CN105827396B - 一种车载天线与机顶盒通信加密方法 - Google Patents

一种车载天线与机顶盒通信加密方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种车载天线与机顶盒通信加密方法，属于通信加密技术领域。它解决了车载机顶盒与车载天线通信容易被复制和监视的问题。本方法包括以下步骤：A、在天线和机顶盒上双方共同约定一组相同的明文段作为固定码；B、机顶盒发送读取包含自身ID号的随机码给车载天线，车载天线收到随机码和固定码组合成对应的明文并计算出查询码，并返回给机顶盒；C、机顶盒根据随机码和固定码以同样的方式计算组合成对应的明文并计算出校验码；D、比对查询码和校验码，完全相同，则车载机顶盒激活开始正常工作，否则继续等待。通过机顶盒和天线的这种高强度加密行为，使其无法被监视和复制。有效防止机顶盒用于车载之外的用途。

Description

一种车载天线与机顶盒通信加密方法
技术领域
本发明属于通信加密技术领域，涉及一种车载天线与机顶盒通信加密方法。
背景技术
数字电视机顶盒是一种将数字电视信号转换成模拟信号的变换设备，它对经过数字化压缩的图像和声音信号进行解码还原，产生模拟的视频和声音信号，目前，数字电视机顶盒被普遍使用，机顶盒技术也已得到较快的发展，不仅在固定的环境中已得到广泛使用，还逐步应用在移动的环境中，主要应用在私家车、公交车、出租车、地铁等交通工具上公交车等，以满足移动人群接收实时资讯的需求。现有车载天线和机顶盒都是没有通信加密或者使用简单加密导致机顶盒容易流入普通家用市场。
且中国专利文献公开了申请号为201310176707.3的一种识别机顶盒身份的车载DVB条件接收系统，包括：智能卡和与智能卡对应的机顶盒，智能卡将伪随机流发送给机顶盒，得到并输出加密后的第一加密伪随机流，智能卡根据接收到的机顶盒发送的机顶盒编号在内部加密存储的机顶盒信息中解密寻找机顶盒的机顶盒编号对应的终端密钥，使用寻找到的终端密钥对伪随机流加密，得到第二加密伪随机流，将第一加密伪随机流和第二加密伪随机流进行比较，如果相同，则启动节目的解密解扰。在保证智能卡用户个人密钥PDK不被轻易破解的同时，能够对智能卡插入的多个机顶盒身份进行验证。该发明接收车载地面波电视接收系统对机顶盒和智能卡的直接通信链路进行秘钥和伪随机流XOR运算进行加密，但该加密方案的安全性并不高。就算是应用到车载天线中也起不到防止车载机顶盒流入家用市场的目的。
发明内容
本发明针对现有的技术存在上述问题，提出了一种车载天线与机顶盒通信加密方法，该方法解决了车载机顶盒与车载天线通信容易被复制和监视的问题。
本发明通过下列技术方案来实现：一种车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A、在车载天线和车载机顶盒上双方共同约定一组相同的明文段作为固定码；
B、车载机顶盒发送读取自身内部包含自身ID号的随机码给车载天线，车载天线收到随机码和约定的固定码组合成对应的明文并计算出查询码，车载天线把计算得到的查询码发回给车载机顶盒；
C、车载机顶盒根据发送给车载天线相同的随机码和约定的固定码以步骤B中同样的方式计算组合成对应的明文并计算出校验码；
D、步骤B中的查询码和步骤C中形成的校验码进行比对，查询码和校验码完全相同，则车载机顶盒激活开始正常工作，否则车载机顶盒继续等待车载天线发送查询码指令。
车载机顶盒与任意天线进行随意通信的结果就造成了车载机顶盒流入到普通家用市场，这不符合国家对车载机顶盒使用卫星电视接收系统时只能用于车载市场的要求。具体通过在车载天线和车载机顶盒上各有一组相同长度和内容且由双方共同约定的明文段作为固定码，车载机顶盒发送包含自身ID号的随机码。车载天线收到自身ID号的随机码，随机码与明文段组合成的明文且计算其查询值并返回给车载机顶盒。车载机顶盒以同样方式组合出明文并计算出校验码，并与车载天线返回的查询码对比，如果两者完全相同，车载机顶盒开始正常工作；否则，车载机顶盒继续等待车载天线返回查询码指令。通过车载机顶盒和车载天线的这种高强度加密行为，形成车载天线与车载机顶盒的配套独有通信方式使其无法被监视和复制。防止有人使用特殊硬件模拟车载天线给车载天线专用的机顶盒发送数据，使之被用于车载之外的用途。如防止了车载机顶盒被用于家用卫星锅接收或者其他非车载卫星电视的用途。
在上述的车载天线与机顶盒通信加密方法中，所述步骤B中随机码为车载机顶盒通过读取自身悬空的引脚数值作为随机种子来产生随机序列和ID码组合而成。由此产生的随机序列更具有随机性，不容易被读取或解读。从而实现了通信协议无法被监视和复制的目的。
在上述的车载天线与机顶盒通信加密方法中，所述步骤B和C中，把随机码和固定码作为源数据进行MD5函数计算得到16Bytes长度数据。查询码和校验码为16Bytes长度数据。MD5函数是一种能够把任意长度的数据经过一系列运算后处理成一串16Bytes长度数据的算法。MD5函数具有源数据很小的变化就能导致生产的16Bytes长度数据完全不同的特点，因此产生的16Bytes长度数据更具有独有性，保密效果更好。同时通过16Bytes长度数据还原源数据几乎不可能，不容易被破解。从而实现了通信协议无法被监视和复制的目的。
在上述的车载天线与机顶盒通信加密方法中，所述固定码为8Bytes长度明文段，随机码为7Bytes随机序列和1Bytes机顶盒的ID码组成，在MD5函数计算过程中先通过字符串补齐函数将长度小于设定长度的字符串补齐到对应位数的数组，补齐后的数组作为MD5函数计算的一个组参数。这里保证了MD5函数对与任意随机数生产函数并能够计算对应的查询码或校验码。增加加密破解难度，防止机顶盒被破解流入家用市场。
在上述的车载天线与机顶盒通信加密方法中，所述车载天线通过问询传播方式与所有连接车载天线的机顶盒进行一一识别确认，车载天线与已开启且回答正确的车载机顶盒确认通信。这里用于一个车载天线连接多个车载机顶盒时能够快速识别是否有机顶盒开启。即为车载天线对车载机顶盒的问询模式。
在上述的车载天线与机顶盒通信加密方法中，在开机阶段，所述车载天线对连接的所有车载机顶盒根据ID字节顺序在定时时间内进行若干遍的轮询，定时时间结束后，车载天线对新加入的未通过验证的车载机顶盒进行验证。这里实现了对新加入车载机顶盒进行快速识别且进入验证阶段的目的。
在上述的车载天线与机顶盒通信加密方法中，所述车载天线在对车载机顶盒的查询校验前从发出询问指令时等待ID码字节返回完成问询的时间为ID码对应乘以设定时间值。该方式即防止了总线冲突并起到了快速问询检查是否有车载机顶盒开启在针对多个车载机顶盒时能够分别进行查询校验。
在上述的车载天线与机顶盒通信加密方法中，所述车载天线和车载机顶盒的通信方式为串口加载波的半双工总线通信方式，每次问询都必须由天线发起。在半双工的总线上，为了防止总线冲突，从机只有在收到主机的指令后才能发送数据，所以刚刚启动的机顶盒无法立即向天线报告启动信息。而是采用了问询和查询的机制，即先用速度较快的问询方式检查是否有机顶盒开启，然后用速度较慢的查询方式用MD5校验激活新开的机顶盒，如果没有新车载开机顶盒，则只消耗很短的问询时间，达到在省时间的同时又不漏过任何新车载开机顶盒的效果。
在上述的车载天线与机顶盒通信加密方法中，在开机阶段，所述车载天线进行端口和串口初始化，车载天线向车载机顶盒请求设置参数，开始搜索并锁定卫星，并向车载机顶盒发送锁定状态。针对接收频率、极化方式等进行设置，确保车载天线的正常工作状态。
在上述的车载天线与机顶盒通信加密方法中，所述车载天线为主机，车载机顶盒为从机，车载天线在正常工作上一直向车载机顶盒广播包括车载天线工作状态、当前仰角、方位角、信号强度的数据。无论车载机顶盒是否通过验证，车载天线的相关工作状态、当前仰角、方位角、信号强度等信息数据不需要车载机顶盒应答广播给机顶盒。保证车载机顶盒能够第一时间得到车载天线的当前状态信息。
与现有技术相比，本车载天线与机顶盒通信加密方法具有以下优点：
1、本发明通过MD5函数计算方式对固定码和随机码进行组码后验证确定车载机顶盒连接车载天线并激活车载机顶盒，将MD5函数应用到车载卫星天线和电视机顶盒通信中增加了加密破解难度。
2、本发明通过读取悬空的引脚数值作为随机种子来产生随机数，本随机码产生方式产生的随机序列更具有随机性。加密程度更高，不容易被破解。
3、本发明通过串口加载波的半双工总线通信方式，先用速度较快的问询方式检查是否有机顶盒开启，然后用速度较慢的查询方式用MD5校验激活新开的机顶盒，如果没有新开机顶盒，则只消耗很短的问询时间，达到在省时间的同时又不漏过任何新开机顶盒的效果。
4、本发明分别通过对应机顶盒ID码乘以定时等待时间的方式等待问询结果，保证了一车载天线对应连接多个车载机顶盒时进行快速一一对应问询确认开机及验证。
附图说明
图1是车载天线的流程框图；
图2是车载机顶盒的流程框图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-2所示，本车载天线与机顶盒通信加密方法具体包括以下步骤：
A、在车载天线和车载机顶盒上双方共同约定一组相同的明文段作为固定码；
B、车载机顶盒发送读取自身内部包含自身ID号的随机码发送给车载天线，车载天线收到随机码和约定的固定码组合成对应的明文并计算出查询码，车载天线把计算得到的查询码发回给车载机顶盒；随机码为车载机顶盒通过读取自身悬空的引脚数值作为随机种子来产生随机序列和ID码组合而成。由此产生的随机序列更具有随机性，不容易被读取或解读。从而实现了通信协议无法被监视和复制的目的。
C、车载机顶盒根据发送给车载天线相同的随机码和约定的固定码以步骤B中同样的方式计算组合成对应的明文并计算出校验码；把随机码和固定码作为源数据进行MD5函数计算得到16Bytes长度数据。查询码和校验码为16Bytes长度数据。MD5函数是一种能够把任意长度的数据经过一系列运算后处理成一串16Bytes长度数据的算法。MD5函数具有源数据很小的变化就能导致生产的16Bytes长度数据完全不同的特点，因此产生的16Bytes长度数据更具有独有性，保密效果更好。同时通过16Bytes长度数据还原源数据几乎不可能，不容易被破解。从而实现了通信协议无法被监视和复制的目的。
D、步骤B中的查询码和步骤C中形成的校验码进行比对，查询码和校验码完全相同，则车载机顶盒激活开始正常工作，否则车载机顶盒继续等待车载天线发送查询码指令。固定码为8Bytes长度明文段，随机码为7Bytes随机序列和1Bytes机顶盒的ID码组成，在MD5函数计算过程中先通过字符串补齐函数将长度小于设定长度的字符串补齐到对应位数的数组，补齐后的数组作为MD5函数计算的一个组参数。这里保证了MD5函数对与任意随机数生产函数并能够计算对应的查询码或校验码。增加加密破解难度，防止机顶盒被破解流入家用市场。
车载天线为主机，车载机顶盒为从机，车载天线在正常工作上一直向车载机顶盒广播包括天线工作状态、当前仰角、方位角、信号强度的数据。无论机顶盒是否通过验证，车载天线的相关工作状态、当前仰角、方位角、信号强度等信息数据不需要机顶盒应答广播给机顶盒。保证机顶盒能够第一时间得到车载天线的当前状态信息。在开机阶段，车载天线进行端口和串口初始化，车载天线向机顶盒请求设置参数，开始搜索并锁定卫星，并向机顶盒发送锁定状态。车载天线对连接的所有车载机顶盒根据ID字节顺序在定时时间内进行若干遍的轮询，定时时间结束后，车载天线对新加入的未通过验证的车载机顶盒进行验证。这里实现了对新加入车载机顶盒进行快速识别且进入验证阶段的目的。车载天线在对车载机顶盒的查询校验前从发出询问指令时等待ID码字节返回完成问询的时间为ID码对应乘以设定时间值。该方式即防止了总线冲突并起到了快速问询检查是否有车载机顶盒开启在针对多个车载机顶盒时能够分别进行查询校验。
车载天线和车载机顶盒的通信方式为串口加载波的半双工总线通信方式，每次问询都必须由天线发起。在半双工的总线上，为了防止总线冲突，从机只有在收到主机的指令后才能发送数据，所以刚刚启动的机顶盒无法立即向天线报告启动信息。而是采用了问询和查询的机制，即先用速度较快的问询方式检查是否有机顶盒开启，然后用速度较慢的查询方式用MD5校验激活新开的机顶盒，如果没有新开机顶盒，则只消耗很短的问询时间，达到在省时间的同时又不漏过任何新开机顶盒的效果。通过问询传播方式与所有连接车载天线的机顶盒进行一一识别确认，车载天线与已开启且回答正确机顶盒确认通信。这里用于一个车载天线连接多个车载机顶盒时能够快速识别是否有机顶盒开启。即为车载天线对车载机顶盒的问询模式。
以下是本发明车载天线与机顶盒通信加密方法的工作原理：
车载天线作为主机，车载机顶盒作为从机，在工作中，车载天线无车载机顶盒相互通信，在通信时进行验证。而车载机顶盒作为车载天线的从机只能在天线给予询问时进行答复，不做主动式的答复。这也间接的防止了车载机顶盒只能与车载天线相互配合使用，车载天线开始后，在开机阶段，端口合格串口数据进行初始化，同时向机顶盒获取设定的参数，该机顶盒为设定的任意试运行机顶盒，车载天线搜索并锁定卫星，同时把锁定的卫星信号状态发送给机顶盒。本实施例中假设车载天线中连接有50台车载机顶盒，则每个机顶盒按1-50的序号作为ID号，此时车载天线向连接的所有车载机顶盒进行多遍轮询，这里最好是2-3遍，本实施例轮询3遍。同时列举发送0x55开头，指令字0x01，ID号1-50，结尾是0x0D,0x0A的帧数据，在机顶盒确认天线发送的开头、指令、结尾及ID等正确时，机顶盒答询ID码进行应答确定开机，与对应ID的机顶盒建立通信。
同时在车载天线和车载机顶盒上各有一组相同长度和内容且由双方共同约定的明文段作为固定码，车载机顶盒发送包含自身ID号的随机码。车载天线收到自身ID号的随机码，随机码与明文段组合成的明文且计算其查询值并返回给车载机顶盒。车载机顶盒以同样方式组合出明文并计算出校验码，并与车载天线返回的查询码对比，如果两者完全相同，车载机顶盒开始正常工作；否则，车载机顶盒继续等待车载天线返回查询码指令。车载机顶盒与任意天线进行随意通信的结果就造成了车载机顶盒流入到普通家用市场，这不符合国家对车载机顶盒使用卫星电视接收系统时只能用于车载市场的要求。通过车载机顶盒和车载天线的这种高强度加密行为，形成车载天线与车载机顶盒的配套独有通信方式使其无法被监视和复制。防止有人使用特殊硬件模拟车载天线给车载天线专用的机顶盒发送数据，使之被用于车载之外的用途。如防止了车载机顶盒被用于家用卫星锅接收或者其他非车载卫星电视的用途。
同时在正常工作过程中，开启定时时间，定时时间一般为2-4秒询问一次，正常工作时发送天线状态信息、角度等给车载机顶盒，机顶盒不用做出回应。等定时时间到了时，发送问询指令即等待车载机顶盒发送ID字节进行回应。等待时间为30-60ms收到回应后确认收到的字节是不是1-50区间的，是1-50区间的针对对应ID号的机顶盒进行查询和验证。同时如果不是50区间内的，50台机顶盒全部轮询1遍。从而进入正常工作状态。
而车载机顶盒的工作状态如图2，在确定车载天线发送的问询信号数据开头、结尾指令集ID为正确后进行验证，问询答复出现错误则向下一个进行ID机顶盒进行问询，延时时间为自己ID号乘以设定时间，这里使用了1.1ms。按要求延时后发送自己的ID字节给车载天线，车载机顶盒进入待激活状态。机顶盒在验证过程中发送包含ID号的随机码给车载天线，天线根据固定码和随机码通过MD5函数计算查询码并发送给机顶盒，机顶盒接收查询码，通过相同的MD5函数及计算方式计算约定的固定码和随机码产生校验码，比对查询码和校验码是否相同，相同则校验成功。发送校验成功信息返回给车载天线。同时机顶盒激活进入正常工作状态。
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。

Claims (10)

1.一种车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
A、在车载天线和车载机顶盒上双方共同约定一组相同的明文段作为固定码；
B、车载机顶盒发送读取自身内部包含自身ID号的随机码给车载天线，车载天线收到随机码和约定的固定码组合成对应的明文并计算出查询码，车载天线把计算得到的查询码发回给车载机顶盒；
C、车载机顶盒根据发送给车载天线相同的随机码和约定的固定码以步骤B中同样的方式计算组合成对应的明文并计算出校验码；
D、步骤B中的查询码和步骤C中形成的校验码进行比对，查询码和校验码完全相同，则车载机顶盒激活开始正常工作，否则车载机顶盒继续等待车载天线发送查询码指令。
2.根据权利要求1所述的车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，所述步骤B中随机码为车载机顶盒通过读取自身悬空的引脚数值作为随机种子来产生随机序列和ID码组合而成。
3.根据权利要求1或2所述的车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，所述步骤B和C中，把随机码和固定码作为源数据进行MD5函数计算得到16Bytes长度数据。
4.根据权利要求3所述的车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，所述固定码为8Bytes长度明文段，随机码为7Bytes随机序列和1Bytes机顶盒的ID码组成，在MD5函数计算过程中先通过字符串补齐函数将长度小于设定长度的字符串补齐到对应位数的数组，补齐后的数组作为MD5函数计算的一个组参数。
5.根据权利要求1或2所述的车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，所述车载天线通过问询传播方式与所有连接车载天线的车载机顶盒进行一一识别确认，车载天线与已开启且回答正确的车载机顶盒确认通信。
6.根据权利要求5所述的车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，在开机阶段，所述车载天线对连接的所有车载机顶盒根据ID字节顺序在定时时间内进行若干遍的轮询，定时时间结束后，车载天线对新加入的未通过验证的车载机顶盒进行验证。
7.根据权利要求6所述的车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，所述车载天线在对车载机顶盒的查询校验前从发出询问指令时等待ID码字节返回完成问询的时间为ID码对应乘以设定时间值。
8.根据权利要求1或2所述的车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，所述车载天线和车载机顶盒的通信方式为串口加载波的半双工总线通信方式，每次问询都必须由天线发起。
9.根据权利要求1或2所述的车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，在开机阶段，所述车载天线进行端口和串口初始化，车载天线向车载机顶盒请求设置参数，开始搜索并锁定卫星，并向机顶盒发送锁定状态。
10.根据权利要求1或2所述的车载天线与机顶盒通信加密方法，其特征在于，所述车载天线为主机，车载机顶盒为从机，车载天线在正常工作上一直向车载机顶盒广播包括车载天线工作状态、当前仰角、方位角、信号强度的数据。
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