CN103944717B - 音频密钥生成装置、音频密钥系统及音频密钥注入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种音频密钥生成装置、音频密钥系统及基于该系统的音频密钥注入方法，该音频密钥生成装置用于生成密钥以及为音频密钥终端注入密钥，该音频密钥生成装置包括第一音频输入输出模块和密钥生成模块，第一音频输入输出模块用于采集外部环境噪声，密钥生成模块与第一音频输入输出模块连接且用于根据外部环境噪声和音频密钥生成装置的内部物理噪声生成密钥，第一音频输入输出模块还用于将密钥以声波形式输出至音频密钥终端。通过上述方式，本发明能够增加密钥生成的随机性，在密钥注入时不需要连线，更加方便快捷。

Description

音频密钥生成装置、音频密钥系统及音频密钥注入方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种音频密钥生成装置、音频密钥系统及音频密钥注入方法。

背景技术

随着科学技术的发展，电子商务技术为人们带来了许多方便，各种密钥终端（例如，身份认证卡片、POS机等）被广泛使用。为了保证电子商务交易中的安全性，需要给这些密钥终端注入密钥。密钥装置是一种为密钥终端注入密钥的装置，现有技术的密钥装置只由特定的随机数生成装置（如随机数产生电路）生成密钥，然后通过数据线等传输电缆注入到密钥终端。但是，现有技术生成密钥的噪声源随机性较差，并且现有技术在给密钥终端注入密钥时需要使用数据线等电缆作为密钥传输的媒介，需要连线，操作比较繁琐。

因此，需要提供一种音频密钥生成装置、音频密钥系统及音频密钥注入方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种音频密钥生成装置、音频密钥系统及音频密钥注入方法，能够增加密钥生成的随机性，在密钥注入时不需要连线，更加方便快捷。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种音频密钥生成装置，用于生成密钥以及为音频密钥终端注入密钥，音频密钥生成装置包括第一音频输入输出模块和密钥生成模块，第一音频输入输出模块用于采集外部环境噪声，密钥生成模块与第一音频输入输出模块连接且用于根据外部环境噪声和音频密钥生成装置的内部物理噪声生成密钥，第一音频输入输出模块还用于将密钥以声波形式输出至音频密钥终端。

其中，音频密钥生成装置进一步包括声纹识别模块，第一音频输入输出模块还用于采集当前用户声音，声纹识别模块与第一音频输入输出模块连接且用于识别当前用户声音以判断当前用户是否对音频密钥生成装置有使用权限。

其中，音频密钥生成装置进一步包括数据加密模块，数据加密模块与密钥生成模块和第一音频输入输出模块连接且用于加密密钥生成模块生成的密钥为密文形式的密钥，第一音频输入输出模块用于将密文形式的密钥以声波形式输出至音频密钥终端。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种音频密钥系统，其包括：音频密钥生成装置和音频密钥终端。音频密钥生成装置包括第一音频输入输出模块和密钥生成模块，第一音频输入输出模块用于采集外部环境噪声，密钥生成模块与第一音频输入输出模块连接且用于根据外部环境噪声和音频密钥生成装置的内部物理噪声生成密钥，第一音频输入输出模块还用于将密钥以声波形式输出。音频密钥终端包括第二音频输入输出模块，第二音频输入输出模块用于接收第一音频输入输出模块输出的密钥。

其中，音频密钥生成装置进一步包括声纹识别模块，第一音频输入输出模块还用于采集当前用户声音，声纹识别模块与第一音频输入输出模块连接且用于识别当前用户声音以判断当前用户是否对音频密钥生成装置有使用权限。

其中，音频密钥生成装置进一步包括数据加密模块，音频密钥终端进一步包括数据解密模块，数据加密模块与第一音频输入输出模块和密钥生成模块连接且用于加密密钥生成模块生成的密钥为密文形式的密钥，第一音频输入输出模块用于将密文形式的密钥以声波形式输出，第二音频输入输出模块用于接收密文形式的密钥，数据解密模块与第二音频输入输出模块连接且用于解密接收到的密文形式的密钥为明文形式的密钥。

为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：提供一种音频密钥注入方法，该方法通过音频密钥生成装置为音频密钥终端注入密钥，该方法包括以下步骤：音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块采集外部环境噪声；音频密钥生成装置结合外部环境噪声和其内部物理噪声生成密钥；音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块将密钥以声波的形式输出；音频密钥终端通过第二音频输入模块以声波形式接收密钥。

其中，音频密钥生成装置还包括声纹识别模块，音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块采集外部环境噪声之前还包括：音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块采集当前用户声音，再由声纹识别模块识别当前用户声音以判断用户是否对音频密钥生成装置有使用权限。

其中，音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块采集管理员声音，再由声纹识别模块提取管理员声音的特征信息并保存，在启动音频密钥生成装置时声纹识别模块通过匹配采集的当前用户声音的特征信息与保存的管理员声音的特征信息以判断当前用户是否对音频密钥生成装置有使用权限。

其中，音频密钥生成装置进一步包括数据加密模块，音频密钥终端进一步包括数据解密模块，第一音频输入输出模块以声波的形式输出的密钥为经数据加密模块加密后的密文形式的密钥，音频密钥终端通过第二音频输入模块以声波形式接收密钥后还包括音频密钥终端通过数据解密模块对密文形式的密钥进行解密。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过在音频密钥生成装置设置第一音频输入输出模块采集外部环境噪声并结合内部物理噪声生成密钥再通过第一音频输入输出模块以声波的形式输出至音频密钥终端，通过上述方式，本发明能够增加密钥生成的随机性，在密钥注入时不需要连线，更加方便快捷。

附图说明

图1是本发明音频密钥系统实施例的结构示意图；

图2是密文形式的密钥与明文形式的密钥之间的转换原理示意图；

图3是本发明音频密钥生成装置和音频密钥终端初始化和个性化设置的流程示意图；

图4是本发明音频密钥注入方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

请参阅图1，图1是本发明音频密钥系统实施例的结构示意图。在本实施例中，音频密钥系统包括：音频密钥生成装置11和音频密钥终端12。音频密钥终端12为一种需要注入密钥的终端设备，例如，POS机、身份认证卡片等，音频密钥生成装置11用来生成密钥且为音频密钥终端12注入密钥。

音频密钥生成装置11包括：第一音频输入输出模块111、密钥生成模块112、数据加密模块113以及声纹识别模块114。

第一音频输入输出模块111用于采集外部环境噪声、采集用户声音以及以声波形式输出密钥。

密钥生成模块112与第一音频输入输出模块111连接，密钥生成模块112根据第一音频输入输出模块111采集到的外部环境噪声结合音频密钥生成装置11的内部物理噪声根据特定的算法生成密钥。具体地，在本实施例中，根据外部环境噪声和内部物理噪声生成密钥的算法为RSA密钥生成算法，在其他实施例中，根据外部环境噪声和内部物理噪声生成密钥的算法也可以是其他算法。内部物理噪声是音频密钥生成装置11内部元器件运转时发出的噪声，外部环境噪声是音频密钥生成装置11实时所处环境的噪声，增加外部环境噪声作为密钥生成的噪声源能够增加密钥生成的随机性。

数据加密模块113与第一音频输入输出模块111和密钥生成模块112连接，数据加密模块113用于将明文形式的密钥加密为密文形式的密钥。密钥生成模块112生成的密钥为明文形式的密钥，经数据加密模块113加密后形成密文形式的密钥。具体地，音频密钥生成装置11在初始化设置和个性化设置时，通过管理音频密钥生成装置11的上位机软件在数据加密模块113中写入初始加密密钥以及密钥加密算法。密钥加密算法用于加密密钥，初始加密密钥用于提供密钥加密算法中输入的数据。数据加密模块113加密后形成的密文形式的密钥经第一音频输入输出模块111以声波形式输出。在本实施例中，初始加密密钥通过管理音频密钥生成装置11的上位机软件采集用户的初始密钥信息形成。在其他实施例中，音频密钥生成装置11也可以不包括数据加密模块113。

声纹识别模块114与第一音频输入输出模块111连接，声纹识别模块114用于识别用户声音以及提取用户的声音的特征信息并保存。音频密钥生成装置11在启用时有用户认证的过程。音频密钥生成装置11在启动时通过第一音频输入输出模块111采集当前用户的声音，再由声纹识别模块114识别用户的声音以判断用户是否对音频密钥生成装置11有使用权限。具体地，音频密钥生成装置11在初始化设置和个性化设置时管理音频密钥生成装置11的上位机软件通过第一音频输入输出模块111采集管理员声音，再由声纹识别模块114提取管理员声音的特征信息并保存，管理音频密钥生成装置11的上位机软件还可以对保存的管理员声音源进行调整。在启动音频密钥生成装置11时声纹识别模块114通过匹配采集的当前用户声音的特征信息与保存的管理员声音的特征信息来判断当前用户是否对音频密钥生成装置11有使用权限，若采集的当前用户声音的特征信息与保存的管理员声音的特征信息一致则当前用户可正常启用音频密钥生成装置11，反之若不一致则当前用户无法启用音频密钥生成装置11。上述管理员为对音频密钥生成装置11有使用权限的用户，当前用户为当前持有音频密钥生成装置11的用户。上述用户认证的过程确保了音频密钥生成装置11使用的安全性。在其他实施例中，音频密钥生成装置11也可以不包括声纹识别模块114。

音频密钥终端12包括：第二音频输入输出模块121和数据解密模块122。

第二音频输入输出模块121与数据解密模块122连接，第二音频输入输出模块121用于接收第一音频输入输出模块111输出的密文形式的密钥。值得注意的是，第一音频输入输出模块111和第二音频输入输出模块121之间传输密文形式的密钥时是以声波的形式传输，以空气为媒介，不需要连线。具体地，在本实施例中，第一音频输入输出模块111包括扬声器，密文形式的密钥经第一音频输入输出模块111转换为音频信号后由扬声器（图未示）以声波的形式输出，第二音频输入输出模块121包括麦克风（图未示），麦克风接收到第一音频输入输出模块111输出的声波后将其还原为音频信号，再由第二音频输入输出模块121将音频信号还原为密文形式的密钥。在其他实施例中，扬声器也可以用其他发生器件代替，麦克风也可以用其他接收声波的器件代替。

数据解密模块122用于将第二音频输入输出模块121接收到的密文形式的密钥转换为明文形式的密钥。具体地，音频密钥终端12在初始化和个性化设置时，通过管理音频密钥终端12的上位机软件在数据解密模块122中写入与初始加密密钥对应的初始解密密钥以及与密钥加密算法对应的密钥解密算法。初始解密密钥用于提供密钥解密算法中输入的数据。具体请参阅图2，图2是密文形式的密钥与明文形式的密钥之间的转换原理示意图。在本实施例中，初始解密密钥通过管理音频密钥终端12的上位机软件采集用户的初始密钥信息形成的。在其他实施例中，音频密钥终端12也可以不包括数据解密模块122。

请参阅图3，图3是本发明音频密钥生成装置和音频密钥终端初始化和个性化设置的流程图。音频密钥生成装置11和音频密钥终端12在发行使用时，需要进行初始化和个性化设置，在本实施例中，初始化和个性化设置包括以下步骤：

步骤S21：用第一音频输入输出模块采集管理员声音，用声纹识别模块提取管理员声音的特征信息并保存。

步骤S22：用上位机软件对音频密钥生成装置的数据加密模块写入初始加密密钥，并对音频密钥终端的数据解密模块写入初始解密密钥。

步骤S23：将音频密钥生成装置设置成未认证模式，待认证后启用工作。

值得注意的是，在其他实施例中，步骤S21与步骤S22先后顺序也可以调换。

请参阅图4，图4是本发明音频密钥注入方法第一实施例的流程示意图。在本实施例中，音频密钥注入方法包括以下步骤：

步骤S30：音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块采集当前用户声音，再由声纹识别模块识别当前用户声音以判断用户是否对音频密钥生成装置有使用权限。

在步骤S30中，声纹识别模块通过匹配采集的当前用户声音的特征信息与在初始化和个性化设置的步骤S21中保存的管理员声音的特征信息以判断当前用户是否对音频密钥生成装置有使用权限。若有匹配一致则可以正常使用，若不一致则无法启用。

步骤S31：音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块采集外部环境噪声。

步骤S32：音频密钥生成装置结合外部环境噪声和其内部物理噪声生成密钥。

步骤S33：音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块将密钥以声波的形式输出。

步骤S34：音频密钥终端通过第二音频输入模块以声波形式接收密钥。

在步骤S33和步骤S34中，音频密钥生成装置进一步包括数据加密模块，音频密钥终端进一步包括数据解密模块，第一音频输入输出模块以声波的形式输出的密钥为经数据加密模块加密后的密文形式的密钥，音频密钥终端通过第二音频输入模块以声波形式接收密钥后还包括音频密钥终端通过数据解密模块对密文形式的密钥进行解密。

本发明还公开了一种音频密钥生成装置，该音频密钥生成装置为上述任意一实施例中所描述的音频密钥生成装置。

区别于现有技术，本发明通过在音频密钥生成装置设置第一音频输入输出模块采集外部环境噪声并结合内部物理噪声生成密钥再通过第一音频输入输出模块以声波的形式将密钥输出至音频密钥终端，通过上述方式，本发明能够增加密钥生成的随机性，在密钥注入时不需要连线，更加方便快捷。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种音频密钥生成装置，用于生成密钥以及为音频密钥终端注入所述密钥，其特征在于，所述音频密钥生成装置包括第一音频输入输出模块和密钥生成模块，所述第一音频输入输出模块用于采集外部环境噪声，所述密钥生成模块与所述第一音频输入输出模块连接且用于根据所述外部环境噪声和所述音频密钥生成装置的内部物理噪声生成所述密钥，所述第一音频输入输出模块还用于将所述密钥以声波形式输出至所述音频密钥终端。

2.根据权利要求1所述的音频密钥生成装置，其特征在于，所述音频密钥生成装置进一步包括声纹识别模块，所述第一音频输入输出模块还用于采集当前用户声音，所述声纹识别模块与所述第一音频输入输出模块连接且用于识别所述当前用户声音以判断所述当前用户是否对所述音频密钥生成装置有使用权限。

3.根据权利要求1或2所述的音频密钥生成装置，其特征在于，所述音频密钥生成装置进一步包括数据加密模块，所述数据加密模块与所述密钥生成模块和所述第一音频输入输出模块连接且用于加密所述密钥生成模块生成的所述密钥为密文形式的密钥，所述第一音频输入输出模块用于将所述密文形式的密钥以声波形式输出至所述音频密钥终端。

4.一种音频密钥系统，其特征在于，所述音频密钥系统包括：

音频密钥生成装置，包括第一音频输入输出模块和密钥生成模块，所述第一音频输入输出模块用于采集外部环境噪声，所述密钥生成模块与所述第一音频输入输出模块连接且用于根据所述外部环境噪声和所述音频密钥生成装置的内部物理噪声生成密钥，所述第一音频输入输出模块还用于将所述密钥以声波形式输出；

音频密钥终端，包括第二音频输入输出模块，所述第二音频输入输出模块用于接收所述第一音频输入输出模块输出的所述密钥。

5.根据权利要求4所述的音频密钥系统，其特征在于，所述音频密钥生成装置进一步包括声纹识别模块，所述第一音频输入输出模块还用于采集当前用户声音，所述声纹识别模块与所述第一音频输入输出模块连接且用于识别所述当前用户声音以判断所述当前用户是否对所述音频密钥生成装置有使用权限。

6.根据权利要求4或5所述的音频密钥系统，其特征在于，所述音频密钥生成装置进一步包括数据加密模块，所述音频密钥终端进一步包括数据解密模块，所述数据加密模块与所述第一音频输入输出模块和所述密钥生成模块连接且用于加密所述密钥生成模块生成的所述密钥为密文形式的密钥，所述第一音频输入输出模块用于将所述密文形式的密钥以声波形式输出，所述第二音频输入输出模块用于接收所述密文形式的密钥，所述数据解密模块与所述第二音频输入输出模块连接且用于解密接收到的所述密文形式的密钥为明文形式的密钥。

7.一种音频密钥注入方法，其特征在于，所述音频密钥注入方法通过音频密钥生成装置为音频密钥终端注入密钥，所述音频密钥注入方法包括以下步骤：

所述音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块采集外部环境噪声；

所述音频密钥生成装置结合所述外部环境噪声和其内部物理噪声生成密钥；

所述音频密钥生成装置通过所述第一音频输入输出模块将所述密钥以声波的形式输出；

所述音频密钥终端通过第二音频输入模块以声波形式接收所述密钥。

8.根据权利要求7所述的音频密钥注入方法，其特征在于，所述音频密钥生成装置还包括声纹识别模块，所述音频密钥生成装置通过第一音频输入输出模块采集外部环境噪声之前还包括：

所述音频密钥生成装置通过所述第一音频输入输出模块采集当前用户声音，再由所述声纹识别模块识别所述当前用户声音以判断所述用户是否对所述音频密钥生成装置有使用权限。

9.根据权利要求8所述的音频密钥注入方法，其特征在于，所述音频密钥生成装置通过所述第一音频输入输出模块采集管理员声音，再由所述声纹识别模块提取所述管理员声音的特征信息并保存，在启动所述音频密钥生成装置时所述声纹识别模块通过匹配采集的所述当前用户声音的特征信息与保存的所述管理员声音的特征信息以判断所述当前用户是否对所述音频密钥生成装置有使用权限。

10.根据权利要求7、8或9所述的音频密钥注入方法，其特征在于，所述音频密钥生成装置进一步包括数据加密模块，所述音频密钥终端进一步包括数据解密模块，所述第一音频输入输出模块以声波的形式输出的所述密钥为经数据加密模块加密后的密文形式的密钥，所述第二音频输入输出模块接收到的所述密钥为所述密文形式的密钥，所述音频密钥终端通过所述第二音频输入模块以声波形式接收所述密钥后还包括所述音频密钥终端通过所述数据解密模块对所述密文形式的密钥进行解密。