CN100421372C - 一种安全发送传输密钥的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全发送传输密钥的方法，预先在通信双方分别设置共享密钥，该方法包括：发送端生成随机数R1，然后利用所生成的随机数R1、共享密钥、要发送的传输密钥以及选定的加密算法生成加密密钥Kc，并计算出自身的摘要字；发送端将携带有计算出的摘要字、所生成的随机数R1和加密密钥Kc的信息发送给接收端；接收端收到信息后，先根据共享密钥、收到的随机数R1、加密密钥Kc以及选定的加密算法，获得传输密钥；并计算出自身的签名字，然后判断计算出的签名字与所收到的摘要字是否一致，如果是，则所收到信息为正确信息；否则，所收到信息为错误信息。该方法不仅能使两个实体间的密钥保密传输，而且能保证实体间相互的身份认证。

Description

一种安全发送传输密钥的方法

技术领域

本发明涉及数据安全传输技术，特别是指在客户端-服务器框架下一种安全发送传输密钥的方法。

背景技术

在各种通信系统尤其是移动通信系统中，为了确保用户间信息的安全保密性，安全通信的实现是非常重要的，这就需要对所传输的数据进行加密保护，进而就需要在传输数据的实体之间确定并传输加密的密钥。在一些客户端-服务器(C-S，Client-Server)框架的应用中，会涉及到唯双方的密钥传输。例如：在无线局域网(WLAN)系统中，接入控制器(AC)和接入点(AP)之间的密钥传输、AP和终端(STA)之间的密钥传输都属于Client-Server框架下的密钥传输，这里，可将一方作为Client，另一方作为Server。无论是STA与AP还是AP与AC之间，如果不进行安全保护，就会存在安全隐患。因此，当双方传输密钥时，就需要对传输的密钥信息进行保护，同时也需要对双方的身份进行认证，以保证是在合法用户之间进行相互的密钥传输。

目前，在进行数据加密传输的任意两个实体之间，只是在建网时通过人工方式分别设置了对称密钥，而没有采用密钥传输机制。两个实体之间要传送保密信息时，一端使用所设置的密钥加密，而另一端使用相同的密钥解密，一次单向的消息传递完成保密信息传送的过程。但这种方式只能进行简单的保密信息传送，传递保密信息的两端不能进行相互认证，从而无法抵御中间人的攻击。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种安全发送传输密钥的方法，使其能保证两个实体间的密钥保密传输。

本发明进一步的目的是保证两个实体间能够实现相互的身份认证。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种安全发送传输密钥的方法，预先在通信双方分别设置共享密钥K_i，该方法进一步包括：

a.发送端生成随机数R1，然后利用所生成的随机数R1、共享密钥K_i、要发送的传输密钥master_key以及选定的加密算法生成加密密钥Kc，并计算出自身的摘要字；

b.发送端将携带有步骤a计算出的摘要字、所生成的随机数R1和加密密钥Kc的信息发送给接收端；

c.接收端收到步骤b所发送的信息后，先根据共享密钥K_i、收到的随机数R1、加密密钥Kc以及选定的加密算法，获得传输密钥master_key；并计算出自身的签名字，然后判断计算出的签名字与所收到的摘要字是否一致，如果是，则所收到信息为正确信息；否则，所收到信息为错误信息。

其中，步骤a中所述摘要字根据随机数R1、加密密钥Kc、要发送的传输密钥master_key以及选定的签名字算法计算得出。

该方法还进一步包括：

d.接收端随机生成一个随机数R2，并计算出用于认证的摘要字R2-R，然后将所生成的随机数R2和计算出的摘要字R2-R发给发送端；

e.发送端根据接收到的随机数R2、自身生成的加密密钥Kc、选定的签名算法f2以及要发送的传输密钥master_key，计算出自身使用的签名字，然后判断计算出的签名字与所收到的摘要字R2-R是否相等，如果相等，则认证通过对端为合法方，否则，对端为非法方，结束当前认证流程；

f.发送端根据接收到的随机数R2、共享密钥K_i和选定的签名算法f2计算用于认证的摘要字R2_digt，并将该摘要字R2_digt发送给接收端；

g.接收端根据自身生成的随机数R2、共享密钥Ki以及选定的签名算法f2计算出自身使用的签名字，然后判断计算出的签名字与所收到的摘要字R2-R是否相等，如果相等，则认证通过端端为合法方，否则，对端为非法方。

其中，步骤d所述摘要字根据共享密钥K_i、接收端生成的随机数R2、发送端生成的随机数R1以及选定的签名字算法计算得出；或者根据共享密钥K_i、接收端生成的随机数R2、要发送的传输密钥master_key以及选定的签名字算法计算得出；或是根据共享密钥K_i、接收端生成的随机数R2、发送端生成的随机数R1、要发送的传输密钥master_key以及选定的签名字算法计算得出。

上述方案中，所述选定的加密算法为MD5算法。所述选定的签名算法为MD5算法。所述发送端为客户端，或为服务器端。

因此，本发明所提供的安全发送传输密钥的方法，两个通信实体之间必须预先共享一个密钥，利用该预共享密钥可解决C-S框架下实体间密钥的保密传输问题。本发明通过双方的随机数以及共享密钥作为签名算法的参数，使两个通信实体间能够互相确认对方的身份，并能安全的完成传输密钥传递的过程。

本发明可将进行对方身份确认的过程作为可选流程，如果不进行对方身份确认，则本发明安全传输密钥的处理流程简单易行，且节省Server端的资源；如果进行对方身份确认，则本发明将身份认证过程和密钥安全传输过程结合在一起进行，使相互的身份认证和密钥的安全传输两个过程协同工作，可保证在满足安全需求条件下有最少的传输流程。

附图说明

图1为本发明方法的一实现流程示意图；

图2为本发明方法的另一实现流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的基本思想是：利用预共享密钥，一端将所拥有的传输密钥master_key安全的传输给另一端。具体地说就是：在Client端和Server端共享一个密钥K_i；要发送传输密钥master_key的一端生成随机数R，并利用共享密钥K_i、所生成的随机数R、选定的加密算法f1和签名算法f2以及要发送的传输密钥master_key，计算出实际发送的加密密钥和摘要字；接收传输密钥的一端根据所收到的摘要字、随机数、加密密钥以及共享密钥K_i，得到真正的传输密钥master_key，并同时计算出签名字以验证信息的正确性。

这里，所述共享密钥K_i通常被预先安全保存在Client端和Server端，一般该共享密钥采用物理存放方式，且在写入后任何人都不可能读取到。所述要发送的传输密钥master_key可以通过多种途径获取，比如：由随机数产生，或是预先设定。

所述选定的加密算法f1和签名算法f2可采用任意现有的算法，Client端和Server端应分别保留至少一套密钥生成算法和数字签名算法，且要求双方至少有一套相同的密钥生成算法和数字签名算法，Client端和Server端采用双方预先共同选定的加密算法和签名算法进行相应的计算。

所述要发送传输密钥master_key的一端可以是Client端，也可以是Server端。以下仅以Client端发送传输密钥master_key，Server端接收为例。

如图1所示，本发明安全发送传输密钥的方法包括以下步骤：

步骤101：Client端要发送自身拥有的传输密钥master_key，则Client端先随机生成一个随机数R1，然后利用共享密钥K_i、所生成的随机数R1、选定的加密算法f1，按照公式(1)产生出传输密钥master_key的加密密钥Kc：

$\mathrm{Kc}=f1(\mathrm{Ki},R1)\⊕\mathrm{master}\_\mathrm{key}---\left(1\right)$

并且，Client端根据所生成的随机数R1、选定的签名算法f2、计算出的加密密钥Kc，按照公式(2)计算自身当前使用的摘要字Digt：

Digt＝f2(R1，Kc，master_key)  (2)

步骤102：Client端向Server端发送携带有随机数R1、加密密钥Kc以及摘要字Digt的信息{R1，Kc，Digt}。

步骤103：Server端收到该信息后，根据自身存储的共享密钥K_i、所收到的随机数R1和加密密钥Kc、选定的加密算法f1，按照公式(3)计算出接收密钥rec_key，即传输密钥master_key：

$\mathrm{rec}\_\mathrm{key}=f1(\mathrm{Ki},R1)\⊕\mathrm{Kc}=\mathrm{master}\_\mathrm{key}---\left(3\right)$

同时，利用所收到的随机数R1和加密密钥Kc、选定的签名算法f2以及计算出的接收密钥rec_key，按照公式(4)计算出自身使用的签名字Rec_Digt：

Rec_Digt＝f2(R1，Kc，rec_key)  (4)

步骤104：Server端判断自身计算出的签名字Rec_Digt是否与所接收到的摘要字Digt相同，如果相同，即Rec_Digt＝Digt，则说明发送过来的信息是个正确的信息。如果不相同，则说明发送的信息错误，结束当前流程或是通知对端重新发送。

为了防止非法方可能的复制攻击，实现双方相互的身份认证，可选择增加步骤105～107，如图2所示。

步骤105：Server端随机生成一个随机数R2，然后根据公式(5)计算用于认证的摘要字R2-R：

R2-R＝f2(Ki，R2，R1，master_key)  (5)

之后，Server端将信息{R2，R2-R}发送给Client端。

这里，在计算摘要字R2-R时，公式(5)中的参数R1和master_key可以全使用，也可以只选择R1、master_key其中之一。

步骤106：Client端验证R2-R正确，则认为传输密钥master_key已正确发送给Server端。具体的认证过程是：Client端根据接收到的R2、自身生成的加密密钥Kc、选定的签名算法f2以及要发送的传输密钥master_key，计算出自身使用的签名字，然后判断计算出的签名字与所收到的摘要字R2-R是否相等，如果相等，说明Server端已正确接收传输密钥master_key，且说明认证通过Server端为合法方；否则，说明Server端为非法方，结束当前流程。

Client端确认Server端已正确接收传输密钥master_key后，根据公式(6)计算用于认证的摘要字R2_digt：

R2_digt＝f2(Ki，R2)    (6)

步骤107：Client端发送带有摘要字R2_digt的数字信息给Server端，Server端通过验证所收到的、带有摘要字R2_digt的消息，可以确定第一条消息是Client端发送的消息，从而实现双方的身份确认。具体的验证过程是：Server端根据自身生成的随机数R2、共享密钥Ki以及选定的签名算法f2计算出自身使用的签名字，然后判断计算出的签名字与所收到的摘要字R2-R是否相等，如果相等，说明认证通过Client端为合法方；否则，说明Server端为非法方。

如果不进行双方身份的确认，Server端就可以省略R2的生成，如此可节省Server端的资源。

在上述方案中，传输密钥master_key的值可以根据需要随时更新或周期性地更新，产生方法也是设定或由随机数生成等等，但安全传输过程与上述步骤完全相同，只是其中用到的传输密钥master_key值不同。

以AC为Client端，AP为Server端为例进一步说明，在本实施例中，AC、AP之间所选定的加密算法f1和签名算法f2均为MD5算法，AC要将传输密钥master_key发送给AP，实现过程是：

1)AC先随机生成一个随机数R1，然后利用共享密钥K_i、所生成的随机数R1、选定的加密算法MD5，按照公式(7)产生出传输密钥master_key的加密密钥Kc：

$\mathrm{Kc}=\mathrm{MD}5(\mathrm{Ki},R1)\⊕\mathrm{master}\_\mathrm{key}---\left(7\right)$

并且，AC根据所生成的随机数R1、选定的签名算法MD5、计算出的加密密钥Kc，按照公式(8)计算摘要字Digt：

Digt＝MD5(R1，Kc，master_key)  (8)

2)AC向AP发送携带有随机数R1、加密密钥Kc以及摘要字Digt的信息{R1，Kc，Digt}。

3)AP收到该信息后，根据自身存储的共享密钥K_i、所收到的随机数R1和加密密钥Kc、选定的加密算法MD5，按照公式(9)计算出接收密钥rec_key，即传输密钥master_key：

$\mathrm{rec}\_\mathrm{key}=\mathrm{MD}5(\mathrm{Ki},R1)\⊕\mathrm{Kc}=\mathrm{master}\_\mathrm{key}---\left(9\right)$

同时，利用所收到的随机数R1和加密密钥Kc、选定的签名算法f2以及计算出的接收密钥rec_key，按照公式(10)计算出自身的签名字Rec_Digt：

Rec_Digt＝MD5(R1，Kc，rec_key)    (10)

4)AP判断自身计算出的签名字Rec_Digt是否与所接收到的摘要字Digt相同，如果相同，即Rec_Digt＝Digt，则说明发送过来的信息是个正确的信息。如果不相同，则说明发送的信息错误，结束当前流程或是通知对端重新发送。

然后，AP随机生成一个随机数R2，并根据公式(11)计算用于认证的摘要字R2-R：

R2-R＝MD5(Ki，R2，R1，master_key)  (11)

5)AP将信息{R2，R2-R}发送给AC，AC验证R2-R正确，则可以认为master_key已正确发送给AP。

之后，AC计算用于认证的摘要字，并将计算出的签名字数字信息发送给AP，AP通过验证所收到消息可确定第一条消息是由AC发送的消息，如此即可实现身份确认，有效防止非法方可能的复制攻击。

其中，所述AC或AP端的验证具体是：AC或AP计算自身使用的签名字，并比较计算出的签名字与所收到的摘要字，如果相同，则说明认证通过，对方为合法方；否则，说明认证失败，对方为非法方。

在上述过程中，AC可随时或周期性地更新传输密钥master_key值，但安全传输过程与上述步骤完全相同。

以上描述的方案，可适用于任意的C-S架构，总之，以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (3)

1. 一种安全发送传输密钥的方法，预先在通信双方分别设置共享密钥K_i，其特征在于，该方法进一步包括：

a.发送端生成随机数R1，然后利用所生成的随机数R1、共享密钥K_i、要发送的传输密钥master_key以及选定的加密算法生成加密密钥Kc，并根据随机数R1、加密密钥Kc、要发送的传输密钥master_key以及选定的签名算法计算出自身的摘要字；

b.发送端将携带有步骤a计算出的摘要字、所生成的随机数R1和加密密钥Kc的信息发送给接收端；

c.接收端收到步骤b所发送的信息后，先根据共享密钥K_i、收到的随机数R1、加密密钥Kc以及所述的选定加密算法，获得传输密钥master_key；并根据随机数R1、加密密钥Kc、传输密钥master_key以及所述选定的签名算法计算出自身的签名字，然后判断计算出的签名字与所收到的摘要字是否一致，如果是，则所收到信息为正确信息；否则，所收到信息为错误信息。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选定的签名算法为MD5算法。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送端为客户端或服务器端。

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