CN105246026A - 一种智能可穿戴设备与其他设备的安全配对方法 - Google Patents
一种智能可穿戴设备与其他设备的安全配对方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种智能可穿戴设备与其他设备的安全配对方法，其特征在于，该方法包括首次配对之前的密钥生成、首次配对的个人密码设置、公钥交换和自动进行的常规配对三个部分；首次配对的个人密码设置用于交换双方的公钥，完成设备双方的首次认证.首次配对之前须进行个人密码设置，生成密钥对等操作。配对分为首次配对以及常规配对两种情况，首次配对的主要目的是交换双方公钥，常规配对即首次配对之后的配对，可在不需要人为操作的情况下自动进行。本发明可拓宽智能可穿戴设备的应用范围，方便用户生活。
Description
技术领域
本发明涉及信息安全领域，具体涉及智能可穿戴设备与用户其他设备之间的通信安全。
背景技术
随着谷歌公司的谷歌眼镜、苹果公司的AppleWatch，国内360公司的360儿童卫士、小米公司的小米手环的陆续发布，智能穿戴设备领域迎来了一次发展的高峰。与普通智能产品相比，智能穿戴设备由于其可穿戴的特点使得其便携性更好；与传统的穿戴物品相比智能穿戴设备又具有智能化的特点，因此智能穿戴设备的需求量将会越来越大，具有广阔的市场前景。
一般情况下，智能穿戴设备并不是独立存在的，其往往通过蓝牙的方式与用户的随身物品进行配对，配对时往往通过输入个人密码来防止非法设备参与配对，但是个人密码码有被窃听的风险，且输入个人密码操作较为复杂，因此简化配对过程，提高配对安全性尤为重要。智能穿戴设备与用户之间会有大量的信息传递，这些信息包含多个方面，如用户的身体状况，所处位置，以及账号密码等个人信息，如果不对这些信息加以保护，使得信息泄漏将会对用户的个人隐私及财产安全造成重大影响。
此外，由于智能穿戴领域的信息安全问题，使得其潜在功能得不到发挥，使得目前的智能可穿戴产品大多停留在运动辅助、身体监测阶段，智能穿戴设备由于其潜在的信息安全问题，其价值被大打折扣。
发明内容
技术问题：本发明提供一种智能穿戴设备与其他设备进行配对的一种方法，从源头拒绝风险设备的配对请求，可增加通信安全性，同时可拓宽智能穿戴设备的应用范围，方便用户生活。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种智能可穿戴设备与其他设备的安全配对方法，该方法包括首次配对之前的密钥生成、首次配对的个人密码设置、公钥交换和自动进行的常规配对三个部分；首次配对的个人密码设置用于交换双方的公钥，完成设备双方的首次认证；
该方法基于PKI非对称密钥体系，利用加密随机数的方法来验证双方的身份；智能穿戴设备或与其配对的设备的ROM中必须具备加密区域即密钥区，该区域拒绝一切外部访问；
首次配对之前的密钥对生成过程如下：
首次配对之前需产生密钥对，用户输入智能可穿戴设备的个人密码，执行生成密钥对指令，生成密钥对，将私钥存入密钥区，公钥存入普通ROM区，该指令只可被执行一次，即生成的密钥对将会被永久使用，不可更改；与智能可穿戴设备配对的另一方也需产生密钥对，将私钥存入密钥区，公钥存入普通ROM区；其密钥生成指令同样只可执行一次，密钥对将会被永久使用，不可修改；
首次配对过程如下：
为便于配对过程的描述，用字母A表示智能可穿戴设备，字母B表示与其配对的设备；
步骤21：用户输入个人密码，若密码正确则执行下一步，否则通信停止；
步骤22：建立A与B之间的蓝牙连接，A将其公钥KUA以明文形式发送给B；
步骤23：B产生一个随机数R1并保存，B用A的公钥KUA加密R1和自身的公钥KUB，将其发送给A；
步骤24：A收到密文后首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密B发送过来的密文，得到R1’和KUB并保存；
步骤25：A产生一个随机数R2并保存，A用KUB加密R1’和R2，并将其发送给B；
步骤26：B收到密文后首先从密钥区读取其私钥KRB，用KRB解密A发过来的密文，得到R1’和R2；
步骤27：B将得到的R1’的值与保存的R1值进行比较，如果相同则执行下一步，如果不同则停止通信；
步骤28：B用KUA加密R2发送给A，A收到B发送过来的密文后首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密A发来的密文得到R2’。
步骤29：A将得到的R2’与其保存的R2进行比较，若相同则执行下一步，若不同则停止通信；
步骤30：A、B清空随机数，将对方的公钥保存在ROM中留作下次配对使用；
步骤31：首次配对完成；
自动进行的配对的过程如下：
步骤40：A产生一个随机数R1并保存，A用B的公钥KUB加密R1并将其发送给B；
步骤41：B收到A发来的密文后，首先从密钥区读取私钥KRB，用KRB解密A发来的密文，得到R1’并将其保存；
步骤42：B生成随机数R2；
步骤43：B用A的公钥KUA加密R1’和R2，并将其发送给A；
步骤44：A收到密文后，首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密B发来的密文得到R1’和R2’；比较R1’和R1的值是否相等，如果相等则执行下一步，如果不相等则停止通信；
步骤45：A用B的公钥KUB加密R2’，并将其发送给B；
步骤46：B收到密文后，首先从密钥区读取其私钥KRB，用KRB解密A发来的密文得到R2’，比较R2’的值和R2是否相等，若相等则执行下一步，若不相等则停止通信；
步骤47：B向A发送消息，请求获得A的MAC地址；
步骤48：A用B的公钥KUB加密其MAC地址并将其发送给B；
步骤49：B收到密文后首先从密钥区读取其私钥KRB，用KRB解密A发来的密文得到A的MAC地址；
步骤50：B用A的公钥KUA加密A的MAC地址并将其发送给A；
步骤51：A收到B发来的密文后首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密B发来的密文得到MAC地址，与自身MAC地址进行比较，如果相同则执行下一步，如果不相同则重复步骤47－步骤51。
优选的，基于PKI非对称密钥体系，采用加密随机数的方法来验证双方身份。
优选的，个人密码是基于用户动作通过算法计算出来的，个人密码为智能可穿戴设备的运动轨迹，即用户做出特定动作，智能可穿戴设备中的陀螺仪记录相应轨迹，通过算法将轨迹计算出相应的个人密码。
有益效果：本发明可拓宽智能可穿戴设备的应用范围，方便用户生活。
附图说明
图1为首次配对流程图。
图2为常规配对流程图。
PKI-公钥基础设施；MAC-媒体访问控制。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明提供了一种智能可穿戴设备与其他设备的安全配对方法，该方法包括首次配对之前的密钥生成、首次配对的个人密码设置、公钥交换和自动进行的常规配对三个部分；首次配对的个人密码设置用于交换双方的公钥，完成设备双方的首次认证。
该方法基于PKI非对称密钥体系，利用加密随机数的方法来验证双方的身份；智能穿戴设备或与其配对的设备的ROM中必须具备加密区域即密钥区，该区域拒绝一切外部访问。
首次配对之前的密钥对生成过程如下：
首次配对之前需产生密钥对，用户输入智能可穿戴设备的个人密码，执行生成密钥对指令，生成密钥对，将私钥存入密钥区，公钥存入普通ROM区，该指令只可被执行一次，即生成的密钥对将会被永久使用，不可更改；与智能可穿戴设备配对的另一方也需产生密钥对，将私钥存入密钥区，公钥存入普通ROM区；其密钥生成指令同样只可执行一次，密钥对将会被永久使用，不可修改。
首次配对过程如下：
为便于配对过程的描述，用字母A表示智能可穿戴设备，字母B表示与其配对的设备；
步骤21：用户输入个人密码，若密码正确则执行下一步，否则通信停止；
步骤22：建立A与B之间的蓝牙连接，A将其公钥KUA以明文形式发送给B；
步骤23：B产生一个随机数R1并保存，B用A的公钥KUA加密R1和自身的公钥KUB，将其发送给A；
步骤24：A收到密文后首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密B发送过来的密文，得到R1’和KUB并保存；
步骤25：A产生一个随机数R2并保存，A用KUB加密R1’和R2，并将其发送给B；
步骤26：B收到密文后首先从密钥区读取其私钥KRB，用KRB解密A发过来的密文，得到R1’和R2；
步骤27：B将得到的R1’的值与保存的R1值进行比较，如果相同则执行下一步，如果不同则停止通信；
步骤28：B用KUA加密R2发送给A；
A收到B发送过来的密文后首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密A发来的密文得到R2’。
步骤29：A将得到的R2’与其保存的R2进行比较，若相同则执行下一步，若不同则停止通信；
步骤30：A、B清空随机数，将对方的公钥保存在ROM中留作下次配对使用；
步骤31：首次配对完成。
自动进行的配对的过程如下：
步骤40：A产生一个随机数R1并保存，A用B的公钥KUB加密R1并将其发送给B；
步骤41：B收到A发来的密文后，首先从密钥区读取私钥KRB，用KRB解密A发来的密文，得到R1’并将其保存；
步骤42：B生成随机数R2；
步骤43：B用A的公钥KUA加密R1’和R2，并将其发送给A；
步骤44：A收到密文后，首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密B发来的密文得到R1’和R2’；比较R1’和R1的值是否相等，如果相等则执行下一步，如果不相等则停止通信；
步骤45：A用B的公钥KUB加密R2’，并将其发送给B；
步骤46：B收到密文后，首先从密钥区读取其私钥KRB，用KRB解密A发来的密文得到R2’，比较R2’的值和R2是否相等，若相等则执行下一步，若不相等则停止通信；
步骤47：B向A发送消息，请求获得A的MAC地址；
步骤48：A用B的公钥KUB加密其MAC地址并将其发送给B；
步骤49：B收到密文后首先从密钥区读取其私钥KRB，用KRB解密A发来的密文得到A的MAC地址；
步骤50：B用A的公钥KUA加密A的MAC地址并将其发送给A；
步骤51：A收到B发来的密文后首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密B发来的密文得到MAC地址，与自身MAC地址进行比较，如果相同则执行下一步，如果不相同则重复步骤47－步骤51。
以上步骤基于PKI非对称密钥体系，采用加密随机数的方法来验证双方身份。
个人密码是基于用户动作通过算法计算出来的，个人密码为智能可穿戴设备的运动轨迹，即用户做出特定动作，智能可穿戴设备中的陀螺仪记录相应轨迹，通过算法将轨迹计算出相应的个人密码。
智能可穿戴设备指智能手环、智能手表、智能腕带、智能眼镜等智能穿戴物品。本发明提供智能穿戴设备与其他设备进行安全配对的一种方法，该方法基于PKI(公钥基础设施)非对称密钥体系，利用加密随机数的方法来验证双方的身份，由于安全性高，使得在配对的同时有对用户身份进行认证的作用，可拓宽智能可穿戴设备的应用领域。
本发明提供的智能可穿戴设备与其他设备的安全配对方法基于PKI非对称密钥体系，采用加密随机数的方法来验证双方身份。
配对分为首次配对和常规配对两种情况。
首次配对需人工操作，首次配对之后的常规配对是自动完成的无需手动操作。
个人密码是基于用户动作通过算法计算出来的，个人密码为智能可穿戴设备的运动轨迹，即用户做出特定动作，智能可穿戴设备中的陀螺仪记录相应轨迹，通过算法将轨迹计算出相应的个人密码。
在常规配对过程中最后有智能可穿戴设备MAC地址的址的校验过程，MAC地址发送不正确将会重发。
本发明要求智能穿戴设备或与其配对的设备的ROM中必须具备加密区域即密钥区，该区域拒绝一切外部访问。
个人密码动作设置：用户第一次使用智能穿戴设备进行配对之前必须为其设置个人密码，根据智能穿戴设备的特点，个人密码为智能可穿戴设备的运动轨迹，即用户做出特定动作，智能可穿戴设备中的陀螺仪记录相应轨迹，通过算法将轨迹计算出相应的个人密码。
首次配对，以手机和智能手环配对为例，首先打开手机和智能手环的蓝牙，并保持其处于可被发现状态。手机搜索可配对蓝牙设备，发现智能手环，手机连接智能手环，完成智能手环和手机之间的首次蓝牙配对。之后执行首次配对操作，即步骤21-步骤31。
常规配对，以智能手机和智能手环配对为例，与首次配对不同，之后的配对不需要人为操作，当智能手环检测到曾配对过的智能手机的蓝牙信号时，即自动进入常规配对步骤即步骤40-步骤51，智能手环对应的是A手机对应的是B。如此不需要用户的人为操作，可在短时间内完成自动配对。
常规配对过程不需要认为操作，当智能手环检测到已配对过的设备时可在短时间内完成自动配对。
以账号登录为例，一般情况下用户登陆邮箱、QQ或者进行网上购物时等软件时需输入账号密码，以此完成对用户的身份认证，过程较为繁琐，输入密码时风险较高，易被偷窥。利用本发明提供的方法可省去输入账号密码的麻烦，可自动完成对用户的身份认证。
以智能手环和带蓝牙功能的计算机为例，假设用户与计算机之间已完成首次配对，当智能手环检测到以配对计算机的蓝牙信号时即自动执行常规配对步骤40-51，完成智能手环和计算机之间的双向认证，由于智能手环佩戴在用户的身上，由此可确定用户的身份，由此可免去输入账号和密码的步骤。由于配对的高度安全性，当计算机和智能手环处于已配对状态时即可认定用户身份的合法性。
Claims (3)
1.一种智能可穿戴设备与其他设备的安全配对方法，其特征在于，该方法包括首次配对之前的密钥生成、首次配对的个人密码设置、公钥交换和自动进行的常规配对三个部分；首次配对的个人密码设置用于交换双方的公钥，完成设备双方的首次认证；
该方法基于PKI非对称密钥体系，利用加密随机数的方法来验证双方的身份；智能穿戴设备或与其配对的设备的ROM中必须具备加密区域即密钥区，该区域拒绝一切外部访问；
首次配对之前的密钥对生成过程如下：
首次配对之前需产生密钥对，用户输入智能可穿戴设备的个人密码，执行生成密钥对指令，生成密钥对，将私钥存入密钥区，公钥存入普通ROM区，该指令只可被执行一次，即生成的密钥对将会被永久使用，不可更改；与智能可穿戴设备配对的另一方也需产生密钥对，将私钥存入密钥区，公钥存入普通ROM区；其密钥生成指令同样只可执行一次，密钥对将会被永久使用，不可修改；
首次配对过程如下：
为便于配对过程的描述，用字母A表示智能可穿戴设备，字母B表示与其配对的设备；
步骤21：用户输入个人密码，若密码正确则执行下一步，否则通信停止；
步骤22：建立A与B之间的蓝牙连接，A将其公钥KUA以明文形式发送给B；
步骤23：B产生一个随机数R1并保存，B用A的公钥KUA加密R1和自身的公钥KUB，将其发送给A；
步骤24：A收到密文后首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密B发送过来的密文，得到R1’和KUB并保存；
步骤25：A产生一个随机数R2并保存，A用KUB加密R1’和R2，并将其发送给B；
步骤26：B收到密文后首先从密钥区读取其私钥KRB，用KRB解密A发过来的密文，得到R1’和R2；
步骤27：B将得到的R1’的值与保存的R1值进行比较，如果相同则执行下一步，如果不同则停止通信；
步骤28：B用KUA加密R2发送给A；
A收到B发送过来的密文后首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密A发来的密文得到R2’。
步骤29：A将得到的R2’与其保存的R2进行比较，若相同则执行下一步，若不同则停止通信；
步骤30：A、B清空随机数，将对方的公钥保存在ROM中留作下次配对使用；
步骤31：首次配对完成；
自动进行的配对的过程如下：
步骤40：A产生一个随机数R1并保存，A用B的公钥KUB加密R1并将其发送给B；
步骤41：B收到A发来的密文后，首先从密钥区读取私钥KRB，用KRB解密A发来的密文，得到R1’并将其保存；
步骤42：B生成随机数R2；
步骤43：B用A的公钥KUA加密R1’和R2，并将其发送给A；
步骤44：A收到密文后，首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密B发来的密文得到R1’和R2’；比较R1’和R1的值是否相等，如果相等则执行下一步，如果不相等则停止通信；
步骤45：A用B的公钥KUB加密R2’，并将其发送给B；
步骤46：B收到密文后，首先从密钥区读取其私钥KRB，用KRB解密A发来的密文得到R2’，比较R2’的值和R2是否相等，若相等则执行下一步，若不相等则停止通信；
步骤47：B向A发送消息，请求获得A的MAC地址；
步骤48：A用B的公钥KUB加密其MAC地址并将其发送给B；
步骤49：B收到密文后首先从密钥区读取其私钥KRB，用KRB解密A发来的密文得到A的MAC地址；
步骤50：B用A的公钥KUA加密A的MAC地址并将其发送给A；
步骤51：A收到B发来的密文后首先从密钥区读取其私钥KRA，用KRA解密B发来的密文得到MAC地址，与自身MAC地址进行比较，如果相同则执行下一步，如果不相同则重复步骤47－步骤51。
2.根据权利要求1所述的智能可穿戴设备与其他设备的安全配对方法，其特征在于：基于PKI非对称密钥体系，采用加密随机数的方法来验证双方身份。
3.根据权利要求1所述的智能可穿戴设备与其他设备的安全配对方法，其特征在于：个人密码是基于用户动作通过算法计算出来的，个人密码为智能可穿戴设备的运动轨迹，即用户做出特定动作，智能可穿戴设备中的陀螺仪记录相应轨迹，通过算法将轨迹计算出相应的个人密码。
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