CN102684873B - 一种信息加密的无线灯联网系统及其加密通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线灯联网系统以及无线灯联网系统加密通讯方法。解决了无线灯联网系统的无线传输信息容易被窃取的问题。系统包括传感器节点、灯联网关、手持终端和灯具节点，本发明采用带解密功能的可检索密文的加密技术来对信息进行加密，加密后的灯联网中数据在无需对其进行解密的条件下就能检索到相关数据，实现了灯联网数据高效安全的隐私保护。

Description

一种信息加密的无线灯联网系统及其加密通讯方法

技术领域

本发明涉及一种通讯技术领域，尤其是涉及一种具有高效安全的隐私保护的信息加密的无线灯联网系统以及无线灯联网系统加密通讯方法。

背景技术

在移动互联网时代，随着用户越来越多，移动互联网的安全性能越来越引起人们的重视。在移动互联网的应用里，其中很多是要注意安全保密的，如灯联网系统，由于无线灯联网在很多场合都需要无线传输，这种暴露在公开场所之中的信号很容易被窃取，也很容易被干扰，这将直接影响到灯联网体系的安全。传统的智能灯光系统的一些核心数据的隐私性并没有得到很好的考虑，而智能灯光系统又通常兼容光感、人体感应等一些传感器，这样入侵者很容易根据这些状态信息得出人员的活动信息。

如公布号为CN101977460A，名称为基于物联网的LED室内灯监控管理系统的中国发明专利申请，该系统在管理照明的集中控制器中设置RFID系统、存储单元、显示器和RF模块，通过无线讯号与由温度传感器、亮度传感器、LED恒流源、LED灯、RF模块、无线接收器和天线组成的无线传感器节点通讯，全程采集LED室内灯的工作状态，并把采集到的数据进行保存和智能分析处理，通过网络发送给维护人员，制定供维护人员通过RFID卡认证随时查询，维护人员通过按约定的协议与互联网相连接，进行信息交换和通讯，在出现故障时及时维护或通过远程控制LED室内灯的打开、关闭和亮度调节控制。但是该系统在信息传输过程中都没有对数据进行隐私保护，这就使得信息在无线发送中很容易被窃取，影响到灯联网体系的安全。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中无线灯联网系统的无线传输信息容易被窃取的问题，提供了一种具有高效隐私保护的信息加密的无线灯联网系统以及无线灯联网系统加密通讯方法。

本发明还解决了目前无线灯联网无线联网方式单一，不能支持多种协议的互相转化的问题，提供了一种能够同时支持多种协议转换的无线灯联网系统。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种无线灯联网系统，包括传感器节点、灯联网关、手持终端和灯具节点，

传感器节点：传感器节点通过无线网络与灯联网关相连，传感器节点包括传感器、微处理器和加密单元，传感器与微处理器相连，微处理器具有若干预先设定好的对应几种紧急情况的关键词，微处理器对传感器的信息进行分类处理，微处理器根据分类结果将信息直接发送给加密单元或将信息与对应的关键词进行关联后发送给加密单元，所述加密单元具有由手持终端生成的公钥，加密单元通过公钥对微处理器传输来的数据进行加密；传感器节点全程采集灯具工作状态和室内状态。这里的分类是将信息分成紧急信息或普通信息，紧急信息如用户离家后灯未关、烟雾报警或有人闯入等，这些都是微处理器根据传感器信息进行判断得出，而关键词为这几种紧急情况的字，如“灯未关”、“烟雾报警”、“有人闯入”等。微处理器根据传感器的信息进行判断，若判断为紧急情况，则将紧急情况对应的关键词与信息进行关联，然后发送给加密单元，若为一般情况，则将信息直接发送给加密单元。加密单元通过公钥对信息进行加密，该加密密文只能由具有私钥的手持终端可以解开。这里加密单元采用带解密功能的可检索密文的加密技术对信息进行加密。

手持终端：手持终端通过无线网络与灯联网关相连，手持终端包括陷门生成单元、解密单元，手持终端生成有由公钥和密钥组成的密钥对，还具有预先设定好的与传感器节点微处理器一样的关键词，陷门生成单元根据私钥和关键词生成陷门，并将陷门发送给灯联网关，解密单元根据私钥对由公钥加密的密文进行解密，并将解密后获得的关键词发送给手持终端；手持终端预先生成密钥对，将公钥发送给传感器节点，由传感器节点加密单元加密的密文只能由手持终端才能解密。手持终端将每一个关键词与私钥结合计算出陷门，然后将这些陷门发送给灯联网关，存储在灯联网关内。

灯联网关：灯联网关包括有测试单元，测试单元根据陷门对由传感器节点加密单元加密的密文是否含有关键词进行测试，并将含有关键词的密文发送给手持终端，将未含有关键词的密文进行存储；灯联网关使用陷门对密文进行测试是否含有关键词，含有关键词的为紧急信息，则在第一时间传给用户，而未含有关键词的密文为普通信息，只需存储在灯联网关的存储单元内。在这过程中，灯联网关无需对加密的密文进行解密就能检索到关键词，而陷门和测试过程都没有泄露关键词内容，外部攻击者甚至灯联网关都无法得知关键词的内容，实现了数据高效安全的隐私保护，使得攻击者无法根据这些信息得知人员活动信息。

灯具节点：灯具节点通过无线网络与灯联网关相连，灯具节点包括开关面板和执行单元，开关面板与执行单元相连。灯具节点通过灯联网关接收手持终端传送的信息，开关面板能够检测灯具当前状态，执行单元可以对灯具的开关、亮度进行调节。

作为一种优选方案，所述传感器包括有光照度传感器、温度传感器、人体红外线传感器和烟雾报警传感器。光照度传感器对光照亮度进行检测，微处理器根据数据判断是否光照过亮或过暗。同时判断在离家模式下，红外线传感器检测是否有人，如果有人就报警，如没有人，微处理器根据数据判断在无人情况下灯光是否开着。

作为一种优选方案，在传感器节点、灯联网关、手持终端、灯具节点的输入输出端上设置有二级加解密单元和无线通信单元，所述二级加密单元连接在无线通信单元上。无线通信单元对信息进行接收和发生。传感器节点上的二级加解密单元与加密单元相连，灯联网关上的二级加解密单元与测试单元相连，手持终端上的二级加解密单元与陷门单元生成单元、手持终端、解密单元相连。传感器节点、灯联网关、手持终端、灯具节点在输出信息时通过二级加解密单元进行加密，并通过无线通信单元将信息发出，在收到信息时先由无线通信单元接收，然后由二级加解密单元进行解密，二级加解密单元的加解密算法为常用的加解密算法，可以为对称加密算法或非对称加密算法或AES算法，对灯联网关与传感器节点、灯具节点、手持终端之间传输的信息进行加解密。该二级加解密单元将由加密单元加密过的信息进行再次加密，实现了传感器节点、手持终端与灯联网关之间信息双重加密效果，使得信息更加安全。

作为一种优选方案，所述灯联网关还包括有协议转换单元，所述协议转换单元连接在无线通信单元与二级加解密单元之间。传感器节点、手持终端、灯具节点的二级加解密但与分别通过无线网络与灯联网关的协议转换单元相连。目前不能支持多种无线协议的转换，如WIFI、蓝牙、WSN、3G等，而通过协议转换单元实现了各种协议的转换。另外同时也实现了多种控制方式，如手持终端、远程网络访问、触摸屏、手机访问等。

一种无线灯联网系统加密通讯方法，包括以下步骤：

手持终端预先生成包括公钥和私钥的密钥对，手持终端将公钥发送给传感器节点，同时陷门生成单元根据私钥和关键词生成陷门，并将陷门发送给灯联网关；

传感器节点的处理器根据传感器传送来的信息进行分类，若判断为紧急信息，则处理器将信息与该紧急信息对应的关键词相关联，加密单元将关联后的信息通过公钥进行加密生成一级密文，一级密文再经过二级加解密单元加密生成二级密文，二级加解密单元将二级密文发送给灯联网关；若判断为普通信息，由加密单元将信息通过公钥进行加密生成一级密文，一级密文再经过二级加解密单元加密生成二级密文，二级加解密单元将二级密文发送给灯联网关；

灯联网关通过二级加解密单元对二级密文进行解密，测试单元通过陷门对一级密文是否含有关键词进行测试，若测试结果为是，则将一级密文经二级加解密单元加密后发送给手持终端，若检测结果为否，则将一级密文存储在存储单元内；该方法中无需对以及密文进行解密，提高了数据传输的高效性。

手持终端接收到信息后由二级加解密单元进行解密，然后再由解密单元根据私钥对一级密文进行解密，解密后得到关键词，用户根据关键词发送命令到灯具节点，控制灯具节点做出相应调节。该方法中采用了可检索密文的加密技术来实现了灯联网隐私保护，对加密后的灯联网中的数据无需对其进行解密，就能检索到相关的关键词，实现了灯联网数据高效安全的隐私保护。

作为一种优选方案，手持终端控制灯具节点做出调节前，由手持终端发送查询报文，查询报文发送到灯联网关，灯联网关再将查询报文直接发送给灯具节点的开关面板，控制将灯具的状态返回给灯联网关，灯联网关再将状态信息回传给手持终端，用户根据手持终端收到的状态信息进行相应操作，操作信息通过灯联网关传送给开关面板，开关面板发送信号到执行单元，由执行单元对灯具进行相应调节。在上述传输过程中，信息都是经过二级加解密单元加密的，手持终端和灯具节点收到信息后经过二级加解密单元解密。信息传送到灯联网关时，通过协议转换单元进行转换。用户根据查询报文获取灯具的状态，使用户可以做出相应的正确的的操作。  

因此，本发明优点是：1.利用带解密功能的可检索密文的加密技术来实现灯联网隐私保护，对加密后的灯联网中数据在无需对其进行解密的条件下就能检索到相关数据，实现了灯联网数据高效、安全的隐私保护功能；2. 实现了支持多种协议转换，使得无线联网方式更多，同时还实现了多种控制方式，方便了用户使用。

附图说明

附图1是本发明的一种结构框架示意图。

1-传感器节点  11-传感器  111-光照度传感器  112-温度传感器  113-红外线传感器  114-烟雾报警传感器  12-微处理器  13-加密单元  2-灯联网关  21-测试单元  22-存储单元  23-协议转换单元  3-手持终端  31-解密单元  32-陷门生成单元  4-灯具节点  41-开关面板  42-执行单元  5-二级加解密单元  6-无线通信单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例： 

本实施例一种无线灯联网系统，如图1所示，包括有传感器节点1、灯联网关2、手持终端3和灯具节点4。传感器节点1、手持终端3、灯具节点4与灯联网关2之间通过无线网络相连。该传感器节点由传感器11、微处理器12、加密单元13、二级加解密单元5、无线通信单元6构成，该传感器11包括有光照度传感器111、温度传感器112和人体红外线传感器113，传感器111、温度传感器112、人体红外线传感器113和烟雾报警传感器114连接到微处理器12上，微处理器与加密单元13相连，加密单元与二级加解密单元5相连，二级加解密单元与无线通信单元6相连。该灯联网关2包括测试单元21、存储单元22、二级加解密单元5、无线通信单元6和协议转换单元23，存储单元22连接在测试单元上，测试单元21与二级加解密单元5相连，二级加解密单元连接在协议转换单元23上，协议转换单元连接在无线通信单元6上。手持终端3包括解密单元31、陷门生成单元32、二级加解密单元5和无线通信单元6，解密单元31、陷门生成单元32分别与二级加解密单元5相连，二级加解密单元与无线通信单元相连。灯具节点4包括二级加解密单元5、无线通信单元6、开关面板41和执行单元42，执行单元与开关面板相连，开关面板连接到二级加解密单元5上，二级加解密单元连接到无线通信单元上。

在手持终端3上生成包含有公钥和私钥的密钥对，手持终端预先将公钥发送给传感器节点1。另外，系统预先设定好几种紧急情况的关键词，关键词如“灯未关”、“烟雾报警”、“有人闯入”等，紧急情况由微处理器根据传感器信息进行判断得出，手持终端和传感器节点分别具有该关键词。手持终端的陷门生成单元32根据关键词和私钥生成陷门，并预先将陷门发送给灯联网关2。

本实施例中无线灯联网系统加密通讯方法具体步骤如下：

步骤一：传感器对室内灯具工作状态和环境状态进行检测，检测室内光照度、室内是否有人、室内温度的，这些传感器将检测到的数据发送给微处理器12，微处理器对信息进行分析，将信息分类成紧急信息或普通信息；

步骤二：若微处理器判断该信息为紧急信息，微处理器12将信息与该紧急情况对应的关键词相关联，然后发送给加密单元13，加密单元将关联后的信息通过公钥进行加密生成一级密文，然后发送给二级加解密单元；若判断为普通信息，由加密单元13直接将信息通过公钥进行加密生成一级密文，然后发送给二级加解密单元；

步骤三：二级加解密单元对一级密文再进行加密生成二级密文，二级加解密单元5将二级密文发送给灯联网关2。

步骤四：灯联网关2通过二级加解密单元5对二级密文进行解密，然后由测试单元21通过陷门对解密后的一级密文是否含有关键词进行测试，若测试结果为是，则将一级密文经二级加解密单元5加密后发送给手持终端3，若检测结果为否，则将一级密文存储在存储单元22内。

步骤五：手持终端3接收到信息后由二级加解密单元进行解密，然后再由解密单元31根据私钥对一级密文进行解密，解密后得到关键词并进行显示，用户看到关键词后，根据情况发送命令到灯具节点4，控制灯具节点做出相应调节。

另外在用户对灯具节点4作出调节前，还要对灯具节点的状态进行查询。手持终端通过灯联网关向灯具节点发送一个查询报文，灯具节点接收到查询报文后由开关面板41将当前灯具的状态信息通过灯联网关反馈给手持终端3，用户根据手持终端收到的灯具状态信息进行相应操作，如灯具是打开的，则可以将灯具关闭。操作信息通过灯联网关传送给开关面板41，开关面板发送信号到执行单元42，由执行单元对灯具进行相应调节。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了灯联网关、传感器节点、灯具节点、手持终端等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种信息加密的无线灯联网系统，包括传感器节点（1）、灯联网关（2）、手持终端（3）和灯具节点（4），其特征在于：

传感器节点（1）：传感器节点通过无线网络与灯联网关（2）相连，传感器节点包括传感器（11）、微处理器（12）和加密单元（13），传感器与微处理器（12）相连，微处理器具有若干预先设定好的对应几种紧急情况的关键词，微处理器对传感器的信息进行分类处理，微处理器根据分类结果将信息直接发送给加密单元（13）或将信息与对应的关键词进行关联后发送给加密单元（13），所述加密单元具有由手持终端（3）生成的公钥，加密单元（13）通过公钥对微处理器（12）传输来的数据进行加密；

手持终端（3）：手持终端通过无线网络与灯联网关（2）相连，手持终端包括陷门生成单元（32）、解密单元（31），手持终端生成有由公钥和私钥组成的密钥对，还具有预先设定好的与传感器节点（1）微处理器（12）一样的关键词，陷门生成单元（32）根据私钥和关键词生成陷门，并将陷门发送给灯联网关（2），解密单元（31）根据私钥对由传感器节点利用手持终端生成的公钥加密的密文进行解密，手持终端（3）获得解密后的关键词；

灯联网关（2）：灯联网关包括有测试单元（21）和存储单元（22），测试单元根据陷门对由传感器节点（1）加密单元（13）加密的密文是否含有关键词进行测试，并将含有关键词的密文发送给手持终端（3），将未含有关键词的密文存储在存储单元（22）内；

灯具节点（4）：灯具节点通过无线网络与灯联网关（2）相连，灯具节点包括开关面板（41）和执行单元（42），开关面板与执行单元相连。

2.根据权利要求1所述的一种信息加密的无线灯联网系统，其特征是所述传感器（11）包括有光照度传感器（111）、温度传感器（112）、人体红外线传感器（113）和烟雾报警传感器（114）。

3.根据权利要求1所述的一种信息加密的无线灯联网系统，其特征是在传感器节点（1）、灯联网关（2）、手持终端（3）、灯具节点（4）的输入输出端上还设置有二级加解密单元（5）和无线通信单元（6），所述二级加解密单元连接在无线通信单元上。

4.根据权利要求3所述的一种无线灯联网系统，其特征是所述灯联网关（2）还包括有协议转换单元（23），所述协议转换单元连接在无线通信单元（6）与二级加解密单元（5）之间。

5.一种信息加密的无线灯联网系统加密通讯方法，其特征在于：包括以下步骤：

手持终端预先生成包括公钥和私钥的密钥对，手持终端将公钥发送给传感器节点（1），同时陷门生成单元（32）根据私钥和关键词生成陷门，并将陷门发送给灯联网关（2）；

传感器节点的微处理器（12）根据传感器（11）传送来的信息进行分类，若判断为紧急信息，则微处理器将信息与该紧急信息对应的关键词相关联，加密单元（13）将关联后的信息通过公钥进行加密生成一级密文，一级密文再经过二级加解密单元加密生成二级密文，二级加解密单元将二级密文发送给灯联网关（2）；若判断为普通信息，由加密单元（13）直接将信息通过公钥进行加密生成一级密文，一级密文再经过二级加解密单元加密生成二级密文，二级加解密单元将二级密文发送给灯联网关（2）；

灯联网关（2）通过二级加解密单元对二级密文进行解密，测试单元（21）通过陷门对一级密文是否含有关键词进行测试，若测试结果为是，则将一级密文经二级加解密单元加密后发送给手持终端，若检测结果为否，则将一级密文存储在存储单元（22）内；

手持终端（3）接收到信息后由二级加解密单元进行解密，然后再由解密单元（31）根据私钥对一级密文进行解密，解密后得到关键词，用户根据关键词发送命令到灯具节点（4），控制灯具节点做出相应调节。

6.根据权利要求5所述的一种信息加密的无线灯联网系统加密通讯方法，其特征是手持终端（3）控制灯具节点做出调节前，由手持终端（3）发送查询报文，查询报文发送到灯联网关（2），灯联网关将查询报文经过协议转换后发送给灯具节点（4）的开关面板（41），开关面板将灯具的状态返回给灯联网关，灯联网关再将状态信息回传给手持终端，用户根据手持终端收到的状态信息进行相应操作，操作信息通过灯联网关传送给开关面板（41），开关面板发送信号到执行单元（42），由执行单元对灯具进行相应调节。