CN104394299A - 一种基于智能密码钥匙的加密传真装置及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于智能密码钥匙的加密传真装置及其实现方法，涉及加密传真通信领域，本发明利用传统PSTN网络实现硬件加密传真，在传真T.30协议基础上将传真的实现过程中加入自定义命令实现加密传真的方法，将传真数据加密有机地融合在传真通信过程中，解决了门卫式泄密的隐患；本发明采用的智能密码钥匙通过国家密码管理局审批认证，且采用了国家商用密码算法，能够有效地保证密码算法的可靠性及高效性；该装置能够实现明密传真自动切换的功能，具有更高安全性、工作效率和兼容性，可以广泛应用于政府机关、军事、金融、电信、企业等各个行业和用户。

Description

一种基于智能密码钥匙的加密传真装置及其实现方法
技术领域
本发明属于加密传真通信领域，具体涉及一种基于智能密码钥匙的加密传真装置及其实现方法。
背景技术
目前，传真已经在社会的各行各业得到了越来越广泛的应用，是传送结息和收发文本文件的一条便捷的途径。传真是通过目前全球最普及的公用电话交换网络(PSTN)进行传输，所以无论是在世界的哪个办公场所，只要拥有一台传真机，就可以收发信息或者传真。由于是在公网上传输，虽然采取了拨号等防止窃取和被窃听的措施。但当传送传真数据时，其内容完全暴露在PSTN上，所以采用一些拦截手段，完全可以把有用数据拦截下来，并且恢复。随着人们安全意识的提高，其通信安全问题成为了关注的焦点。
由于PSTN固有的安全性设计缺陷始终无法得到有效地解决，并且在短期内将没有安全措施的PSTN转换成安全的PSTN也是不现实的，而且成本也是非常高昂的。因此，在传真终端设备上采取加密措施，增强其安全性是比较好的解决方案。
目前市场上加密传真设备大多采用门卫式，除了无法实现明密传真自动切换外，门卫设备还独立于传真设备之外，在门卫设备之后的数据都是明文的，无法防止非法用户在门卫设备与传真设备之间进行数据的窃取，安全隐患依然无法消除。为此市场上急需能够打破传统门卫式的加密传真，将密码设备与传真机能够有机结合的装置和方法，保证数据的安全，实现更高的兼容性和安全性。
发明内容
本发明提供了一种基于智能密码钥匙的加密传真装置及其实现方法，本发明避免了普通PSTN环境下传真数据被窃取的危险，消除了加密传真可能存在的安全隐患，详见下文描述：
一种基于智能密码钥匙的加密传真装置，所述加密传真装置包括：传真机装置和智能密码钥匙，所述传真机装置包括：主控芯片和USB通信模块；所述智能密码钥匙包括：USB通信电路模块和密码算法芯片；
所述主控芯片通过所述USB通信模块与所述密码算法芯片通信；所述密码算法芯片通过所述USB通信电路模块与所述主控芯片通信；所述密码算法芯片用于产生随机密钥、存储数字证书，还用于通过调用商用密码算法实现身份认证及加解密。
所述商用密码算法为SM1、SM2和SM3算法。
一种基于智能密码钥匙的加密传真装置的实现方法，当所述加密传真装置发送明文传真时，将发送方的主控芯片作为第一主控芯片，将接收方的主控芯片作为第二主控芯片，所述实现方法包括以下步骤：
(1)第一主控芯片发送主叫单音信号至接收方；第二主控芯片回复非标准设备命令信号至发送方；
(2)第二主控芯片发送数字标识信号至发送方；第一主控芯片分别发送非标准设备建立信号、数字命令信号和训练检验信号至接收方；第二主控芯片发送可以接收的证实信号至发送方。
所述实现方法还包括：第一主控芯片发送报文信息至接收方，第二主控芯片回应确认信号至发送方，直到所有报文信息成功传输；第一主控芯片发送报文过程结束信号至接收方；第二主控芯片回复报文证实信号至发送方，完成报文后阶段；第一主控芯片和第二主控芯片断开通信链接。
一种基于智能密码钥匙的加密传真装置的实现方法，当所述加密传真装置发送加密传真时，将发送方的主控芯片、USB通信模块和密码算法芯片分别作为第一主控芯片、第一USB通信模块和第一密码算法芯片，将接收方的主控芯片、USB通信模块和密码算法芯片分别作为第二主控芯片、第二USB通信模块和第二密码算法芯片，所述实现方法包括以下步骤：
(1)第一主控芯片发送主叫单音信号至接收方；第二主控芯片通过第二USB通信模块从第二密码算法芯片获取接收方数字证书，并回复非标准设备命令信号和接收方数字证书至发送方；
(2)第二主控芯片发送数字标识信号至发送方；第一主控芯片通过第一USB通信模块从第一密码算法芯片获取发送方数字证书和采用接收方公钥加密后的消息密钥，第一主控芯片分别发送非标准设备建立信号、发送方数字证书、采用接收方公钥加密后的消息密钥、数字命令信号和训练检验信号至接收方；
(3)第二主控芯片通过第二USB通信模块调用第二密码算法芯片完成对发送方的身份认证，并获取自定义指令，发送所述自定义指令和可以接收的证实信号至发送方，第一主控芯片通过第一USB通信模块调用第一智能密码钥匙实现对接收方的身份认证；
(4)第一主控芯片通过第一USB通信模块调用第一密码算法芯片实现报文的加密，并将加密报文信息发送至接收方；第二主控芯片通过第二USB通信模块调用第二密码算法芯片实现报文解密，并发送确认信号至发送方，直到所有报文信息成功传输。
所述实现方法还包括：第一主控芯片发送报文过程结束信号至接收方；第二主控芯片回复报文证实信号至发送方；第一主控芯片和第二主控芯片断开通信链接。
所述自定义指令包括：初始向量、采用发送方公钥加密后的第一消息密钥和第二消息密钥。
本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明利用传统PSTN网络实现硬件加密传真，避免了纯软件被反编译或跟踪的危险；采用内嵌式加密技术，在传真T.30协议基础上将传真的实现过程中加入自定义命令实现加密传真的方法，将传真数据加密有机地融合在传真通信过程中，保证传真数据无法在线路上还原出来，解决了门卫式泄密的隐患；本发明采用的智能密码钥匙通过国家密码管理局审批认证，且采用了国家商用密码算法，能够有效地保证密码算法的可靠性及高效性；采用的硬件算法比软件算法更高效，能够保证传真的质量，提高用户体验，有效地保证了传真数据的安全性。同时该装置能够实现明密传真自动切换的功能，具有更高安全性、工作效率和兼容性，可以广泛应用于政府机关、军事、金融、电信、企业等各个行业和用户。
附图说明
图1为本发明中传真机装置的结构示意图；
图2为本发明中智能密码钥匙的结构示意图；
图3为本发明的加密传真装置的工作状态示意图；
图4为本发明中明文传真实现过程的流程示意图；
图5为本发明中加密传真实现过程的流程示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：智能密码钥匙；      2：传真机装置；
11：电源电路模块；     12：USB通信电路模块；
13：密码算法芯片；     14：晶振电路；
15：存储电路模块；     21：主控芯片；
22：扫描模块；         23：打印模块；
24：存储模块；         25：USB通信模块；
26：MODEM模块；            27：面板模块；
28：电源模块；             231：电极控制模块
232：打印马达模块；        233：LSU模块；
234：打印传感器模块；      241：FLASH模块；
242：SDRAM模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
一种基于智能密码钥匙的加密传真装置，参见图1和图2，该加密传真装置包括：智能密码钥匙1和传真机装置2。
其中，智能密码钥匙1主要包括：电源电路模块11、USB通信电路模块12、密码算法芯片13、晶振电路14和存储电路模块15。该智能密码钥匙1是经过国家密码管理局认证和型号审批的，采用的密码算法有SM1、SM2和SM3密码算法。本发明中，密码算法芯片13用于产生随机密钥、存储数字证书，还用于通过调用SM1、SM2和SM3商用密码算法实现身份认证及加解密等。存储电路模块15的接口不受限制，本发明采用的是串行外设接口(采用通用的SPI接口)接口。
传真机装置2包括：主控芯片21、扫描模块22、打印模块23、存储模块24、USB通信模块25、调制解调器(MODEM)模块26、面板模块27和电源模块28。主控芯片21连接扫描模块22、打印模块23、存储模块24、USB通信模块25、MODEM模块26、面板模块27和电源模块28。扫描模块22在主控芯片21作用下在扫描时作为功能模块使用；打印模块23在主控芯片21作用下在打印时作为功能模块使用；存储模块24用于存储打印或是复印作业的信息；USB通信模块25在主控芯片21作用下在加密通信时作为接口模块与智能密码钥匙1通信交互使用；MODEM模块26作为传真发送时的通信信道使用；面板模块27作为人机接口提供操作界面；电源模块28为整个传真机装置2供电。
打印模块23包括：电极控制模块231、打印马达模块232、激光扫描单元(LSU)模块233和打印传感器模块234。
存储模块24包括：内存(FLASH)模块241和同步动态随机存储器(SDRAM)模块242。
主控芯片21通过USB通信模块25与密码算法芯片13通信；密码算法芯片13通过USB通信电路模块12与主控芯片21通信。
实际应用时是通过两套加密传真装置来实现加密传真的功能，参看图3，以加密传真装置A作为发送方，加密传真装置B作为接收方为例说明加密传真的通信过程。
发送方：传真数据在主控芯片21控制下通过扫描模块22完成数据扫描，再通过USB通信模块25将传真数据发送到密码算法芯片13进行处理，生成加密数据，然后通过MODEM模块26在PSTN信道上进行传输；
接收方：主控芯片21通过控制MODEM模块26接收加密数据，再通过USB通信模块25发送至密码算法芯片13进行解密，解密完成后主控芯片21控制打印模块23进行打印，完成传真报文的接收，从而实现PSTN信道上的传真加密功能。
其中，以加密传真装置A作为接收方，加密传真装置B作为发送方的加密传真的通信过程相同，在此不再赘述。
实施例2
一种基于智能密码钥匙的加密传真装置的明文传真的实现方法，参见图1和图4，明文传真功能的实现主要是依靠传真机装置2的主控芯片21控制扫描模块22、打印模块23、存储模块24和MODEM模块26完成。
以加密传真装置A作为明文传真发送方，加密传真装置B作为明文传真接收方为例说明明文传真的通信过程，将明文传真发送方的主控芯片21、MODEM模块26分别记为第一主控芯片和第一MODEM模块，将明文传真接收方的主控芯片21、MODEM模块26分别记为第二主控芯片和第二MODEM模块。
传真工作流程遵循国际通行的ITU-T T.30传真通信协议。传真实现主要包括以下五个过程：
阶段A：传真建立过程，可以人工或自动实现呼叫建立。
阶段B：能力协商过程，主要完成传真参数交换及信道训练。
阶段C：报文传输过程，实现传真报文数据的通信。
阶段D：报文后过程，包括的信息有报文结束信号；多页信号；传真过程结束信号。
阶段E：传真结束过程，在传真报文传输完成之后释放链接，传真通信断开。
该明文传真实现的方法具体包括以下步骤：
(1)在传真建立过程中，明文传真时第一主控芯片通过控制第一MODEM模块发送主叫单音(CNG)信号至明文传真接收方；
(2)第二主控芯片通过第二MODEM模块接收到CNG信号，第二主控芯片通过控制第二MODEM模块回复非标准设备命令(NSF)信号至明文传真发送方，完成传真通信建立；
(3)在能力协商过程中，第二主控芯片通过控制第二MODEM模块首先发送数字标识信号(DIS)至明文传真发送方；
(4)第一主控芯片通过第一MODEM模块接收到DIS后，第一主控芯片通过控制第一MODEM模块分别发送非标准设备建立(NSS)信号、数字命令信号(DCS)和训练检验(TCF)信号至明文传真接收方；
(5)第二主控芯片通过第二MODEM模块接收到TCF信号后，第二主控芯片通过控制第二MODEM模块发送可以接收的证实(CFR)信号至明文传真发送方，完成能力协商过程；
(6)在报文传输阶段，第一主控芯片通过控制第一MODEM模块发送报文信息至明文传真接收方，第二主控芯片通过控制第二MODEM模块回应确认信号至明文传真发送方，直到所有报文信息成功传递；
(7)在报文后过程，第一主控芯片通过控制第一MODEM模块发送报文过程结束(EOP)信号至明文传真接收方；
(8)第二主控芯片通过控制第二MODEM模块回复报文证实(MCF)信号至明文传真发送方，报文后阶段完成；
(9)在通信释放阶段，第一主控芯片和第二主控芯片通过断开通信链接，传真通信结束。
实施例3
一种基于智能密码钥匙的加密传真装置的加密传真的实现方法，参见图1和图5，加密传真功能的实现主要是依靠智能密码钥匙1和传真机装置2的主控芯片21控制扫描模块22、打印模块23、存储模块24、USB通信模块25和MODEM模块26完成。
以加密传真装置A作为加密传真发送方，加密传真装置B作为加密传真接收方为例说明加密传真的通信过程，将加密传真发送方的密码算法芯片13、主控芯片21、USB通信模块25和MODEM模块26分别记为第一密码算法芯片、第一主控芯片、第一USB通信模块和第一MODEM模块，将加密传真接收方的密码算法芯片13、主控芯片21、USB通信模块25和MODEM模块26分别记为第二密码算法芯片、第二主控芯片、第二USB通信模块和第二MODEM模块。
为了实现加密通信协议与传真T.30协议的融合，本发明针对传真T.30协议的B阶段进行改进，将NSF和NSS指令进行报文内容扩展，借用这两个指令完成数字证书的交换，并且在DCS和DIS指令里选出一个普通传真T.30协议的保留位(第25位)来标明本机是否具备加解密功能。
若双方都具有加解密功能，则发送方加密发送报文；若接收方不具有加解密功能，发送方应取消发送报文；发送方不具有加解密功能，则明传发送报文，接收方也不发送自定义帧，进行明收。
在加密传真状态下，在发送端结束传真训练后，接收端在回复CFR指令之前，先发送自定义指令，该指令用于传送由发方公钥加密后的消息密钥以及初始向量。
该方法具体包括以下步骤：
(1)在传真建立过程中，加密传真时第一主控芯片通过控制第一MODEM模块发送CNG信号至加密传真接收方；
(2)第二主控芯片通过第二MODEM模块接收到CNG信号之后，第二主控芯片通过第二USB通信模块从第二密码算法芯片获取加密传真接收方数字证书，第二主控芯片通过控制第二MODEM模块回复NSF信号和加密传真接收方数字证书至加密传真发送方，完成传真通信建立；
(3)在能力协商过程中，第二主控芯片通过控制第二MODEM模块首先发送DIS信号至加密传真发送方；
(4)第一主控芯片通过第一MODEM模块接收到DIS信号后，第一主控芯片通过第一USB通信模块从第一密码算法芯片获取加密传真发送方数字证书和采用接收方公钥加密后的消息密钥，第一主控芯片通过控制第一MODEM模块分别发送NSS信号、发送方数字证书、采用接收方公钥加密后的消息密钥、DCS信号和TCF信号至加密传真接收方；
(5)第二主控芯片通过第二MODEM模块接收到NSS信号、发送方数字证书、采用接收方公钥加密后的消息密钥、DCS信号和TCF信号后，第二主控芯片通过第二USB通信模块调用第二密码算法芯片完成对加密传真发送方的身份认证，第二主控芯片通过第二USB通信模块从第二密码算法芯片获取自定义指令(自定义指令包括：初始向量、采用发送方公钥加密后的第一消息密钥和第二消息密钥)，第二主控芯片通过控制第二MODEM模块发送自定义指令和CFR信号至加密传真发送方，第一主控芯片通过第一MODEM模块接收到自定义指令和CFR信号后，第一主控芯片通过第一USB通信模块调用第一密码算法芯片实现对加密传真接收方的身份认证，从而完成能力协商过程；
(6)在报文传输阶段，第一主控芯片通过第一USB通信模块调用第一密码算法芯片实现报文的加密，第一主控芯片通过控制第一MODEM模块将加密报文信息发送至加密传真接收方；第二主控芯片通过第二MODEM模块接收到加密报文信息后，第二主控芯片通过第二USB通信模块调用第二密码算法芯片实现报文解密，然后第二主控芯片通过控制第二MODEM模块发送确认信号至加密传真发送方，直到所有报文信息成功传递；
(7)在报文后过程，第一主控芯片通过控制第一MODEM模块发送EOP信号至加密传真接收方；
(8)第二主控芯片通过第二MODEM模块接收到EOP信号后，第二主控芯片通过控制第二MODEM模块回复MCF信号至加密传真发送方，报文后阶段完成；
(9)在通信释放阶段，第一主控芯片和第二主控芯片断开通信链接，传真通信结束。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于智能密码钥匙的加密传真装置，其特征在于，所述加密传真装置包括：传真机装置和智能密码钥匙，
所述传真机装置包括：主控芯片和USB通信模块；
所述智能密码钥匙包括：USB通信电路模块和密码算法芯片；
所述主控芯片通过所述USB通信模块与所述密码算法芯片通信；
所述密码算法芯片通过所述USB通信电路模块与所述主控芯片通信；所述密码算法芯片用于产生随机密钥、存储数字证书，还用于通过调用商用密码算法实现身份认证及加解密。
2.根据权利要求1所述的一种基于智能密码钥匙的加密传真装置，其特征在于，所述商用密码算法为SM1、SM2和SM3算法。
3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的基于智能密码钥匙的加密传真装置的实现方法，当所述加密传真装置发送明文传真时，其特征在于，将发送方的主控芯片作为第一主控芯片，将接收方的主控芯片作为第二主控芯片，所述实现方法包括以下步骤：
(1)第一主控芯片发送主叫单音信号至接收方；第二主控芯片回复非标准设备命令信号至发送方；
(2)第二主控芯片发送数字标识信号至发送方；第一主控芯片分别发送非标准设备建立信号、数字命令信号和训练检验信号至接收方；第二主控芯片发送可以接收的证实信号至发送方。
4.根据权利要求3所述的实现方法，其特征在于，所述实现方法还包括：
第一主控芯片发送报文信息至接收方，第二主控芯片回应确认信号至发送方，直到所有报文信息成功传输；
第一主控芯片发送报文过程结束信号至接收方；第二主控芯片回复报文证实信号至发送方，完成报文后阶段；第一主控芯片和第二主控芯片断开通信链接。
5.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的基于智能密码钥匙的加密传真装置的实现方法，当所述加密传真装置发送加密传真时，其特征在于，将发送方的主控芯片、USB通信模块和密码算法芯片分别作为第一主控芯片、第一USB通信模块和第一密码算法芯片，将接收方的主控芯片、USB通信模块和密码算法芯片分别作为第二主控芯片、第二USB通信模块和第二密码算法芯片，所述实现方法包括以下步骤：
(1)第一主控芯片发送主叫单音信号至接收方；第二主控芯片通过第二USB通信模块从第二密码算法芯片获取接收方数字证书，并回复非标准设备命令信号和接收方数字证书至发送方；
(2)第二主控芯片发送数字标识信号至发送方；第一主控芯片通过第一USB通信模块从第一密码算法芯片获取发送方数字证书和采用接收方公钥加密后的消息密钥，第一主控芯片分别发送非标准设备建立信号、发送方数字证书、采用接收方公钥加密后的消息密钥、数字命令信号和训练检验信号至接收方；
(3)第二主控芯片通过第二USB通信模块调用第二密码算法芯片完成对发送方的身份认证，并获取自定义指令，发送所述自定义指令和可以接收的证实信号至发送方，第一主控芯片通过第一USB通信模块调用第一智能密码钥匙实现对接收方的身份认证；
(4)第一主控芯片通过第一USB通信模块调用第一密码算法芯片实现报文的加密，并将加密报文信息发送至接收方；第二主控芯片通过第二USB通信模块调用第二密码算法芯片实现报文解密，并发送确认信号至发送方，直到所有报文信息成功传输。
6.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述实现方法还包括：
第一主控芯片发送报文过程结束信号至接收方；
第二主控芯片回复报文证实信号至发送方；第一主控芯片和第二主控芯片断开通信链接。
7.根据权利要求5所述的实现方法，其特征在于，所述自定义指令包括：初始向量、采用发送方公钥加密后的第一消息密钥和第二消息密钥。
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