CN102104844A - 手机加密短信结构及应用该结构的手机加密短信收发方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种手机加密短信结构及应用该结构的手机加密短信收发方法。该手机加密短信收发方法，包含以下步骤：发送端使用者发送加密短信，具体步骤为：S11)编辑短信内容；S12)获取所述短信内容的摘要值；S13)利用发送端使用者的DSA加密私钥对所述摘要值进行签名；S14)利用接收端使用者的数字证书中的RSA加密公钥对签名以及所述短信内容进行加密；S15)发送加密短信，其中，所述加密短信结构为本发明的特有结构；所述接收端使用者接收并阅读所述加密短信，具体步骤为：S21)所述接收端使用者收到所述加密短信；S22)利用所述接收端使用者的RSA加密私钥对所述加密短信进行解密；S24)阅读所述加密短信内容。

Description

手机加密短信结构及应用该结构的手机加密短信收发方法

技术领域

本发明涉及一种手机加密短信结构及应用该结构的手机加密短信收发方法，特别是涉及一种可对用户收发的短信进行加密，解密与签名，使短信具有安全和不可抵赖的特性的手机加密短信结构及应用该结构的手机加密短信收发方法。

背景技术

随着科学技术的发展和人们生活水平的不断提高，手机已经逐渐成为人们生活的必需品，在手机应用普便发展的今天，短信也越来越走近人们的生活。它以其方便，快捷，准确地服务赢得了越来越多的客户，受到了企事业单位，个人以及所有手机用户的青睐。

随着手机业务的发展，手机短信的安全问题引起了人们的注意。安全是发展手机短信业务的前提条件。但是现有的手机短信安全策略并非无懈可击。在短信的发送过程中，手机到基站，基站到手机的过程短信是经过加密的密文传送，而在基站与基站之间的传输过程中，短信是完全明文传送的，这就给手机短信的安全性带来很大的威胁。而在日常生活中，经常会有人通过手机短信来传递银行帐号、密码、身份证号、充值卡号等信息，这些信息不仅仅是用户的绝对隐私信息，更直接关系到用户的经济利益。而且随着手机功能和计算能力的不断增强，基于手机出现了不少恶意截获短信的间谍软件与设备，短信的私密性和安全性也因此受到了前所未有的挑战。

为了解决上述问题，本发明人基于从事信息安全领域多年丰富的专业知识和实践经验，积极加以研究创新，以期创设一种新的手机安全短信系统，能够改进一般现有的安全解决方案，使其更具有安全性，不可抵赖性与实用性。经过不断的研究、设计，并经反复测试及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

由此可见，上述现有的用于手机的加密短信收发系统在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适当结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新的手机加密短信结构及应用该结构的手机加密短信收发方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界急需改进的目标。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的用于手机的加密短信收发系统存在的缺陷，而提供一种新的手机加密短信结构，所要解决的技术问题是使其在保证了短信安全性与有效性的前提下，充分利用了短信的空间，并且具有较强的扩展性，非常适于实用。

本发明的另一目的在于，提供一种新的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，所要解决的技术问题是使其兼具安全性、不可抵赖性并且充分利用了短信的空间及具有较强的扩展性，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种手机加密短信结构，该结构为：

字节偏移	字节大小	说明
			0	2	加密短信的固定标识
2	1	加密短信的版本
			3	1	短信内容的编码
4	2	发送短信用户的证书序列号
			6	2	接收短信用户的证书序列号
8	4	短信明文内容的总字节长度
			12	128n	使用RSA公钥独立加密的n个分组

其中，n是大于0的整数。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的手机加密短信结构，所述加密短信中n个分组的明文结构结构为：

字节偏移	字节大小	说明
			0	40	签名数据
40	120n-40	短信的明文数据

其中，每分组明文包括120字节数据，并在其后添加4字节的时间戳和4字节随机数据。

前述的手机加密短信结构，其中所述的短信内容的编码为二进制编码/未知编码、7-bit编码、8-bit编码、本地编码、UCS-2编码或UTF-8编码。

本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其包含以下步骤：发送端使用者发送加密短信，具体步骤为：S11)编辑短信内容；S12)获取所述短信内容的摘要值；S13)利用发送端使用者的DSA加密私钥对所述摘要值进行签名；S14)利用接收端使用者的数字证书中的RSA加密公钥对签名以及所述短信内容进行加密；S15)发送加密短信，其中，所述加密短信结构为前述的技术内容；所述接收端使用者接收并阅读所述加密短信，具体步骤为：S21)所述接收端使用者收到所述加密短信；S22)利用所述接收端使用者的RSA加密私钥对所述加密短信进行解密；S24)阅读所述加密短信内容。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，在步骤S22)与步骤S24)之间还包含一步骤：S23)利用所述发送端使用者的数字证书中的DSA加密公钥对所述签名进行解签名。

前述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其中所述的摘要值是对所述短信内容做散列运算而获得。

前述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，在步骤S14)中，如果没有所述接收端使用者的数字证书，则所述发送端使用者退出加密短信编辑，而向所述接收端使用者发送申请证书短信以获取数字证书。

前述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，在步骤S23)中，如果没有所述发送端使用者的数字证书，则所述接收端使用者退出加密短信阅读，而向所述发送端使用者发送申请证书短信以获取数字证书。

前述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其特征在于短信收发双方必须拥有对方的数字证书方。

借由上述技术方案，本发明用于手机的加密短信收发系统至少具有下列优点及有益效果：

1.对加密短信进行签名，不仅解决了短信的安全性，并且使得短信具有不可抵赖性；

2.由于每条短信传输的数据量有限，本发明根据加密算法要求自行设计了一套加密短信结构。该结构在保证了短信安全性与有效性的前提下，充分利用了短信的空间，并且具有较强的扩展性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的手机加密短信收发系统架构示意图。

图2是应用本发明的手机加密短信结构的手机加密短信收发方法的流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的手机加密短信结构及应用该结构的手机加密短信收发方法的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1所示，本发明的手机加密短信收发系统包含：短信处理模块，证书管理模块，加解密模块以及存储模块。其中，存储模块包括密钥存储模块，以及短信存储模块两部分，密钥存储模块包括公钥环和私钥环；短信存储模块包含加密短信收件箱，事务短信收件箱以及加密短信草稿箱。

结合图2所示，使用本发明的手机加密短信收发系统的加密短信收发方法具体如下。

使用者需要在手机上装载本发明的手机加密短信收发系统(接收方也是如此)，且使用者第一次登录该手机加密短信收发系统时，系统会利用证书管理模块产生密钥对和公钥数字证书。其中密钥对分为根据RSA加密算法产生的短信加/解密RSA公钥，私钥对；根据DSA加密算法产生的签名DSA公钥、私钥对。

获得了RSA和DSA两套公钥、私钥对之后，则将其存储于密钥存储模块。密钥存储模块为使用者预留一个称为密钥环的本地缓存，密钥存储模块中包含有至少两个密钥环：至少一公钥环和一私钥环。其中，公钥环用来存储本机系统生成的RSA公钥和DSA公钥，以及从其他使用者发送的公钥数字证书中提取的RSA公钥和DSA公钥，私钥环用于存储本机系统生成的RSA私钥和DSA私钥。更进一步的，为确保私钥的安全，系统利用登录密码产生的哈希值来加密私钥，并保存到私钥环中。登录密码的设置与实现方法可按照现有技术来实施，在此不再赘述。其中，公钥环的存储结构如表1所示。

表1

字节偏移	字节大小	说明
			0	4	公钥生成年月日(如2008.1.1，表示为20080101，小端)
4	4	公钥停用年月日(如2010.12.31，表示为20101231，小端)
			8	128	RSA公钥(RSA_PUBKEY)，二进制格式
136	208	DSA公钥(DSA_PUBKEY)，二进制格式
			344	14	用户ID
358	64	密钥ID
			422	4	使用次数

其中，用户ID可以是该使用者的手机号码，如：+8613012345678；而)密钥ID则为该使用者RSA公密钥的低64位。

私钥环的存储结构如表2所示。

表2

时间戳	加密后的私有密钥
		Ti	Eh(Pi)(KRi)

其中，时间戳为该密钥对的生成时间，时间戳只占用4个字节(32位)，精确到分钟，整个32位数值从高位到低位被年、月、日、时、分各占12、4、5、5、6位)；Eh表示加密过程，Pi为私钥，KRi为登陆密码，对该密码取哈希值，用生成的哈希值加密私钥以保证私钥的安全(标准加密算法的实现，这里不再赘述)。

标准数字证书的结构中，公钥数字证书包括使用者的RSA公钥和DSA公钥、所属用户ID标识、公钥的序列号、公钥的有效期、颁发证书机构所用的公钥序列号等信息。而为了适应手机平台的密钥交换，本发明采用了自行设计的公钥数字证书结构，具体说明如表3所示，表3是本发明的公钥数字证书结构。

表3结构

字节偏移	字节大小	说明
			0	2	加密短信系统标识(例如：′EM′，0x00)
2	1	加密短信系统版本(当前版本固定为0x01)
			3	1	加密短信系统信息类型(例如：证书发布为0x01)
4	1	证书标志(字母′C′，即0x43，表示证书)
			5	1	证书版本(当前版本固定为0x01)
6	4	证书启用年月日(如2008.9.15，表示为20080915，小端)
			10	4	证书停用年月日(如2010.12.1，表示为20101201，小端)
14	128	RSA公钥(RSA_PUBKEY)，二进制格式
			142	208	DSA公钥(DSA_PUBKEY)，二进制格式
350	32	证书所有者的信息
			382	18	保留未用(应全置0)

从表1中可以看出，本系统一个证书的总长度只有400字节。如果用一条长短信收发，只需要3条短信分组(长短信中每个短信分组都只能携带134字节的信息)。由于证书是对外公开发布的，不包含需要保密的信息，所以发布证书的短信以明文传送(无需加密)。

使用者欲发送短信时，首先选择接收对象并编辑短信内容(如步骤S11)，之后选择发送模式。本发明的手机加密短信收发系统提供发送普通短信以及发送加密短信两种短信发送模式。如果使用者选择发送普通短信，则与一般手机发送短信的过程无异，在此不再赘述。

如果使用者选择发送加密短信，则系统使用加解密模块的加密部分对短信内容进行加密。首先，加解密模块调用密钥存储模块中的私钥环中的签名DSA私钥对短信明文进行数字签名；之后，加解密模块再调用密钥存储模块的公钥环中的接收对象的RSA公钥对数字签名连同明文做加密。

其中，数字签名的过程为：首先对发送端的使用者所编辑的短信内容做散列运算得到摘要值(如步骤S12)，再对摘要值调用使用者的签名DSA私钥进行签名(如步骤S13)，并把签名数据附在短信内容前面。

而加解密模块调用密钥存储模块的公钥环中的接收方的RSA公钥进行加密过程如下：首先加解密模块根据接收对象的用户ID(例如，接收者的电话号码)在证书管理模块中查找其对应的公钥数字证书，如果有接收对象的公钥数字证书，则根据证书的相关内容到密钥存储模块的公钥环中查找相对应的RSA公钥对数字签名连同明文做加密(如步骤S14)；如果没有查找到接收对象的公钥数字证书或者接收对象的公钥数字证书已经过期，则系统退出加密短信编辑并将编辑好的短信自动存储到系统的短信存储模块的的草稿箱中，并给出相应的提示信息“对方证书不存在，是否请求对方证书？”或“证书失效，是否重新请求”。若发送端使用者选择“是”，则系统按照使用者提供的接收对象的用户ID(例如，接收者的电话号码)调用证书请求模块，向接收对象发送申请证书的明文短信。申请证书的短信结构是系统定义好的，接收对象会在其手机的系统的事务短信收件箱接收到该证书申请短信，接收对象可调用系统的证书管理模块将其公钥数字证书发送给发送端的使用者。发送端的使用者收到公钥数字证书后解析各个字段内容，并将其存储在本机的密钥存储模块中。然后发送端使用者可重新选择自动存储到系统所设计草稿箱中的短信以进行相对应的RSA公钥对数字签名连同明文做加密并发送加密短信。也就是说，只有获得公钥数字证书后，发送端的使用者才可以向接收对象发送加密短信。若要实现双向加密互通，则需要使用者和接收对象双方互相发送公钥数字证书并各自在本机的证书管理模块以及密钥存储模块的公钥环中保存对方公钥数字证书以及公钥对。若在提示信息“对方证书不存在，是否请求对方证书？”或“证书失效，是否重新请求”时发送端使用者选择“否”，则只将短信暂存于系统设计的草稿箱中而不向对方请求证书。

一个加密分组的长度固定为1024位，即128字节，正好可以放入一条短信之中(一条短信的最大长度为140字节)，而短信体剩余的12字节可以加入标志和有关加密的描述信息，如内容编码、所用证书序列号(即表4中的发送短信用户的证书序列号和接收短信用户的证书序列号)等。如果待加密的明文信息不足以放入一个加密分组内，可以连续加密多个分组，利用长短信发出。因为长短信的每个短信分组都占用6个字节短信体作为扩展短信头，所以2个短信分组只能携带134×2＝268字节；而两个加密分组的加密短信长度正好是12+128×2＝268字节。以此类推，3个加密分组的加密短信可以放入3个分组的长短信中......。其中多个加密分组中的明文连接起来才是一个整体，所以签名数据可以只使用一个，这样能更有效地利用短信空间。

加密短信的总体结构如表4所示。

表4

字节偏移

字节大小

说明

0	2	加密短信的固定标识。(如果用于加密短信则使用“EM”，表示“Encrypted shor t-Message”)
			2	1	加密短信的版本。(当前版本为0x00)
3	1	短信内容的编码。(0表示二进制编码或未知编码；1表示7-bit编码；2表示8-bit编码；3表示本地编码(GBK)；4表示UCS-2编码；5表示UTF-8编码)
			4	2	发送短信用户的证书序列号。(二进制小端整数，0表示不含DSA签名)
6	2	接收短信用户的证书序列号。(二进制小端整数，0表示不使用RSA加密)
			8	4	短信明文内容的总字节长度。(二进制小端整数)
12	128n	使用RSA公钥独立加密的n个分组。(n是大于0的整数，长度即128字节倍数)

如果短信明文的内容无法在一条短信中包含，则加密短信中若干分组的明文结构如表5所示(含RSA加密和DSA签名的情况)。

表5

字节偏移	字节大小	说明
			0	40	签名数据。(参数对：{r，s}，各20字节，二进制小端)
40	120n-40	短信的明文数据。(随机数据填充满120字节的n倍，n是大于0的整数)

每分组明文包括120字节数据，并在每120字节的后面添加4字节的时间戳和4字节随机数据，其中随机数据最后1字节的高2位置0，以保证比公钥的N值小，其中，N为公钥加密算法RSA中所要求的大小相近的两个素数的乘积。然后每分组用RSA公钥独立加密每128字节的数据。总长度为1、2、3个分组分别最多可容纳88、208、328字节明文信息，即44、104、164个汉字(UCS-2)的容量。其中需要验证签名的数据是以下2部分内容合并后的摘要：前一部分是12字节的加密短信头，后一部分是短信的明文数据(不含填充的随机数据)。

接收对象接收到短信后，系统会利用监听模块(图未示)来自动判别所接收的短信是否为加密短信。如果为加密短信，则该短信被存储于短信存储模块的加密短信收件箱中而不会进入手机的收件箱中(如步骤S21)。接收对象欲阅读加密短信时，首先调用自己的RSA加密私钥进行解密(如步骤S22)，找出解密后内容中的签名数据，然后对签名数据调用发送方的使用者DSA签名公钥进行解签名(如步骤S23)，以验证短信的来源是否正确，之后就可以阅读短信内容(如步骤S24)。如果接收端使用者没有发送端使用者的数字证书，则退出短信阅读并提示接收端使用者“发送该短信的用户证书不存在，是否请求？”。如果接收端使用者选择“是”，则向发送端使用者发送申请证书短信以获取数字证书。如果接收端使用者选择“否”则退出短信阅读。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种手机加密短信结构，其特征在于该结构为：

  字节偏移   字节大小   说明   0   2   加密短信的固定标识   2   1   加密短信的版本   3   1   短信内容的编码   4   2   发送短信用户的证书序列号   6   2   接收短信用户的证书序列号   8   4   短信明文内容的总字节长度   12   128n   使用RSA公钥独立加密的n个分组

其中，n是大于0的整数，短信内容需要n条短信发送。

2.根据权利要求1所述的手机加密短信结构，其特征在于所述加密短信中n个分组的明文结构结构为：

  字节偏移   字节大小   说明   0   40   签名数据   40   120n-40   短信的明文数据

其中，每分组明文包括120字节数据，并在其后添加4字节的时间戳和4字节随机数据。

3.根据权利要求1所述的手机加密短信结构，其特征在于其中所述的短信内容的编码为二进制编码/未知编码、未知编码、7-bit编码、8-bit编码、本地编码、UCS-2编码或UTF-8编码。

4.一种应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其特征在于其包含以下步骤：

发送端使用者发送加密短信，具体步骤为：

S11)编辑短信内容；

S12)获取所述短信内容的摘要值；

S13)利用发送端使用者的DSA加密私钥对所述摘要值进行签名；

S14)利用接收端使用者的数字证书中的RSA加密公钥对签名以及所述短信内容进行加密；

S15)发送加密短信，其中，所述加密短信结构如权利要求1或2所述；

所述接收端使用者接收并阅读所述加密短信，具体步骤为：

S21)所述接收端使用者收到所述加密短信；

S22)利用所述接收端使用者的RSA加密私钥对所述加密短信进行解密；

S24)阅读所述加密短信内容。

5.根据权利要求4所述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其特征在于，在步骤S22)与步骤S24)之间还包含一步骤：

S23)利用所述发送端使用者的数字证书中的DSA加密公钥对所述签名进行解签名。

6.根据权利要求4所述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其特征在于其中所述的摘要值是对所述短信内容做散列运算而获得。

7.根据权利要求5所述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其特征在于其中所述的摘要值是对所述短信内容做散列运算而获得。

8.根据权利要求4所述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其特征在于在步骤S14)中，如果没有所述接收端使用者的数字证书，则所述发送端使用者退出加密短信编辑，而向所述接收端使用者发送申请证书短信以获取数字证书。

9.根据权利要求5所述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其特征在于在步骤S23)中，如果没有所述发送端使用者的数字证书，则所述接收端使用者退出加密短信阅读，而向所述发送端使用者发送申请证书短信以获取数字证书。

10.根据权利要求4所述的应用手机加密短信结构的手机加密短信收发方法，其特征在于短信收发双方必须拥有对方的数字证书。

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