹表模塊300 ；
其交互關(guān)系是:
密文分析模塊100和GPU組處理模塊200交互，實(shí)現(xiàn)前端密文的提取以及到GPU各設(shè)備加密數(shù)據(jù)的分發(fā)；
GPU組處理模塊200和彩虹表模塊300交互，實(shí)現(xiàn)GPU對彩虹表的構(gòu)造以及 利用已經(jīng)構(gòu)造的彩虹表進(jìn)行查找，快速還原明文。
[0020]2、功能模塊` I)密文分析模塊100
密文分析模塊100是一種針對加密協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理分析和針對任務(wù)數(shù)據(jù)分發(fā)的方法，由密文提取模塊Iio和加密協(xié)議數(shù)據(jù)下發(fā)模塊120組成，110模塊負(fù)責(zé)根據(jù)原始協(xié)議數(shù)據(jù)分析，預(yù)處理后提取出待分析的密文數(shù)據(jù)，然后把這些數(shù)據(jù)發(fā)給120模塊，由120模塊進(jìn)行下面的密文任務(wù)數(shù)據(jù)的分發(fā)。
[0021]密文分析模塊100采用網(wǎng)絡(luò)包處理技術(shù)、協(xié)議分析和模式匹配技術(shù)來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)加密數(shù)據(jù)提取，加密協(xié)議歸類識(shí)別和任務(wù)數(shù)據(jù)分發(fā)處理功能。
[0022]2 ) GPU組處理模塊200
GPU組處理模塊200是一種分布式接收和處理加密任務(wù)數(shù)據(jù)的方法，包括第I數(shù)據(jù)處理模塊210、第2數(shù)據(jù)處理模塊220……第n數(shù)據(jù)處理模塊2n0，n是自然數(shù)，l〈n〈100，其中每個(gè)模塊負(fù)責(zé)獨(dú)立并行調(diào)用彩虹表的構(gòu)造、查找和數(shù)據(jù)分析計(jì)算處理。
[0023]GPU組處理模塊200采用GPU處理技術(shù)和分布式技術(shù)來實(shí)現(xiàn)分布式加密任務(wù)數(shù)據(jù)的分析、處理和結(jié)果上報(bào)。
[0024]3)彩虹表模塊300
彩虹表模塊300是一種關(guān)于構(gòu)造和查找彩虹表的方法,包括彩虹表初始化模塊310、彩虹表構(gòu)造模塊320和彩虹表查找模塊330，負(fù)責(zé)提供不同HASH算法對應(yīng)彩虹表單相關(guān)的初始化、構(gòu)造及查找，其中310負(fù)責(zé)各種HASH算法的資源及表單初始化，320負(fù)責(zé)構(gòu)造各種HASH算法表單文件，330負(fù)責(zé)在320構(gòu)造的各種HASH算法表單文件中查找對應(yīng)的HASH明文串。
[0025]采用彩虹表處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)彩虹表單資源初始化、彩虹表單批量構(gòu)造和查找的功倉泛。
[0026]3、本系統(tǒng)的工作機(jī)理: 本發(fā)明是基于GPU和彩虹表的，實(shí)現(xiàn)加密協(xié)議的快速分析，是基于加密分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)今移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展壯大，針對加密協(xié)議日益難的解析問題，能夠快速解析加密協(xié)議數(shù)據(jù)成為目前政府和網(wǎng)安部門的一項(xiàng)重要的課題。本發(fā)明結(jié)合群GPU高速運(yùn)算和彩虹表分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)協(xié)議中多種常見加密的HASH算法密文還原，包括MD5、SHA、LM和NTLM等；對GPU群組可以靈活配置，彩虹表也可以靈活地根據(jù)協(xié)議需求配置各種HASH算法的彩虹表；這樣結(jié)合GPU和彩虹表，它們體現(xiàn)出來的高擴(kuò)展性和計(jì)算速度能夠在目前加密協(xié)議分析中具有很高的效率。
[0027]二、方法
1、密文分析模塊100的工作流程包括下列步驟:
①密文分析模塊100接收移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的部分原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理與冗余過濾；
②密文分析模塊100對預(yù)處理及冗余過濾后的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議分析，通過模式匹配來劃分協(xié)議類型以及加密算法的HASH類別；
③密文分析模塊100通過歷史密鑰庫來判斷當(dāng)前加密數(shù)據(jù)，如果成功解析，則無需分發(fā)，否則封裝加密數(shù)據(jù)成任務(wù)數(shù)據(jù)，定時(shí)檢測并分發(fā)到GPU組處理模塊(200)。
[0028]2、GPU組處理模塊200的工作流程包括下列步驟:
A、GPU組處理模塊200接受密文分析模塊100的任務(wù)數(shù)據(jù)，將任務(wù)數(shù)據(jù)平均下發(fā)到各個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊中；
B、GPU組處理模塊200中每個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊對任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出其哈希算法種類，然后調(diào)用彩虹表模塊300進(jìn)行查找；
C、GPU組處理模塊200如果成功查找，則用查找的明文密鑰進(jìn)行消息解析，然后將成功的明文密鑰和消息發(fā)送回給密文分析模塊100 ;否則如果明文密鑰失敗了或者消息解析失敗了就將對應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)回給密文分析模塊100。
[0029]3、彩虹表模塊300的工作流程包括下列步驟:
a、彩虹表模塊300初始化本地資源和各種HASH算法表單文件，同時(shí)讀取GPU組處理模塊中GPU設(shè)備配置情況(此步驟完成一次即可)；
b、彩虹表模塊300通過GPU群設(shè)備，分布式地快速構(gòu)造彩虹表單文件(此步驟完成一次即可);
C、彩虹表模塊300接受GPU組處理模塊200的待解密的HASH算法串，在之前構(gòu)造好的彩虹表單文件里面進(jìn)行查找，如果查找成功，將對應(yīng)的HASH算法串明文發(fā)給GPU組處理模塊200，否則發(fā)送失敗消息給GPU組處理模塊200。
【權(quán)利要求】
1.一種基于分布式GPU和彩虹表的加密分析系統(tǒng),其特征在于: 包括密文分析模塊(100)、GPU組處理模塊(200)和彩虹表模塊(300)； 其交互關(guān)系是: 密文分析模塊(100)和GPU組處理模塊(200)交互，實(shí)現(xiàn)前端密文的提取以及到GPU各設(shè)備加密數(shù)據(jù)的分發(fā)； GPU組處理模塊(200)和彩虹表模塊(300)交互，實(shí)現(xiàn)GPU對彩虹表的構(gòu)造以及利用已經(jīng)構(gòu)造的彩虹表進(jìn)行查找，快速還原明文。
2.按權(quán)利要求1所述的加密分析系統(tǒng)，其特征在于: 所述的密文分析模塊(100)是一種針對加密協(xié)議數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理分析和針對任務(wù)數(shù)據(jù)分發(fā)的方法，由密文提取模塊(110)和加密協(xié)議數(shù)據(jù)下發(fā)模塊(120)組成，(110)模塊負(fù)責(zé)根據(jù)原始協(xié)議數(shù)據(jù)分析，預(yù)處理后提取出待分析的密文數(shù)據(jù)，然后把這些數(shù)據(jù)發(fā)給(120)模塊，由(120)模塊進(jìn)行下面的密文任務(wù)數(shù)據(jù)的分發(fā)。
3.按權(quán)利要求1所述的加密分析系統(tǒng)，其特征在于: 所述的GPU組處理模塊(200)是一種分布式接收和處理加密任務(wù)數(shù)據(jù)的方法，包括第I數(shù)據(jù)處理模塊(210)、第2數(shù)據(jù)處理模塊(220)……第n數(shù)據(jù)處理模塊(2n0)，n是自然數(shù)，l〈n〈100，其中每個(gè)模塊負(fù)責(zé)獨(dú)立并行調(diào)用彩虹表的構(gòu)造、查找和數(shù)據(jù)分析計(jì)算處理。
4.按權(quán)利要求1所述的加密分析系統(tǒng)，其特征在于: 所述的彩虹表模塊(300 )是一種關(guān)于構(gòu)造和查找彩虹表的方法,包括彩虹表初始化模塊(310 )、彩虹表構(gòu)造模塊(320 )和彩虹表查找模塊(330 )，負(fù)責(zé)提供不同HASH算法對應(yīng)彩虹表單相關(guān)的初始化、構(gòu)造及查找，其中(310)負(fù)責(zé)各種HASH算法的資源及表單初始化，(320)負(fù)責(zé)構(gòu)造各種HASH算法表單文件，(330)負(fù)責(zé)在(320)構(gòu)造的各種HASH算法表單文件中查找對應(yīng)的HASH明文串。
5.基于權(quán)利要求1所述加密分析系統(tǒng)的加密分析方法，其特征在于包括下列步驟: ①彩虹表模塊初始化MD5、LM、SHAl和NTLM這些HASH算法對應(yīng)的彩虹表單文件，通過GPU和彩虹表處理技術(shù)來批量產(chǎn)生彩虹表文件； ②密文分析模塊自動(dòng)接收移動(dòng)網(wǎng)的部分原始數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議分析和模式匹配技術(shù)區(qū)分，提取各種加密協(xié)議，然后選擇性地進(jìn)行分發(fā)到GPU組處理模塊； ③GPU組處理模塊對不同加密協(xié)議的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行分發(fā)，每個(gè)子數(shù)據(jù)模塊接收任務(wù)數(shù)據(jù)和分析處理，然后選擇性地調(diào)用彩虹表查找模塊進(jìn)行查找； ④彩虹表模塊提供彩虹表單文件初始化、查找和構(gòu)造技術(shù)，為GPU組處理模塊調(diào)用； ⑤成功解析的消息密鑰會(huì)由GPU組處理模塊自動(dòng)上傳到前端密文分析模塊形成歷史密鑰，供密文提取模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。
6.按權(quán)利要求5所述的加密分析方法，其特征在于密文分析模塊(100)的工作流程包括下列步驟: ①密文分析模塊(100)接收移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的部分原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)處理與冗余過濾； ②密文分析模塊(100)對預(yù)處理及冗余過濾后的數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議分析，通過模式匹配來劃分協(xié)議類型以及加密算法的HASH類別； ③密文分析模塊(100)通過歷史密鑰庫來判斷當(dāng)前加密數(shù)據(jù)，如果成功解析，則無需分發(fā)，否則封裝加密數(shù)據(jù)成任務(wù)數(shù)據(jù)，定時(shí)檢測并分發(fā)到GPU組處理模塊(200)。
7.按權(quán)利要求5所述的加密分析方法，其特征在于GPU組處理模塊(200)的工作流程包括下列步驟: A、GPU組處理模塊(200)接受密文分析模塊(100)的任務(wù)數(shù)據(jù)，將任務(wù)數(shù)據(jù)平均下發(fā)到各個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊中； B、GPU組處理模塊(200)中每個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊對任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出其哈希算法種類，然后調(diào)用彩虹表模塊(300)進(jìn)行查找； C、GPU組處理模塊(200)如果成功查找，則用查找的明文密鑰進(jìn)行消息解析，然后將成功的明文密鑰和消息發(fā)送回給密文分析模塊(100);否則如果明文密鑰失敗了或者消息解析失敗了就將對應(yīng)的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)回給密文分析模塊(100)。
8.按權(quán)利要求5所述的加密分析方法，其特征在于彩虹表模塊(300)的工作流程包括下列步驟: a、彩虹表模塊(300)初始化本地資源和各種HASH算法表單文件，同時(shí)讀取GPU組處理模塊中GPU設(shè)備配置情況(此步驟完成一次即可)； b、彩虹表模塊(300)通過GPU群設(shè)備，分布式地快速構(gòu)造彩虹表單文件(此步驟完成一次即可); c、彩虹表模塊(300)接受GPU組處理模塊(200 )的待解密的HASH算法串，在之前構(gòu)造好的彩虹表單文件里面進(jìn)行查找，如果查找成功，將對應(yīng)的HASH算法串明文發(fā)給GPU組處理模塊(200 )，否則發(fā)送失敗消息`給GPU組處理模塊(200 )。
【文檔編號(hào)】G06F21/62GK103714300SQ201410004715
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】高明, 舒文兵 申請人:武漢虹旭信息技術(shù)有限責(zé)任公司