CN101162997B - 一种电子设备接口间广播共享密钥的更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及群组共享密钥更新技术。本发明提供一种电子设备接口间共享密钥的更新方法，包括以下步骤：a、广播源设备发送接口在共享密钥更新周期到期后，向广播总线上的接收接口发送包含有加密的新备用共享密钥的共享密钥更新消息；b、广播源设备使用备用共享密钥替换当前共享密钥，并使用新备用共享密钥替换备用共享密钥；c、广播总线上的接收接口解密共享密钥更新消息内容得到新备用共享密钥，使用备用共享密钥替换当前共享密钥，并使用新备用共享密钥替换备用共享密钥。在电子设备接口存储和处理能力有限的前提下，采用本发明既能满足电子设备接口间广播共享密钥更新的频率要求，又能满足广播共享密钥传输的安全性要求。

Description

一种电子设备接口间广播共享密钥的更新方法

技术领域

本发明涉及群组共享密钥更新技术，特别是指一种电子设备接口间的广播共享密钥更新方法。

背景技术

数字内容在数字设备间传输时可能通过各种数字接口泄漏出去(比如非法录制和显示)。为了防止数字内容泄漏，就要对数字内容在数字接口间的传输过程进行认证和加密保护。

在终端数字设备连接网络中，广播传输是指多台接收设备通过总线的形式连接到一台广播源设备上，数字内容由广播源设备的发送接口发送至多个接收设备的接收接口，如图1所示。在一次传输过程中，通过广播源设备发送接口认证的接收接口被认为是合法接口，可以接收发送接口发送过来的数字内容。在广播传输中，为防止数字内容在合法设备间传输时遭到泄漏，需要在广播传输中设置密钥，并且只有广播群组内的连接在广播总线上的接收接口和广播源设备发送接口知道该密钥。广播源设备是指能够提供广播服务功能并且具有密钥生成管理功能的设备。

广播源设备发送接口和广播总线上的接收接口共享传输过程中设置的密钥，因此可以将这个设置的密钥称为广播共享密钥。广播源设备发送接口使用广播共享密钥加密要传输的数字内容，广播总线上的接收接口使用该共享密钥解密接收到的加密数字内容。广播源设备发送接口向广播总线上的每个接收接口发送加密的广播共享密钥。

在无线通信网络广播业务中，广播群组共享密钥的发送过程是广播服务器和群组内每个用户一对一进行的，为避免广播服务器在处理大量用户同时申请共享密钥时所带来的服务器负荷过重以及网络通信量的瞬间激增，现行无线通信领域中广播共享密钥的更新主要采用以下两种方法：

方法一，通过为每个用户设置不同的共享密钥更新计数周期(或时间片)来避免大量用户同时申请共享密钥更新，当广播服务器接收到更新请求时，使用与特定用户相对应的加密密钥加密共享密钥并发送给请求者；

方法二，广播服务器分别使用广播群组内与每个用户相对应的加密密钥加密共享密钥，并在加密结果前(或后)附上特定用户的标示字段，最后将所有的加密结果及标示字段组合成一条信息广播出去，群组内用户收到广播消息后读取属于自己的内容部分，解密得到共享密钥。

公开号为CN1553600，于2004年12月8日公布的一种避免群组内用户同时更新共享密钥导致无线通信网络通信阻塞的共享密钥更新方法：“多播/广播服务器在每个共享密钥切换周期的到期点，向群组内用户下发共享密钥切换命令，并且与群组内用户同时切换共享密钥；群组内用户存储共享密钥切换命令中携带的下次切换共享密钥序列号计数；群组内用户在每个自身更新共享密钥申请周期的到期点，判断与自身存储的更新共享密钥相对应的序列号是否与当前存储下次切换共享密钥序列号计数相一致，如果是，用户等待下一个自身更新共享密钥申请周期的到期点；否则，用户向多播/广播服务器发送更新共享密钥请求，然后存储多播/广播服务器向其发送的更新共享密钥及与该更新共享密钥相对应的序列号”。

公开号为CN1571343，于2005年1月26日公布的一种有效避免无线通信网络通信负担过重和通信阻塞，并能防止群组内用户向非法用户泄露共享密钥列表中共享密钥的多播/广播业务群组共享密钥的更新方法：“多播/广播服务器向群组内用户发送当前共享密钥、下次切换共享密钥序列号计数和包含有大于一个的序列号及其对应共享密钥的更新共享密钥列表，群组内用户存储所述信息；多播/广播服务器向群组内用户广播携带有新下次切换共享密钥序列号计数的共享密钥切换命令，群组内用户从存储的更新共享密钥列表中取出序列号与当前下次切换共享密钥序列号计数相同的共享密钥，将所述共享密钥切换为当前共享密钥，群组内用户存储新的下次切换共享密钥序列号计数”。

无线通信领域中由于终端用户本身开机入网具有随机性，比如手机的多媒体下载，密钥交互是在手机终端与前端服务器之间进行的；前端服务器(即，广播服务器)自身处理能力较强、共享密钥更新周期也较长，因此上述方法足以满足无线通信领域中的广播共享密钥更新要求。

但上述更新策略并不适合一些存储与处理功能较弱的电子设备接口间广播共享密钥的更新。比如，数字电视机顶盒以总线的方式同时向多个显示终端发送受保护的数字内容；DVD播放器以总线的方式同时向多个显示终端发送受保护的数字内容。一方面，电子设备间传输的数据速率一般都很快，为防止接收接口共享密钥泄漏而造成大量传输数据泄漏，广播共享密钥需要经常变换更新，更新频率较快；另一方面，广播源设备发送接口主要完成数字内容的加密广播，密钥管理功能有限，无法支持上述密钥更新方法；再者，连接在广播总线上的接收接口需要几乎同时完成广播密钥更新，以保持高速数据传输的加解密同步。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种电子设备接口间共享密钥的更新方法，能适合于处理能力较弱的终端电子设备间广播数据的安全传输。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种电子设备接口间广播共享密钥的更新方法，包括以下步骤：

a、广播源设备发送接口在共享密钥更新周期到期后，向广播总线上的接收接口发送共享密钥更新消息，所述共享密钥更新消息中包含有使用组会话密钥加密过的新备用共享密钥；所述共享密钥更新消息是广播消息，只需发送一次；

b、广播源设备发送接口在发送完共享密钥更新消息后，使用备用共享密钥替换当前共享密钥，并使用新备用共享密钥替换备用共享密钥；

c、广播总线上的接收接口在接收到共享密钥更新消息后，首先使用存储的组会话密钥解密共享密钥更新消息内容得到新备用共享密钥，然后使用备用共享密钥替换当前共享密钥，并使用新备用共享密钥替换备用共享密钥；

所述组会话密钥每经过一个组会话密钥密钥更新周期更新一次，组会话密钥的传送在广播源设备发送接口和广播总线上的接收接口之间一对一进行。

所述步骤a进一步包括：广播源设备发送接口在发送共享密钥更新消息之前，使用密钥生成模块生成新备用共享密钥。所述共享密钥更新周期可以预先设定，也可以根据已加密传输的数据量确定。

当一个新的接收设备的接收接口连接到广播总线上时，还进一步包括以下操作：

(1)广播源设备发送接口根据已连接在广播总线上的接收接口数量和自身允许的广播规模，确定是否允许新接入的接收接口加入到广播组中，若允许加入，则执行(2)，否则，不执行操作；

(2)广播源设备发送接口和新接入的接收接口执行认证过程，认证过程中，广播源设备发送接口和新接入的接收接口分别生成并保存与该接收接口相对应的主加密密钥；广播总线上每个接收接口的主加密密钥是唯一的；

(3)认证通过后，广播源设备发送接口向新接入的接收接口发送共享密钥初始化消息，所述共享密钥初始化消息中包含有经主加密密钥加密处理的组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥；

(4)新接入的接收接口接收到共享密钥初始化消息后，使用主加密密钥解密得到组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥，并存储组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥。

所述主加密密钥每经过一个认证周期更新一次，一个认证周期到期时，每个接收接口重新发起认证，生成新的主加密密钥。

所述认证周期＞组会话密钥更新周期＞共享密钥更新周期。

步骤(2)中所述认证过程可以是单向认证也可以是双向认证，其中，单向认证用于确定新接入的接收接口是否为合法接口，双向认证用于确定参与通信的接口双方是否都认为对方是合法接口。

本发明的有益效果是，在电子设备接口存储和处理能力有限的前提下，既能满足电子设备接口间广播共享密钥更新的频率要求，又能满足广播共享密钥传输的安全性要求。

附图发明

图1为电子设备接口间通过总线形式进行广播传输的示意图；

图2为实施例流程图。

具体实施方式

首先对本发明中涉及到的几个重要概念进行描述：

主加密密钥：广播源设备发送接口和广播总线上的每个接收接口在认证过程中经双方协商分别产生的密钥，一个主加密密钥唯一地与广播总线上的一个接收接口相对应，用于加密组会话密钥或加密共享密钥初始化消息内容(组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥)。

组会话密钥：该密钥由广播源设备发送接口产生，广播源设备使用与每个接收接口相对应的主加密密钥加密后发送给每个接收接口，用于加密共享密钥更新消息内容(新备用共享密钥)。

当前共享密钥：广播源设备发送接口对待发送的数字内容进行加密所使用的密钥；广播总线上的所有接收接口对接收到的加密数字内容进行解密所使用的密钥。

备用共享密钥：广播源设备发送接口和广播总线上的所有接收接口(激活状态)即将使用的共享密钥，在一次共享密钥更新周期到期后，广播源设备发送接口和广播总线上的所有接收接口都将使用自身存储的备用共享密钥替换当前共享密钥。

新备用共享密钥：用于替换备用共享密钥。

认证周期：在此周期内，广播源设备发送接口与广播总线上的接收接口通信时使用与该接收接口相对应的主加密密钥不变。一个认证周期到期时，广播源设备发送接口会与广播总线上的每个接收接口重新发起认证，该认证过程不仅要对接口身份的合法性进行鉴权，还要通过密钥协商生成新的相对应于特定接收接口的主加密密钥。

组会话密钥更新周期：在此周期内，广播源设备发送接口和广播总线上的所有接收接口使用的组会话密钥不变。一个组会话密钥更新周期到期时，广播源设备发送接口会生成新的组会话密钥，并分别向广播总线上的每个接收接口发送组会话密钥更新消息；在给特定接收接口发送组会话密钥更新消息时，使用与该特定接收接口相对应的主加密密钥加密组会话密钥构成消息内容；广播源设备发送接口和广播总线上的所有接收接口同时用新的组会话密钥替换以前使用的组会话密钥。

共享密钥更新周期：在此周期内，广播源设备发送接口和广播总线上的所有接收接口使用当前共享密钥不变。在一个共享密钥更新周期到期时，广播源设备发送接口向广播总线上的所有接收接口发送共享密钥更新消息，广播源设备发送接口和广播总线上的所有接收接口同时用备用共享密钥替换当前共享密钥，并使用新备用共享密钥替换备用共享密钥。

本发明的广播共享密钥的发放过程是一对多进行的，共享密钥使用组会话密钥加密，加密后由广播源设备发送接口广播发送给广播总线上的多个接收接口，而组会话密钥加密的传输是广播源设备发送接口和组内每个接收接口一对一进行的：由于广播源设备发送接口和所有的接收接口在一次组会话密钥更新周期内使用相同的组会话密钥，因此广播共享密钥可以随时变换，广播源设备处理起来比较简单，并且可以几乎同时到达各个接收接口；同时，为保证组会话密钥的安全性，本发明定期更新组会话密钥，组会话密钥的更新需要广播源设备发送接口和每个接收接口一对一进行，广播源设备发送接口使用与特定接收接口相对应的主加密密钥加密组会话密钥，并发送给特定的接收接口；此外，为保证与特定接收接口相对应的主加密密钥的安全性，广播源设备发送接口可以在一个认证周期到期后与每个接收接口执行重新认证，生成新的相对应的唯一的主加密密钥。在本方法中设定广播源设备发送接口与接收接口间的认证周期最长，组会话密钥更新周期次之，共享密钥更新周期最短。共享密钥更新周期短能满足电子设备接口间广播共享密钥更新的频率要求，广播源设备发送接口和每个接收接口一对一进行的组会话密钥更新满足广播共享密钥传输的安全，组会话密钥周期、认证周期长于共享密钥更新周期，不会使得广播源设备负荷过重。

广播源设备发送接口与广播总线上的每个接收接口都要执行一对一的认证过程，该认证过程不仅要对接口身份的合法性进行鉴权，还要通过密钥协商生成主加密密钥，这一认证过程在保证系统安全的同时也是最耗资源的过程，因此认证周期设置的时间最长；在一个认证周期内，又设置若干个组会话密钥更新周期，一个组会话密钥更新周期内，广播源设备发送接口与广播总线上的每个接收接口使用相同的组会话密钥传输共享密钥，本发明中提出的使用组会话密钥加密传输共享密钥的依据在于：数字接口间高速传输数字内容时共享密钥需要频繁改变，如果使用主加密密钥加密传输频繁改变的共享密钥，不仅会加重广播源设备发送接口的处理负荷，而且每一次共享密钥更新都会造成较长的时间延迟，而使用组会话密钥加密传输共享密钥，因为只需发送一次广播消息即可，则要简单快捷的多；设定了组会话密钥，广播源设备发送接口就可以根据特定的策略制定共享密钥更新周期，定期更新当前共享密钥和备用共享密钥。

广播源设备发送接口中存储有本次认证周期内所有与广播总线上每个接收接口相对应的主加密密钥、本次组会话密钥更新周期内使用的组会话密钥以及本次共享密钥更新周期内使用的当前共享密钥和备用共享密钥；广播总线上的每个接收接口中存储有本次认证周期内与广播源设备发送接口认证协商生成的主加密密钥、本次组会话密钥更新周期内使用的组会话密钥以及本次共享密钥更新周期内使用的当前共享密钥和备用共享密钥。

图2为本实施例流程图，广播源设备发送接口为接口A，广播总线上的接收接口为接口B，认证周期＞组会话密钥更新周期＞共享密钥更新周期；

过程301：在当前共享密钥更新周期内，接口B连接入广播总线，准备接收从接口A发送的广播内容；

过程302：接口A根据自身允许的广播规模，允许接口B接入后与接口B执行认证过程；在确定接口B为合法接口或接口A、B分别确认对方为合法接口后，接口A和接口B通过认证过程中的密钥协商同时生成并保存主加密密钥；该主加密密钥用来在组会话密钥更新时加密组会话密钥，在共享密钥初始化时加密初始化消息内容(包括组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥)，并且广播总线上每个接收接口的主加密密钥是唯一的，广播源设备发送接口在与每一个接收接口认证通过后保存该主加密密钥；

过程303：接口A、B认证过程完成后，接口A向接口B发送共享密钥初始化消息；共享密钥初始化消息中包含有使用与接口B相对应的主加密密钥加密过的接口A中存储的组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥。在发送共享密钥初始化消息之前，若新接入的接收接口是接入广播总线上的第一个接收接口，则需要广播源设备发送接口使用密钥生成模块生成并存储组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥，否则只需读取存储的会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥即可；

过程304：共享密钥更新周期到期时，接口A向广播总线上的所有接收接口发送共享密钥更新消息，该更新消息中包含有使用组会话密钥加密过的新备用共享密钥；接口A在发送完共享密钥更新消息后用备用共享密钥替换当前共享密钥，并使用新备用共享密钥替换备用共享密钥，进入下一个共享密钥更新周期；接口B接收到共享密钥更新消息后，用备用共享密钥替换当前共享密钥，并用新备用共享密钥替换备用共享密钥；

过程305：与过程304基本相同；

过程306：组会话密钥更新周期到期时，广播源设备发送接口生成新的组会话密钥，用新的组会话密钥替换原来使用的组会话密钥，并向接口B发送组会话密钥更新消息；该组会话密钥更新消息中包含有使用与接口B相对应的主加密密钥加密过的新的组会话密钥，接口B收到该更新消息后解密得到新的组会话密钥，并用新的组会话密钥存储替换原来使用的组会话密钥；

过程307一过程308：认证周期到期时，接口A与接口B发起重新认证过程，在该认证过程中，生成新的相对应于接口B的主加密密钥；重新认证完成后，接口A向接口B发送共享密钥初始化消息，这一过程与过程303基本相同；

后续过程中，当接口A向广播总线上的所有接收接口都发送完共享密钥初始化消息后，开始进入新的认证周期、组会话密钥更新周期以及共享密钥更新周期，后续处理过程与上述过程301--过程308基本相同。

以上所述仅为本发明较佳的一种实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明揭露的技术范围以内轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种电子设备接口间广播共享密钥的更新方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、广播源设备发送接口在共享密钥更新周期到期后，向广播总线上的接收接口发送共享密钥更新消息，所述共享密钥更新消息中包含有使用组会话密钥加密过的新备用共享密钥；所述共享密钥更新消息是广播消息，只需发送一次；

b、广播源设备发送接口在发送完共享密钥更新消息后，使用备用共享密钥替换当前共享密钥，并使用新备用共享密钥替换备用共享密钥；

c、广播总线上的接收接口在接收到共享密钥更新消息后，首先使用存储的组会话密钥解密共享密钥更新消息内容得到新备用共享密钥，然后使用备用共享密钥替换当前共享密钥，并使用新备用共享密钥替换备用共享密钥；

所述组会话密钥每经过一个组会话密钥更新周期更新一次，组会话密钥的传送在广播源设备发送接口和广播总线上的接收接口之间一对一进行，所述组会话密钥更新周期＞共享密钥更新周期；

当一个新的接收设备的接收接口连接到广播总线上时，步骤a之前还包括以下步骤：

(1)广播源设备发送接口根据已连接在广播总线上的接收接口数量和自身允许的广播规模，确定是否允许新接入的接收接口加入到广播组中，若允许加入，则执行(2)，否则，不执行操作；

(2)广播源设备发送接口和新接入的接收接口执行认证过程，认证过程中，广播源设备发送接口和新接入的接收接口分别生成并保存与该接收接口相对应的主加密密钥；广播总线上每个接收接口的主加密密钥是唯一的；

(3)认证通过后，广播源设备发送接口向新接入的接收接口发送共享密钥初始化消息，所述共享密钥初始化消息中包含有经主加密密钥加密处理的组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥；

(4)新接入的接收接口接收到共享密钥初始化消息后，使用主加密密钥解密得到组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥，并存储组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥；

所述主加密密钥每经过一个认证周期更新一次，一个认证周期到期时，每个接收接口重新发起认证，生成新的主加密密钥；所述认证周期＞组会话密钥更新周期＞共享密钥更新周期。

2.如权利要求1所述一种电子设备接口间广播共享密钥的更新方法，其特征在于，所述步骤a中广播源设备发送接口在发送共享密钥更新消息之前，使用密钥生成模块生成新备用共享密钥。

3.如权利要求1所述一种电子设备接口间广播共享密钥的更新方法，其特征在于，所述共享密钥更新周期是预先设定的，或者根据已加密传输的数据量确定。

4.如权利要求1所述一种电子设备接口间广播共享密钥的更新方法，其特征在于，步骤(2)中所述认证过程是单向认证或者是双向认证，其中，单向认证用于确定新接入的接收接口是否为合法接口，双向认证用于确定参与通信的接口双方是否都认为对方是合法接口。

5.如权利要求1所述一种电子设备接口间广播共享密钥的更新方法，其特征在于，步骤(3)中，广播源设备发送接口在发送共享密钥初始化消息之前，若新接入的接收接口是接入广播总线的第一个接收接口，则需要广播源设备发送接口使用密钥生成模块生成并存储组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥，否则只需读取存储的组会话密钥、当前共享密钥和备用共享密钥即可。

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