CN101686127A - 一种新型的USBKey安全调用方法和USBKey装置 - Google Patents

Abstract

当前的USBKey都是被动提供安全服务，缺乏对调用的访问控制机制，并且依赖外部环境的安全性，如所接设备或网络中存在病毒、木马以及黑客攻击时，其调用就可能完全失控。本发明提供了一种以数字证书技术为基础，不依赖于外部环境安全的USBKey安全调用方法和一种新型的USBKey装置，在调用USBKey安全服务时，调用者与USBKey之间通过彼此证书进行加密密钥协商，建立一条只存在于它们之间的端到端加密安全通道；USBKey的安全服务调用和敏感信息传递都在这条安全通道中实现；在建立和使用加密安全通道过程中，实现双方身份认证和权限控制，并屏蔽所有中间环节。该方法可广泛用于解决诸如私服、帐号盗用、钓鱼、交易欺诈等安全问题。

Description

一种新型的USBKey安全调用方法和USBKey装置

【所属技术领域】

本发明提供了一种新型的USBkey安全调用方法和一种新型的USBkey装置，以数字证书技术为基础，不依赖于所接设备实现USBkey的安全调用方法，并提供支持该方法的新型USBkey装置。

【技术背景】

USBkey作为一种安全外设，只是其本身安全是不够的，必须同时保证对其调用也是安全的，USBkey才能真正成为一种安全外设。

USBkey面世后，极大地丰富和提升了各类电子应用的安全解决方案，但是一直以来，USBkey在系统整体结构中是一个被调用者的角色，外部应用通过标准的中间件接口对其进行调用，USBkey自身对调用者无法实现有效的强身份验证和访问控制；对USBkey与调用者之间传输的敏感数据也缺乏有效的加密和防篡改机制。因此在USBkey的实际应用中，如何保证USBkey安全调用就成为整个USBkey应用安全体系中的重要环节，尤其是基于电脑和互联网这种开放环境的安全应用，如果USBkey本身安全调用机制不具备或者不完善，那么其自身的所有安全设计就失去意义。

本发明以PKI公钥密码技术为基础，结合对称密码技术，在USBkey内部，从密码层面实现调用者身份验证和访问权限控制，并且利用密钥协商技术，在每次调用产生动态协商密钥，通过该密钥实现USBkey和调用者之间传输数据和指令的私密性和防篡改。并且整个过程中，USBkey内嵌操作系统装置独立完成对调用者的身份验证、访问控制和密钥协商，USBkey所接设备只是透明传输调用者与USBkey之间的请求应答，不参与其间的身份验证、权限控制和密钥协商。

通过本发明，从根本上解决了互联网上存在的身份仿冒、数据泄密和篡改等安全问题，而且可以屏蔽或防范各种木马、病毒、非法代理等各种不安全因素，可以广泛应用于解决各类互联网应用的安全问题，比如网络游戏的私服问题、各类业务帐号盗用问题、钓鱼网站、交易欺诈问题等。

【发明目的】

本发明的目的在于采用密码技术实现对USBkey的安全调用，用于解决各类互联网应用的安全问题，比如网络游戏的私服问题、帐号盗用问题、钓鱼网站、交易欺诈问题等，并通过提供一种新型的USBkey装置支持这种方法。

【发明内容】

包括一种新型的USBkey安全调用方法和一种新型的USBkey装置两个方面的内容。

一、一种新型的USBkey安全调用方法。

是指以数字证书技术为基础，不依赖于所附接的设备实现USBkey安全调用的方法。在调用USBkey安全服务的时候，在调用者与USBkey之间通过彼此证书进行加密密钥协商，建立一条只存在它们之间的端到端加密安全通道，屏蔽所有中间环节；在建立安全通道的过程中，实现双方的身份认证和权限控制；USBkey的安全服务调用和敏感信息传递都在这条安全通道中实现；并且由于安全通道及其建立过程均屏蔽了所有的中间环节，包括用户电脑、网络以及环境中的其他设备，从根本上实现USBkey的安全受控访问。这里的调用者可以是USBkey所接设备本地的应用程序，也可以是远程服务器系统。

该方法可广泛用于解决诸如私服、帐号盗用、钓鱼、交易欺诈等安全问题。

二、一种新型的USBkey装置

新型的USBkey装置在普通USBkey的基础上实现了其安全调用所要求的新增功能，支持上述安全调用方法的实施，包括：在USBkey内部实现对调用者证书有效性验证；并在内部对调用者的访问权限实现分级控制；在此基础上通过与调用者进行密钥协商，从而直接在USBkey与调用者之间建立一条只属于它们的端到端加密安全通道，并实现对调用者的强身份认证和权限控制；USBkey的安全服务调用和敏感信息传递都在这条经过身份验证和权限控制后的安全通道中实现。具体内容如下：

1.在USBkey和调用者验证彼此的证书有效性和对应权限后，都各自产生一个密钥参数，并将本地产生的密钥参数通过对方证书公钥加密后传递给对方，并用自己的私钥解开对方传递的密钥参数密文后，与本地产生的密钥参数组合成一个协商密钥，用户端的加密、解密过程都是在USBkey内部完成，保证密钥协商过程直接发生在USBkey和调用者之间，屏蔽其所处外部环境，并且密钥协商的过程中双方必须提供正确的证书私钥才能解开对方提供的随机数，从而确保协商密钥只能为合法的USBkey和调用者双方所有，也保障密钥协商过程和随后的USBkey接口调用者都在合法的双方之间进行，从而通过彼此证书在实现密钥协商的同时也实现双向认证。

2.在USBkey内部独立验证调用者证书有效性，包括验证证书颁发机构根证书签名的有效性、验证证书时效性、验证证书黑名单，在USBkey内预置颁发机构根证书，从而验证证书颁发机构根证书签名的有效性；通过第三方授权的系统、按照特定安全接口下载时间戳到USBkey，并在本地管理，实现证书时效性验证。第三方系统可以是具有时间戳服务的任何机构，包括CA中心、或者其他服务机构；在USBkey内保存调用者证书的黑名单，并接受特定授权机构或者个人按照特定安全接口进行更新维护；

3.对USBkey内部对象实现分级管理，并分别进行访问控制，控制不同的调用者只能针对其有权限的对象进行有权限的调用，即使对有权限的对象，调用者也不能进行无限制的访问，比如对A对象只有读权限的调用者不能对其进行写调用。

4.USBkey本地保存内部对象的访问策略，并据此实现分级访问控制，访问策略受特定授权机构或者用户按照特定的将安全接口进行管理与维护。

5.为了兼容普通USBkey的功能，新型的USBkey支持强安全模式和普通模式之间的转换，转换操作本身需要进行严格的安全控制，只能由特定的授权机构或者个人按照特定安全接口进行调用。本方法和装置可以扩展到其他密码安全芯片设备，包括各类IC卡、手机卡、支付卡等、或者其他智能设备的安全芯片模块，只要具备密码安全芯片，就可以适用本方法实现对USBkey的安全调用。

【有益效果】

本发明的目的在于提供一种新型的USBkey安全调用方法和一种新型的USBkey装置，从而促进USBkey广泛用于解决互联网上存在的身份仿冒、数据泄密和篡改等安全问题。

【附图说明】

附图1说明调用者和USBkey之间建立加密安全通道的过程。

附图2说明调用者和USBkey之间使用加密安全通道实现调用的过程。

本节以及下节的过程说明只是为了示意本发明的原理，不代表本发明的唯一实现流程，只要符合本发明的精神，均视为在本发明所要求的权利描述范围之内。

【实现过程】

USBkey安全调用分为两大步，第一步是调用者和USBkey之间建立加密安全通道的过程；第二步则是调用者和USBkey之间使用加密安全通道实现调用的过程。下面分别描述其具体流程：

第一步、调用者和USBkey之间加密通道建立的过程：

1、调用者向USBkey附接设备发起调用请求，并提交调用者数字证书；

2、USBkey附接设备将请求转发给USBkey；

3、USBkey校验调用者证书的有效性，包括校验调用者证书的根签名、时效性和是否在黑名单；校验通过后，检验其访问权限；检验通过后，USBkey装置产生一个随机密钥参数key1，并通过调用者证书的公钥对key1加密；

4、将加密的key1和USBkey内置证书一起作为请求响应通过USBkey附接设备返回给调用者；

5、USBkey附接设备转发USBkey响应的同时，向调用者发起随机密钥参数请求；

6、调用者验证USBkey内置证书的合法性，并对返回的key1解密；随后调用者端产生一个随机密钥参数key2，并用USBkey内置证书的公钥对key2加密，同时将key1和key2组合得到完整的加密密钥key；

7、调用者通过USBkey附接设备将加密的key2返回给USBkey；

8、USBkey附接设备将加密的key2转发给USBkey；

9、USBkey对加密的key2解密，将key1key2组合得到完整的加密密钥key；

至此，完成密钥协商过程，同时双方也验证了彼此的身份，并且在随后的接口调用中双方一致保持彼此的身份验证，仿冒者不可能得到完整的加密密钥key，也就不可能进行仿冒调用。

第二步、调用者和USBkey之间使用加密安全通道实现调用的过程：

1、调用者将调用命令和调用参数用key进行加密处理；

2、调用者通过USBkey附接设备发起安全接口调用请求；

3、USBkey附接设备将请求转发给USBkey；

4、USBkey用本地同样的key解密后执行对应的调用；并将调用结果用key进行加密处理

5、将加密的调用结果作为请求响应通过其附接设备返回给调用者；

6、附接设备将请求响应转发给调用者

7、调用者解密得到调用结果；

本发明这样便实现了只存在于USBkey和调用者之间的、基于数字证书的双向认证和加密通道。从根本上解决了互联网上存在的身份仿冒、数据泄密和篡改等安全问题，而且可以屏蔽或防范各种木马、病毒、非法代理等各种不安全因素，可以广泛应用于各类互联网应用，比如网络游戏的私服问题、各类业务帐号盗用问题、钓鱼网站、交易欺诈问题等。

Claims (12)

1.一种新型的USBkey安全调用方法。其特征在于：以数字证书技术为基础，不依赖于外部环境安全，实现USBkey安全调用，在调用USBkey安全服务时，首先在调用者与USBkey之间通过彼此证书进行加密密钥协商，建立一条只存在它们之间的端到端加密安全通道；USBkey的安全服务调用和敏感信息传递都在这条安全通道中实现；在建立和使用加密安全通道过程中，实现双方身份认证和权限控制，并屏蔽所有外部环节；调用者可以是USBkey所接设备本地的应用程序，也可以是远程服务器系统。

2.如权利1所述，其特征在于：在USBkey和调用者验证彼此的证书有效性和对应权限后，都各自产生一个密钥参数，并将本地产生的密钥参数通过对方证书公钥加密后传递给对方，并用自己的私钥解开对方传递的密钥参数密文后，与本地产生的密钥参数组合成一个协商密钥，用户端的加密、解密过程都是在USBkey内部完成，保证密钥协商过程直接发生在USBkey和调用者之间，屏蔽其所处外部环境，并且密钥协商的过程中双方必须提供正确的证书私钥才能解开对方提供的随机数，从而确保协商密钥只能为合法的USBkey和调用者双方所有，也保障密钥协商过程和随后的USBkey接口调用者都合法的双方之间进行，从而通过彼此证书在实现密钥协商的同时也实现双向认证。

3.一种新型的USBkey装置，其特征在于：新型的USBkey装置在普通USBkey功能的基础上，实现了权利要求1所述方法要求的逻辑功能和接口，包括：在USBkey内部实现对调用者证书有效性验证；并在内部对调用者的访问权限实现分级控制；在此基础上通过与调用者进行密钥协商，从而直接在USBkey与调用者之间建立一条只属于它们的端到端加密安全通道，并实现对调用者的强身份认证和权限控制；USBkey的安全服务调用和敏感信息传递都在这条经过身份验证和权限控制后的安全通道中实现。

4.一种在USBkey内部独立验证证书有效性的方法，其特征在于：不依赖与外部设备，比如所附接的电脑，独立在USBkey内部实现验证证书颁发机构根证书签名的有效性、验证证书时效性、验证证书黑名单。

5.一种在USBkey内部独立验证证书根签名有效性的方法，其特征在于：在USBkey内预置颁发机构根证书，从而验证证书颁发机构根证书签名的有效性。

6.一种在USBkey内部独立验证证书时效性的方法，其特征在于：通过第三方授权的系统、按照特定安全接口下载时间戳到USBkey，并在本地管理，籍此实现证书时效性验证，，第三方系统可以是具有时间戳服务的任何机构，包括CA中心、或者其他服务机构。

7.一种在USBkey内部独立验证证书是否在黑名单的方法，其特征在于：在USBkey内保存调用者证书黑名单，并接受特定授权机构或者个人按照特定安全接口进行更新维护，籍此实现证书是否在黑名单的验证。

8.一种对USBkey内部对象实现分级管理，并分别进行访问控制的方法，其特征在于：控制不同的调用者只能针对其有权限的对象进行有权限的调用，即使对有权限的对象，调用者也不能进行无限制的访问，USBkey本地保存内部对象的访问控制策略，并据此实现分级访问控制，访问策略受特定授权机构或者用户按照特定的安全接口进行管理与维护。

9.一种兼容普通USBkey功能的方法，其特征在于：为了兼容普通USBkey的功能，新型的USBkey支持强安全模式和普通模式之间的转换，转换操作本身需要进行严格的安全控制，只能由特定的授权机构或者个人按照特定安全接口进行调用。

10.一种包含权利1所述方法的扩展方法，其特征在于：权利1所述方法可以扩展到除USBKey外的其他密码安全芯片设备，也就是权利1所述的方法不仅是针对USBkey，也包括各类IC卡、手机卡、支付卡等、或者其他智能设备的安全芯片模块。

11.一种包含权利3所述装置的扩展装置，其特征在于：其他密码安全芯片设备也可以通过增加权利3所述的功能而形成对应的新型密码安全芯片装置，也就是权利3所述的装置不仅是针对USBkey，也包括各类IC卡、手机卡、支付卡等、或者其他智能设备的安全芯片模块。

12.如权利要求1和3所述方法，其特征在于：数字证书是指各种公钥数字证书，无论由何种机构签发。

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