本发明涉及一种电子文件审批方法及系统，尤其涉及一种基于门限密码技术的电子文件审批方法及系统。
背景技术：
电子文件审批服务是政府、企业内部办公系统中不可或缺的一个环节。近些年，数据签名在电子文件的审批中应用广泛，单人签名很常见，但随着社会发展，需要把签名的权力由一人分散到多个人甚至多个部门或多个层级，这就对文件的保密、审批进行的效率提出了更高的要求。
传统的电子文件审批服务中往往存在以下弊端：第一，审批行为通过流程控制，在不依赖第三方设备的情况下，很难做到真正的审批留痕，单纯数据库中的审批记录比较容易被篡改或伪造；第二，很难做到一份文件仅需加密一次即能控制多个目标对象的解密权限，以保证即使无关人员触碰到文件，也无法完成解密；第三，在不依赖流程控制的情况下，难以适应人员签批权限的多样性，比方说很难可靠的实现“60％的人审批通过即表示审批通过”等场景。
技术实现要素：
发明目的：本发明旨在提供一种基于门限密码技术的安全、高效、多部门、多目标的电子文件审批方法及系统，以解决上述技术问题。
技术方案：本发明的基于门限密码技术的电子文件审批方法，公司至少一个层级，每级有n个部门d1，d2，…，dn，每个部门di中有ni个参与者
该方法包括以下步骤：
(1)审批发起人将文件m上传，选择需要的层级、部门，利用随机算法生成加密密钥k1和签名密钥k2，签名密钥生成系统公钥mpk，并对文件加密；
(2)利用密钥分发算法将加密密钥k1分为n个子密钥，将签名密钥分为n个签名子密钥；再次利用密钥分发算法将签名子密钥和系统公钥分为n个部门签名子密钥，签名子密钥生成部门公钥mpki；
(3)将上述密钥及加密的文件发送至需要签名的部门；
(4)部门根据解密算法对文件解密，并发送给参与者进行签名，签名完成后将该部门的所有参与者签名δi存储并合成；其他部门重复该步骤，完成全部参与者签名{δ1，δ2，…，δn}；
(5)部门签名合成后，通过签名验证算法进行验证；
(6)验证正确后，将所有部门签名合成为δ并存储；
(7)通过签名验证算法再次进行验证，验证正确后将签名与文件合成并存储。
所述步骤(2)密钥分发算法为门限结构，具体包括以下步骤：
(21)对加密密钥k1计算得到：
(k1，(1，n))→(k1，1，k1，2，…，k1，n)
其中，算法参数表(1，n)示门限结构，k1，1表示d1部门的解密子密钥，k1，2表示d2部门的解密子密钥，k1，n表示dn部门的解密子密钥；
(22)对签名密钥k2计算得到：
(k2，(n，n))→(mpk，k2，1，k2，2，…，k2，n)
其中，算法参数表(n，n)示门限结构，k2，1表示d1部门的签名子密钥，k2，2表示d2部门的签名子密钥，k2，n表示dn部门的签名子密钥；
(23)对签名子密钥计算得到：
其中，算法参数(ki，ni)表示门限结构，计算结果mpki表示部门签名公钥，计算结果
(24)将上述结果组合得到
所述步骤(1)具体包括以下步骤：
(11)使用加密密钥k1对文件m加密：(k1，m)→ct，其中，ct为电子文件m的密文；
(12)为审批生成任务编号为task1，匹配编号task1、文件m、参与审批的部门d1，d2，…，dn并存储于系统中；
(13)将其他关联信息与(12)中的数据匹配并存储与系统中；
所述其他关联信息包括参与者身份信息、部门与参与者的关联关系、部门的负责人信息。
所述步骤(4)具体包括以下步骤：
(41)需要签名的部门收到密文ct、解密子密钥，先对解密子密钥解密得到k1；
(42)利用(42)得到的k1对密文ct解密，得到原文m；
(43)参与者收到m和组合后的子密钥：
对m进行哈希计算得到m0，运行部分签名算法
(44)其他参与者重复(41)～(43)，最终得到所有该部门参与者的签名(δi，1，δi，2，…，δi，n)；
(45)将(44)的签名合成为本部门签名δi。
所述步骤(44)得到的结果保存在数据库中，与任务编号task1一一对应关联。
所述步骤(5)具体包括以下步骤：
(51)部门签名合成之后，系统对文件原文进行哈希计算得到m0，并从数据库中取出mpki；
(52)对部门签名运行签名验证算法：
(mpki，δi，m0)→0/1
如果此算法输出1，表示部门签名正确，将部门签名存入数据库，与任务编号task1一一对应关联；如果此算法输出0，表示签名错误，重复步骤(4)，直到验证签名正确。
所述步骤(6)具体包括以下步骤：
(61)各部门签名{δ1，δ2，…，δn}合成为签名δ；
(62)系统对文件原文m进行哈希计算得到m0，并从数据库中取出mpk；
(63)对签名运行签名验证算法：
(mpk，δ，m)→0/1
如果此算法输出1，表示签名正确，将最终签名值δ存入数据库，与任务编号task1一一对应关联；如果此算法输出0，表示签名错误，从数据库中分别取出各部门签名{δ1，δ2，…，δn}，分别运行签名验证算法，得出签名错误的部门，该部门需步骤(4)重新完成签名。
所述层级为两个及以上时，记为w个层级，步骤(2)中对加密密钥k1采用密钥分发算法分为n个签名子密钥；再利用密钥分发算法进行w次处理，将签名子密钥和系统公钥分为wn个签名子密钥和第一公钥、第二公钥……第w公钥，其中wn为所有层级部门总数；
步骤(5)～(7)中，对签名进行w次合成和验证，并将最终验证正确的签名与文件合成并存储。
本发明的基于门限密码技术的电子文件审批系统，包括：
文件加密模块，根据内置的随机算法生成加密密钥k1和签名密钥k2，签名密钥生成系统公钥mpk，并用于对审批人上传的文件进行加密；
密钥分发模块，内置有密钥分发算法，将加密密钥k1分为n个子密钥，将签名密钥分为n个签名子密钥；再利用密钥分发算法进行w次处理，将签名子密钥和系统公钥分为wn个签名子密钥和第一公钥、第二公钥……第w公钥，其中wn为所有层级部门总数；
第一签名模块，设于部门最底级的参与者端，用于根据解密算法对文件解密，并提供参与者进行签名，参与者签名完成后将该部门的所有参与者签名合成并存储，其他部门重复该步骤，完成全部参与者签名，并将签名传输至第一验证模块；所述第一签名模块的数量与全部部门数量相等；
第一验证模块，用于根据签名验证算法对合成的签名进行验证，验证正确后，合成将该层级的全部部门签名并存储，同时将合成的签名传输至第w签名模块；
第w签名模块，w为层级数，w＝1，2，3……，与第一签名模块相同，最终的到所有层级的合成签名，并将签名传输至第w验证模块；
第w验证模块，用于根据签名验证算法对全部层级的合成签名进行验证，验证正确后，合成签名与文件并存储。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)本发明无需第三方设备介入，即可通过对电子文件进行数字签名来实现对审批过程的留痕，最终结果能体现在电子文件上，全称记录签名数据，防止签名或文件被篡改，每个步骤都具备追溯的功能；
(2)本发明利用门限密码子密钥分发算法实现一对多文件加密，仅需一次加密，便可满足多个目标对象的解密，目标对象自由控制，充分保护文件内容安全；同时，能够实现多层级的文件加密与签名。
(3)利用门限密码签名密钥分发算法实现多方签名结果可验证、可合成，以此达到审批人员权限的灵活控制。
具体实施方式
本实施例以部门层级为1为例，即该公司审批发起人之下仅有同一级别的部门，部门内包含若干参与者。
系统预设：有需要签名的n个部门d1，d2，…，dn，每个部门di中有ni个参与者
(1)审批发起人将一份电子文件m上传至系统，选择审批此电子文件的部门d1，d2，…，dn，使用随机算法生成加密密钥k1，签名密钥k2，签名密钥生成系统公钥mpk，使用加密密钥k1对文件m进行加密得到：(k1，m)→ct，ct为电子文件m的密文。并为此次审批生成全局唯一的任务编号task1，并将task1、文件m、参与审批的部门d1，d2，…，dn一一对应记录在数据中。将其他关联信息与上述数据匹配并存储与系统中，上述信息包括部门名称，参与者身份信息以及部门与参与者的关联关系都记入系统数据库中。
(2)利用密钥分发算法将加密密钥k1分为n个子密钥，将签名密钥分为n个签名子密钥；再次利用密钥分发算法将签名子密钥和系统公钥分为n个部门签名子密钥和部门公钥mpki，两次运用门限结构，能够使系统在运行速度较高，内存占用较低的情况下，保证整个加密签名过程的安全性，适用于多个参与者的共同签名。具体包括以下步骤，
系统使用子密钥分发算法对加密密钥k1计算得到：(k1，(1，n))→(k1，1，k1，2，…，k1，n)，其中，算法参数(1，n)表示门限结构。计算结果k1，1表示d1部门的解密子密钥，k1，2表示d2部门的解密子密钥，k1，n表示dn部门的解密子密钥。算法参数中的n表示把加密密钥k1分为n个解密子密钥，即将有n个部门得到该解密子密钥。
系统使用签名密钥分发算法对签名密钥k2进行计算得到：(k2，(n，n))→(mpk，k2，1，k2，2，…，k2，n)。其中，mpk代表系统公钥，k2，1表示d1部门的签名子密钥，k2，2表示d2部门的签名子密钥，k2，n表示dn部门的签名子密钥。
系统使用签名密钥分发算法分别对每个部门di的签名子密钥进行计算得到：
将上述结果组合得到
(3)将上述密钥及加密的文件发送给参与者。
将上述步骤中得到的mpk，mpki存入数据库，与任务编号task1一一对应关联，将电子文件密文ct和各参与者子密钥
(4)部门根据解密算法对文件解密，参与者进行签名，签名完成后将该部门的所有参与者签名存储并合成。在该步骤中，解密子密钥和签名子密钥相互独立，能够更为高效的运行，防止文件被无关人员解密，更加保障了签名过程的安全。
(41)该部门收到密文ct、解密子密钥以及本部门签名子密钥，先对解密子密钥解密得到k1；
(42)利用(42)得到的k1对密文ct解密，得到原文m；
(43)参与者对m进行哈希计算得到m0，运行部分签名算法
(44)其他参与者重复(41)～(43)，最终得到所有该部门参与者的签名(δi，1，δi，2，…，δi，n)，并各自将结果保存在数据库中，与任务编号task1一一对应关联。当参与者达到门限结构中要求的ki个参与者的数量时，参与者签名完成。该次记录，提供可追查至具体单个参与者的途径，防止参与者泄密。
(45)将(44)的签名合成为本部门签名δi。
系统从数据库中取出参与者部分签名(δi，1，δi，2，…，δi，n)，运行签名合成算法(δ)→δi，其中δ＝{δi，1，δi，2，…，δi，n}，δi为部门di的合成签名。
(5)部门签名合成后，通过签名验证算法进行验证。
部门签名合成之后，系统运行哈希算法对文件原文进行哈希计算h(m)→m0，并从数据库中取出mpki，与(4)步骤中得到的δi运行签名验证算法(mpki，δi，m0)→0/1，如果此算法输出1，表示部门签名正确，将签名值δi存入数据库，与任务编号task1一一对应关联。进入其他部门签名环节，其他部门重复3.1～3.5步骤，产生各自的部门签名值{δ1，δ2，…，δn}，并分别验证通过。如果此算法输出0，表示签名错误，重复(4)步骤，直到签名正确。
(6)验证正确后，将所有部门签名合成并存储。
当所有的部门完成签名后，系统根据task1从数据库取出各部门签名值{δ1，δ2，…，δn}，运行签名合成算法(δ)→δ，其中δ＝{δ1，δ2，…，δn}，δ为合成签名。
(7)通过签名验证算法再次进行验证，验证正确后将签名与文件合成并存储。
系统运行哈希算法对文件原文进行哈希计算h(m)→m0，并从数据库中取出mpk，与得到的δ运行签名验证算法(mpk，δ，m)→0/1，如果此算法输出1，表示签名正确，将最终签名值δ存入数据库，与任务编号task1一一对应关联。如果此算法输出0，表示签名错误，从数据库中分别取出各部门签名{δ1，δ2，…，δn}，分别运行签名验证算法，得出签名错误的部门，该部门需根据(4)步骤重新完成签名。