CN101335615A - 用于usb key音频加解密装置密钥协商的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于USB KEY音频加解密装置的密钥协商的方法，包括如下两个过程：USB KEY音频加解密装置根据设置状态对采集的音频信号进行加密处理的过程，和USB KEY音频加解密装置根据数字音频信号数据的类型对收到数字音频信号进行解密处理的过程。本发明通过在发送方和接收方之间的USB KEY音频加解密装置内进行的协商，实现了加解密密钥和算法的动态更改，进而克服了现有技术中USB KEY音频加解密装置内加解密密钥和算法是唯一、固定的缺陷，提高了音频通信，传输的安全性和可靠性；另外，也提高了加密后的音频数据的防破坏能力；再者，也保证了音频数据的加密强度和不可能在计算机中或通信链路中被窃取。
Description
技术领域
本发明属于USBKEY音频加解密装置密钥协商领域，尤其是通过对USB KEY音频加解密装置内加解密密钥和算法的动态更改，从而提高音频通信传输的安全性和可靠性的用于USBKEY音频加解密装置密钥协商的方法。
背景技术
随着计算机技术的飞速发展，信息网络已经成为社会发展的重要保证。现在的网络通信应用越来越多，各种聊天软件(如QQ、MSN、Skype等等)应用也越来越广泛，随着网络带宽的增加及网络应用的深入，网络音频信号通信成为当今最具潜力的网络应用领域。网络音频信号通信可以将音频信号转换成数据包通过互联网来传输，与传统电话相比，网络音频信号通信的实现不仅费用低廉，而且具有高清晰的音频信号质量，通话效果甚至比传统的电话音频信号还要好。作为一种比较经济灵活的通话方式，成本低廉的网络音频信号通信服务广受欢迎，为越来越多的个人或企业用户所接收并广泛应用。
然而，在普通大众及企业享受网络通信带来便利的同时，其安全问题也逐渐浮出水面。像网络中的其他应用一样，网络音频信号通信中所存在的安全隐患令人堪忧，网络音频信号通信成为网络攻击者锁定的目标，加上不良网络软件的产生，导致网络通话被监听，或者利用不良程序如木马程序截获数据信息等，频频引发了网络通话的安全危机。网络私人信息以及企业机密信息被泄密或遭到监听，给个人和企业带来了不可估量的损失。因此在网络通信的实际应用中，随时都可能由于信息泄露和泄密而带来严重后果和不良影响。
随着对音频通信的安全性提高的要求，一些即时聊天软件的自身也带有一些加密的功能，但是作为网络上通信的公共软件，对其加密的破解就变得相当容易，所以其加密的安全性也无法得到保障。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于USB KEY音频加解密装置的密钥协商的方法，以克服原有技术中密钥和算法固定、唯一所导致的信息安全的隐患。通过发送方和接收方的协商实现在聊天过程中动态的更改USB KEY音频加解密装置的加解密密钥和算法，从而大大提高音频数据的安全性和可靠性。并且整个加密和解密的过程都在USB KEY信息安全设备内进行，真正的音频数据不会在通信链路和计算机中出现，所以有效的防止了音频数据被非法窃取。
本发明的技术方案是：
用于USB KEY音频加解密装置密钥协商的方法，其特征是包括如下两个过程：USB KEY音频加解密装置根据设置状态对采集的音频信号进行加密处理的过程，和USB KEY音频加解密装置根据数字音频信号数据的类型对收到数字音频信号进行解密处理的过程，
USB KEY音频加解密装置根据设置状态对采集的音频信号进行加密处理的过程包括下列步骤：
USB KEY音频加解密装置从主机端采集音频信号的指令，判断所述USBKEY音频加解密装置当前的设置状态，如果是强制加密状态，则发送协商密钥请求，等待进行协商密钥，然后判断密钥是否成功，如果成功则采集音频信号，对采集的音频信号加密，并封装成数字音频信号的格式输出给主机，如果不成功则结束本次操作；
如果是可选加密状态，则发送加密状态查询请求，然后采集音频信号，判断是否需要加密音频信号，如果不需要加密音频信号，则把音频信号输出给主机，如果需要加密音频信号，则发送协商密钥请求，等待进行协商密钥，并判断协商密钥是否成功，如果协商密钥不成功，则把音频信号输出给主机，如果协商密钥成功，则对采集的音频信号加密，并封装成数字音频信号的格式输出给主机；
如果是不加密状态，则采集音频信号，并把音频信号输出给主机；
USB KEY音频加解密装置根据数字音频信号数据的类型对收到数字音频信号进行解密处理的过程包括下列步骤：
USB KEY音频加解密装置从主机端收到数字音频信号之后，判断数字音频信号数据的类型，如果数字音频信号数据为加密数据，则进行解密处理，并输出解密结果；
如果数字音频信号数据为加密状态请求消息，则输出加密状态应答给主机；
如果数字音频信号数据为协商密钥请求消息，则输出商密钥应答给主机；如果数字音频信号数据为明文数据，则输出音频信号。
所述装置当前的设置方法具体为通过手动对所述USB KEY音频加解密装置设定的三种状态：强制加密状态、可选加密状态和不加密状态进行设置。
所述协商密钥的方法具体为：首先本方USB KEY音频加解密装置生成协商密钥请求消息，封装成数字音频信号的格式输出给主机，所述主机把生成的协商密钥请求信息传送到对方主机，再由对方主机发给本方的USB KEY音频加解密装置；对方主机的USB KEY音频加解密装置检查当前的加密状态，生成加密状态应答消息，封装成数字音频信号的格式输出给本方主机，本方主机把加密状态应答消息传回，进行协商密钥。
所述协商密钥的协议具体为挑战-响应协议。
所述协商密钥的方法还包括下列步骤：USB KEY音频加解密装置在协商密钥完成之后记录保存当前的协商结果状态值，
相应的，在所述USB KEY音频加解密装置根据数字音频信号数据的类型对收到数字音频信号进行解密处理的过程中，所述设备获取到音频信号后直接查询保存的协商结果状态值，如果协商结果是需要加密的，则对音频信号要进行加密，如果协商结果不需要加密，则不对音频信号进行加密。
对采集的音频信号加密所采用的加密算法具体为DES算法、3DES算法或AES算法。
本发明的有益效果是：本发明通过在发送方和接收方之间的USB KEY音频加解密装置内进行的协商，实现了USB KEY音频加解密装置内加解密密钥和算法的动态更改，因此，本发明克服了现有技术中USB KEY音频加解密装置内加解密密钥和算法是唯一、固定的缺陷，提高了音频通信，传输的安全性和可靠性；
另外，本发明的方法和装置实现了动态的更改加解密密钥和算法，因此也提高了加密后的音频数据的防破坏能力；
再者，本发明采用的是USB KEY安全信息设备做加解密设备，因此，也保证了音频数据的加密强度和不可能在计算机中或通信链路中被窃取。
附图说明
图1是本发明的发送方发送音频信号程序流程框图；
图2是本发明的接收方处理接收到音频信号程序流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
本发明的USB KEY音频装置与主机进行连接。
本发明提供的方案中，对现有USB KEY音频装置进行了改进，在装置上可以手动设定三种方式：强制加密、可选加密和不加密。在装置内提供了一个用于在协商中对数据进行加解密的密钥和算法、一个随机数生成算法和多种用于对音频信号进行加解密的算法。特别的，在协商中使用的算法可以是对称算法，也可以是非对称算法，就是说强度要高一些的，而对音频信号进行加解密的算法应该是对称算法，并且每种算法都有一个标识ID。
图1中，准备聊天的时候，主机首先打开USB KEY音频加解密装置，然后发送开始采集音频信号的指令。USB KEY音频加解密装置在收到开始采集音频信号的指令后，首先判断是否需要进行加密，如果不需要，则直接开始采集音频信号；如果是可选加密，则获取对方是否需要加密的状态，如果对方也需要加密，则开始对采集的音频信号进行加密，如果对方是不需要加密的，则直接采集音频信号；如果是强制加密，则获取对方是否需要加密的状态，如果对方也需要加密，则开始对采集的音频信号进行加密，如果对方是不需要加密的，则不采集音频信号或者继续请求加密处理。
图2中，USB KEY音频加解密装置接收到数据之后，首先对数据的头进行解密，根据解密之后的结果来判断怎么处理，可以分为四类来处理：接收到的数据是一个获取是否需要加密的请求、是一个对于请求的回应、加密数据、未加密数据。对于请求，则返回自己的状态，比如：不需要加密，需要加密(可选加密按需要加密处理)；对于请求的回应则保存回应中的加密状态；对于加密数据，则继续解密接下来的字段，获得解密音频信号数据的密钥和算法，从而对后面的音频信号进行解密；对于未加密数据则直接输出。
下面说明具体流程。我们把整个过程中的双方分为A(发起的一端)和B(响应的一端)，把用于对数据的头进行加解密的密钥和算法叫做安全密钥和算法，他应该是安全强度比较高的。把每个数据头中存放的用于对音频信号进行加解密的密钥和算法叫做当前密钥和算法。
当设备从主机端收到采集音频信号的指令之后
步骤101，判断USB KEY音频加解密装置当前的设置的状态，如果是强制加密1，到步骤102；如果可选加密2，到步骤107；如果是不加密3，到步骤115；
步骤102：USB KEY音频加解密装置生成协商密钥请求消息，封装成数字音频信号的格式输出给主机；
步骤103：USB KEY音频加解密装置等待进行密钥协商；
步骤104：USB KEY音频加解密装置判断协商密钥是否成功，如果是到步骤105，如果否到步骤117；
步骤105：USB KEY音频加解密装置采集音频信号；
步骤106：USB KEY音频加解密装置对音频信号加密，并封装成数字音频信号的格式输出给主机，结束；
步骤107：USB KEY音频加解密装置生成加密状态查询消息，封装成数字音频信号的格式输出给主机；
步骤108：USB KEY音频加解密装置采集音频信号；
步骤109：USB KEY音频加解密装置判断是否需要加密音频信号。如果接收到加密状态应答消息且内容为需要加密，到步骤110；如果否，则到步骤114；
步骤110：USB KEY音频加解密装置生成协商密钥请求消息，封装成数字音频信号的格式输出给主机；
步骤111：USB KEY音频加解密装置等待进行密钥协商；
步骤112：USB KEY音频加解密装置判断协商密钥是否成功，如果是，到步骤113，然后结束，如果否，则到步骤114，然后结束；
步骤113：USB KEY音频加解密装置对音频信号加密，并封装成数字音频信号的格式输出给主机，然后结束；
步骤115：USB KEY音频加解密装置采集音频信号；
步骤116：USB KEY音频加解密装置把音频信号输出给主机，然后结束。
当USB KEY音频加解密装置从主机端收到数字音频信号之后，
步骤201：USB KEY音频加解密装置判断数字音频信号的类型，如果是加密数据202，到步骤203，如果是加密状态请求消息205，到步骤206，如果是协商密钥请求消息207，到步骤208，如果是明文数据209，到步骤210；
步骤203：USB KEY音频加解密装置尝试解密；
步骤204：USB KEY音频加解密装置输出解密结果，然后结束；
步骤206：USB KEY音频加解密装置检查当前的加密状态，生成加密状态应答消息，封装成数字音频信号的格式输出给主机，然后结束；
步骤208：USB KEY音频加解密装置生成协商密钥应答消息，封装成数字音频信号的格式输出给主机，然后结束；
步骤210：USB KEY音频加解密装置输出音频信号，然后结束。
协商密钥的具体方法是：首先主机A的USB KEY音频加解密装置生成协商密钥请求消息，封装成数字音频信号的格式输出给A，A把它传送到主机B，由B发给自己的USB KEY音频加解密装置；B的USB KEY音频加解密装置检查当前的加密状态，生成加密状态应答消息，封装成数字音频信号的格式输出给B，B把加密状态应答消息传送到A，进行协商密钥。
协商密钥的协议具体为挑战-响应协议。
如果A的USB KEY音频加解密装置的当前状态是可选加密，则设备首先生成加密状态查询消息，封装成数字音频信号的格式输出给A。如果接收到来自B的加密状态应答消息且对方状态为加密，则开始进行协商密钥，否则直接采集音频信号并输出给主机。
如果A的USB KEY音频加解密装置的当前状态是不加密，则设备直接采集音频信号并输出给主机。
A还可以在协商密钥完成之后记录下当前的协商结果，在以后的处理过程中，获取到音频信号后直接查询该状态值，如果是需要加密的，则加密，不需要的，则不加密。
这里需要解释的就是，其实A和B只是整个协商过程中的双方，也就是说A和B是没有什么区别的，从另外的方向看，B也可以看做是A，甚至A可以就是B，这样就确保了A和B能协商成功。
特别的一种情况就是，如果A和B中只有一方是USB KEY音频加解密装置，假设是A，而B只是普通的音频装置，则他们的协商过程会是这样的：
B肯定是不会发起协商，不会请求加密状态，也不会响应请求。
根据A的状态，也有三种情况：
(1)A不需要加密，A也不主动获取B是否需要加密的状态，所以A和B进行不加密的音频传送；
(2)A是可选加密，A将主动获取B是否需要加密的状态，但是却得不到B的回应，所以最后A和B也将进行不加密的音频传送；
(3)A是强制加密，A将主动获取对方是否需要加密的状态，但是却得不到B的回应，所以A和B最终不能进行音频传送。
从上面三种情况看，普通的音频装置其实就相当于是一个不需要加密的USBKEY音频加解密装置，只是它的状态是固定的(不需要加密)，不能改变的。
加密算法具体可以为DES 3DES AES等。
加密状态查询消息的具体格式为：长度为128位，前面8位为‘00000001’，后面的120位都为‘1’；
加密状态应答消息的具体格式为：长度128位，前面8位为‘00000010’，后面的120位都为‘1’；
标识该音频数据是加密的音频数据的格式：长度128位，前面8位为‘00000011’，后面的120位都为‘1’；
协商密钥请求消息的具体格式为：长度为128位，前面8位为‘00000000’，接着是112位的随机数，最后8位为‘11111111’；
协商密钥应答消息的具体格式为：长度128位，前面8位为‘11111111’，接着112位是接收到的密钥协商请求中112位随机数的掩码，最后8位为加解密算法的标识ID；
112位掩码与112随机数共同产生一个密钥，具体方法为：一位一位判断，如果掩码中该位数据为‘1’，取出随机数中该位的值然后继续，否则继续取下一位进行判断，最后由所有取出来的值合并产生一个密钥。
Claims (6)
1、用于USB KEY音频加解密装置密钥协商的方法，其特征在于包括如下两个过程：USB KEY音频加解密装置根据设置状态对采集的音频信号进行加密处理的过程，和USB KEY音频加解密装置根据数字音频信号数据的类型对收到数字音频信号进行解密处理的过程，
USB KEY音频加解密装置根据设置状态对采集的音频信号进行加密处理的过程包括下列步骤：
USB KEY音频加解密装置从主机端采集音频信号的指令，判断所述USBKEY音频加解密装置当前的设置状态，如果是强制加密状态，则发送协商密钥请求，等待进行协商密钥，然后判断密钥是否成功，如果成功则采集音频信号，对采集的音频信号加密，并封装成数字音频信号的格式输出给主机，如果不成功则结束本次操作；
如果是可选加密状态，则发送加密状态查询请求，然后采集音频信号，判断是否需要加密音频信号，如果不需要加密音频信号，则把音频信号输出给主机，如果需要加密音频信号，则发送协商密钥请求，等待进行协商密钥，并判断协商密钥是否成功，如果协商密钥不成功，则把音频信号输出给主机，如果协商密钥成功，则对采集的音频信号加密，并封装成数字音频信号的格式输出给主机；
如果是不加密状态，则采集音频信号，并把音频信号输出给主机；
USB KEY音频加解密装置根据数字音频信号数据的类型对收到数字音频信号进行解密处理的过程包括下列步骤：
USB KEY音频加解密装置从主机端收到数字音频信号之后，判断数字音频信号数据的类型，如果数字音频信号数据为加密数据，则进行解密处理，并输出解密结果；
如果数字音频信号数据为加密状态请求消息，则输出加密状态应答给主机；
如果数字音频信号数据为协商密钥请求消息，则输出商密钥应答给主机；如果数字音频信号数据为明文数据，则输出音频信号。
2、根据权利要求1所述的用于USB KEY音频加解密装置密钥协商的方法，其特征在于所述装置当前的设置方法具体为通过手动对所述USB KEY音频加解密装置设定的三种状态：强制加密状态、可选加密状态和不加密状态进行设置。
3、根据权利要求1所述的用于USB KEY音频加解密装置密钥协商的方法，其特征在于所述协商密钥的方法具体为：首先本方USB KEY音频加解密装置生成协商密钥请求消息，封装成数字音频信号的格式输出给主机，所述主机把生成的协商密钥请求信息传送到对方主机，再由对方主机发给本方的USB KEY音频加解密装置；对方主机的USB KEY音频加解密装置检查当前的加密状态，生成加密状态应答消息，封装成数字音频信号的格式输出给本方主机，本方主机把加密状态应答消息传回，进行协商密钥。
4、根据权利要求1所述的用于USB KEY音频加解密装置密钥协商的方法，其特征在于所述协商密钥的协议具体为挑战-响应协议。
5、根据权利要求3所述的用于USB KEY音频加解密装置密钥协商的方法，其特征在于所述协商密钥的方法还包括下列步骤：USB KEY音频加解密装置在协商密钥完成之后记录保存当前的协商结果状态值，
相应的，在所述USB KEY音频加解密装置根据数字音频信号数据的类型对收到数字音频信号进行解密处理的过程中，所述设备获取到音频信号后直接查询保存的协商结果状态值，如果协商结果是需要加密的，则对音频信号要进行加密，如果协商结果不需要加密，则不对音频信号进行加密。
6、根据权利要求1所述的用于USB KEY音频加解密装置密钥协商的方法，其特征在于对采集的音频信号加密所采用的加密算法具体为DES算法、3DES算法或AES算法。
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