CN107154847B - 面向离线环境的密码生成方法、验证方法及其智能设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在离线环境中使用的密码生成方法及相应的密码验证方法，同时也公开了采用该方法的智能设备。在该密码生成方法中，智能设备基于智能设备信息生成加密参数，然后根据当前系统时间进行数据压缩；生成完整性校验字节，结合密钥对增加了完整性校验字节的数据进行加密处理，获得一组加密数据；基于该加密数据生成密码。本发明所提供的密码生成方法及密码验证方法可以大规模应用于所有需要随机密码认证，或者带有时间有效期认证的各种应用场合。

Description

面向离线环境的密码生成方法、验证方法及其智能设备

技术领域

本发明涉及一种可以在离线环境中使用的密码生成方法及相应的密码验证方法，同时也涉及采用该密码生成方法及验证方法的智能设备，属于智能硬件技术领域。

背景技术

当前，在“互联网+”的发展潮流推动下，各种具备互联网接入功能的智能设备正在蓬勃发展之中。此类智能设备普遍具备一个特点，就是支持用户通过手机APP(应用软件)或者PC端实现远程操作和管理。在远程操作和管理的过程中，用户的身份认证是必不可少的关键环节之一，手机APP或者PC端只有通过身份认证才可以拥有操作智能设备的权限。

在现有技术中，大部分智能设备实现身份认证的方式是：服务器远程生成的密码一方面通过互联网下发至智能设备(例如智能门锁)，另一方面也同时将该密码发送给用户的手机或PC端。该智能设备通过识别手机APP或者PC端输入的密码，确认手机APP或者PC端是否具有操作权限。如果密码正确的话，则赋予该手机APP或者PC端相应的操作权限。

实践中，上述身份认证方式存在两方面的问题：一是大部分智能设备接入互联网的稳定性很差，一旦智能设备处于离线状态，那么远程操作和管理就陷入瘫痪，甚至很多智能设备不具有持续接入互联网的条件，因为这牵涉到诸如能耗、无线连接性能等多重因素；二是在智能设备接入互联网的情况下，网络安全风险很大。一旦下行链路遭到网络攻击，密码很容易被泄露。而在智能设备上采用高安全性的互联网接入方案，往往因成本过高而难以推广。因此，目前很多智能设备不考虑设置互联网接入功能，这样就无法实现对智能设备的远程操作和管理。

在申请号为201410809827.7的中国发明申请中，公开了一种开放系统下的智能门锁加密、解密及认证方法。在该认证方法中，智能门锁内设有与同步数据自动离线同步更新的窗口数据，智能门锁首先对同步数据和窗口数据进行核对，通过后再对身份认证数据进行核对，若同步数据和窗口数据核对不通过，则不再进行身份认证数据的核对。其中，同步数据与窗口数据采用相同算法实现自动离线同步。具体地说，同步数据与窗口数据采用时间或者认证次数作为自动离线同步的基准。但是，上述离线同步方案的同步基准仅为时间或者认证次数，适用范围相对有限。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种可以在离线环境中使用的密码生成方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种可以在离线环境中使用的密码验证方法。

本发明所要解决的又一技术问题在于提供一种采用上述密码生成方法及密码验证方法的智能设备。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种密码生成方法，用于生成智能设备在离线环境中使用的密码，所述智能设备在首次使用的安装过程中，随机产生的密钥以及对应的智能设备信息同步到服务器中，包括如下步骤：

基于所述智能设备信息生成加密参数，然后根据当前系统时间进行数据压缩；

生成完整性校验字节，结合所述密钥对增加了所述完整性校验字节的数据进行加密处理，获得一组加密数据；

基于所述加密数据生成密码。

其中较优地，将所述加密数据进行数据压缩，并将数据压缩后的十六进制数据转换成十进制数据，作为密码发送给用户。

其中较优地，在进行身份验证的使用场景中，将用户身份信息作为所述加密参数的一部分参与加密。

其中较优地，在需要生成特定时间段内有效的密码时，将密码使用时间作为所述加密参数的一部分参与加密。

其中较优地，采用TEA加密算法生成所述完整性校验字节。

其中较优地，采用RC4加密算法，结合所述密钥对增加了所述完整性校验字节的数据进行加密处理。

一种密码验证方法，用于智能设备在离线环境中验证上述密码，包括如下步骤：

智能设备接收到所述密码之后，结合密钥获得未加密的数据；

所述智能设备基于自身的智能设备信息和当前系统时间生成完整性校验字节，验证所述完整性校验字节是否与所述未加密的数据中匹配；如果匹配，则进行下一步的解析操作，如果不匹配，则确认所述密码错误。

其中较优地，在所述解析操作中，所述智能设备根据当前系统时间，结合从所述密码中还原出来的加密参数进行比较，根据比较结果判断输入密码的用户是否有权限对该智能设备进行操作。

其中较优地，所述加密参数包括密码使用时间和/或用户身份信息。

一种智能设备，具有内置的加解密算法模块，在所述加解密算法模块中执行上述的密码生成方法和上述的密码验证方法。

其中较优地，在首次使用的安装过程中，所述智能设备随机产生的密钥以及对应的智能设备信息同步到服务器中。

其中较优地，所述智能设备为智能遥控门锁或智能保险柜。

与现有技术相比较，本发明所提供的密码生成方法及密码验证方法可以大规模应用于所有需要随机密码认证，或者带有时间有效期认证的各种应用场合。即便在安防设备无法接入互联网的情况下，也可以通过该密码生成方法远程生成开启密码。

附图说明

图1为本发明所提供的面向离线环境的密码生成方法的流程图；

图2为本发明的第一实施例中，智能遥控门锁的初始化过程流程图；

图3为本发明的第一实施例中，智能遥控门锁的密码识别过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容展开详细具体的说明。

图1为本发明所提供的面向离线环境的密码生成方法的流程图。在该密码生成方法中，以智能设备信息(硬件设备ID号、设备名称等)，密钥，当前系统时间，密码使用时间(包括开始时间和结束时间)，用户身份信息为五元组为基础，在服务器生成智能设备进行身份认证所需的密码。在上述的五元组中，智能设备信息，密钥和当前系统时间是任何情况都必不可少的；密码使用时间和用户身份信息则可以根据实际场景的需要选择使用。例如在需要进行身份权限验证的使用场景中，需要用到用户身份信息参与加密；在需要生成特定时间段内有效的密码时，需要用到密码使用时间这一信息参与加密。

在本发明的一个实施例中，在智能设备首次使用的安装过程中，智能设备随机产生的密钥以及对应的智能设备信息需要同步到服务器中。此后，智能设备可以与服务器保持连接，也可以不再保持连接。服务器首先将智能设备信息如硬件设备ID号等生成一组加密参数，然后根据当前系统时间进行数据压缩。在本发明的另一个实施例中，服务器也可以将硬件设备ID号、密码使用时间、用户身份信息等数据组合在一起生成一组加密参数，然后根据当前系统时间进行数据压缩。下面通过一个具体示例进行说明。

首先，假设智能设备的硬件设备ID号为：0xA3，密钥为：0x12，当前系统时间为：2016年2月23日9时40分40秒，具有权限的用户身份信息为：0x08，同时该密码为以当前时间开始的有效期为2小时的密码。在此需要说明的是：以上假设的硬件设备ID号、密钥以及用户身份信息等都进行了简化。实际的硬件设备ID号可以根据需要占用更多的字节。由于密钥的长度越长越安全，因此可以使用更多位数的密钥。

根据以上假设数据进行具体实现：

1.对时间进行数据压缩，根据该用户身份的使用权限，可以确定此次生成的密码类型为时效从当前时间开始的动态密码，说明在时间在不是2016年2月23日这一天肯定不能用，那么以当前的日期2016年2月23日转换为具体的十六进制数据：0x07E0，0x02，0x17，与密钥(或者密钥的部分)生成一个新的密钥，该密钥对9时40分40秒(将该时间转换为从0点开始的分钟数，可以简化到2个字节，即0x0244能表达全当前时间9时40分40秒)进行加密，这样当前时间可以用2个字节就表示全，假设通过加密算法把0x0244加密成0xABCD。

2.将具有权限的用户身份信息0x08和时间0xABCD进行数据的融合，那么总共三个字节，为了增加安全可靠性，增加一个字节满足完整性要求，那么该密码总共为4个字节。

接下来，本发明采用TEA(Tiny Encryption Algorithm)加密算法生成完整性校验字节。接下来，采用RC4加密算法并结合上述的密钥对增加了完整性校验字节的数据进行加密处理。需要说明的是，上面提到的TEA加密算法和RC4加密算法仅仅是举例说明，在本发明的实施过程中并不限于上述的加密算法，其它加密算法例如DES(Data EncryptionStandard)、AES(Advanced Encryption Standard)、RSA、DSA(Digital SignatureAlgorithm)和ECC(Elliptic Curves Cryptography)等也可以被用来实现本发明。

在本发明中，完整性校验字节的作用在于保证压缩前后的用户身份信息和当前系统时间信息是完整一致的。在生成完整性校验字节的时候，可以将智能设备信息也加入到该需要加密的数据中。根据以上假设，我们可以得到{0x08，0xCD，0xAB，0xA3}这四个数据，同时我们使用密钥0x02对该数组进行加密，假设得到加密后的数据的第一个字节0xB5，这样我们可以得到一组加密数据：{0x08，0xCD，0xAB，0xB5}。该加密数据可以直接作为密码分发，也可以进行必要处理后再分发。

最后，在加密处理完成之后进行数据压缩，并将数据压缩后的十六进制数据转换成十进制数据(该步骤中的具体操作为可选项)，便可生成相应的密码并发送给用户。举例来说，假设得到的另一组加密数据为{0xFA，0xDC，0x12，0xA3}，将该8位十六进制数转换成十进制数“4208726691”，这样可以把该十进制数组作为密码发给客户，让客户在使用智能设备时验证其是否有权限，以及具有什么权限。

从上述实施例可以看出，由于在加密过程中使用了当前系统时间的信息，可以相应减少密码使用时间(包括开始时间和结束时间)的信息量(即占用字节数)。举例来说，采用按位操作或者结合智能设备的生产时间进行优化，例如当前已经是2016年，那么智能设备的基点时间为2016年1月1日，可以通过各种方式将时间信息压缩到最小位数。同时，通过当前系统时间的年月日可以对时间进行加密，在智能设备处根据当前系统时间进行解码操作，如果两者日期不一致，那么解码出来的数据肯定是错误的。

下面，进一步介绍本发明所提供的面向离线环境的密码验证方法。该密码验证方法的实现过程相当于加密方法的逆向过程，即用户在智能设备处输入上述的密码后，根据输入的密码数据进行解密操作。前已述及，密钥由智能设备随机产生。在智能设备安装的时候，将随机产生的密钥以及对应的智能设备信息同步到服务器端。在此基础上，密码验证过程(即解密过程)中智能设备并不需要连接互联网。它可以根据其内置的加解密算法模块(该模块可以以软件或者固件方式预置在智能设备中)进行上述加密过程的逆运算，从密码数据中还原出相应的加密参数。该加密参数可以包括硬件设备ID号、密码使用时间、用户身份信息等数据中的一个或多个。

另一方面，智能设备可以直接获取自身的智能设备信息(硬件设备ID号、设备名称等)，通过上述的TEA加密算法对获取的智能设备信息进行加密，然后验证所生成的完整性校验字节是否跟上述解密操作中获得的相应数据匹配？如果两者是匹配的，那么说明智能设备所接收到的密码数据是正确的。接下来，针对该密码进行下一步的解析操作；如果不匹配，则确认该密码错误，不再进行后续操作。

在接下来的解析操作中，智能设备根据自身的当前系统时间，结合从该密码中还原出来的密码使用时间、用户身份信息等加密参数进行比较，根据比较结果判断输入密码的现有用户是否有权限对该智能设备进行相应的操作。例如当前系统时间不在该密码使用时间的范围内，说明从密码设置到解密验证的整个操作环节中，至少有一个环节存在错误，因此不应授予输入密码的现有用户相应的操作权限。而如果当前系统时间在该密码使用时间的范围内，智能设备还可以根据其内置的解密算法模块中预置的信息对不同的用户身份信息赋予不同的使用权限，例如用户名为XXX的为超级用户，赋予其操作智能设备的全部权限；用户名为其它的则为普通用户，在智能设备的操作权限上受到一定范围的限制。

下面，仍然通过一个具体示例进行说明。在上文提供的实施例中，我们得到了密码“4208726691”。

首先，智能设备接收到使用者通过按键面板输入的密码“4208726691”，将其转换成十六进制的数据{0xFA，0xDC，0x12，0xA3}，这样智能设备通过对应的解密算法和对应的密钥进行解码运算，可以得到未加密的数据{0x08，0xCD，0xAB，0xB5}。

接下来，验证密码数据的完整性，确认里面的数据是否被篡改。根据以上说明，我们可以得到的数据为{0x08，0xCD，0xAB，0xB5}，同时我们知道硬件设备ID号为0xA3，因此我们可以得到数据{0x08，0xCD，0xAB，0xA3}这四个数据，我们使用密钥0x02对该数组进行加密，得到加密后的数据的第一个字节0xB5，跟实际接收到的数据一致，那么可以确定密码数据是完整的，同时可以得到身份信息0x08，以及加密压缩的时间信息为0xABCD。

下一步，我们需要将准确的时间信息解码出来。我们已经知道加密压缩的时间信息为0xABCD，同时我们可以获得硬件的当前系统时间为2016年2月23日XX时XX分XX秒，因此可以根据硬件设备的密钥和日期2016年2月23日转换为具体的十六进制数据：0x07E0，0x02，0x17，组合成该日期解码的新密钥，这样我们可以解码出当前的时间0x0244，假设当前的硬件设备日期不对，那么解码出来的当前时间肯定不是0x0244。

由此，我们最终可以确定：具有智能设备使用权限的用户身份信息以及时间信息，确定特定用户是否有使用该硬件设备的权限和准确的使用时间段。

需要说明的是，上述密码生成方法和密码验证方法中所说的离线环境是指没有连接互联网，因此无法使用服务器进行密码验证的使用环境，并不排斥用户的手机APP或者PC端以蓝牙、红外、近场通信(NFC)、ZigBee或无线局域网等方式进行无线连接的情况。

另外，由于每个智能设备的密钥都是随机产生的，再加上密码的生成与当前系统时间挂钩。不同时间生成的密码，其内容会随机变化。因此就整体而言，本密码生成方法和密码验证方法中的密码具有很强的随机性。

采用本发明所提供的密码生成方法和密码验证方法的智能设备，可以在不能连接至互联网的情况下，启动该密码生成方法生成一组具有随机性的密码。该密码可以通过手机短信等方式发送至用户的手机或者PC端。用户在智能设备上输入该密码就可以开启智能设备的使用权限，该密码可附带时间有效期等信息，同时在智能设备上植入了相应的密码验证方法，那么该密码就能被智能设备识别并认证通过，用户即可获得该智能设备的使用权限。

下面结合不同实施例对本密码生成方法和密码验证方法在智能设备中的具体应用展开说明。

第一实施例：智能门锁

在本发明的一个实施例中，该智能设备优选为采用按键开门方式的智能遥控门锁。本发明中所说的智能遥控门锁是指区别于传统机械锁，在用户识别、安全性、管理性方面更加智能化的锁具。它的显著特点在于利用无线通信技术和物联网技术，通过蓝牙等无线信号实现门锁与手机APP或遥控端的连接。

在现有技术中，智能遥控门锁在使用中仍然存在一些问题，例如有些用户顾虑手机的安全性，不愿意安装相应的APP。又如智能遥控门锁接入至互联网，远程生成的开锁密码需要通过互联网下发至门锁，并同时发给用户，那么通过互联网下发至门锁的开锁密码，很容易被拦截，所以存在很大的安全隐患。同时，如果用户用手机APP来实现开锁，操作流程比较麻烦，需要先安装APP、打开蓝牙、打开APP、点击开锁操作等。

针对上述问题，本实施例中的智能遥控门锁是一款“互联网模式”的单机智能门锁产品。它直接取消了锁体直接接入互联网的功能，满足用户在家庭没有宽带网络的情况下，可以实现通过手机对门锁的监控与管理，并大大降低了安防系统的网络风险。

如图2所示，首先介绍该智能遥控门锁的初始化过程。在本发明的一个实施例中，优选通过手机APP添加智能遥控门锁。在通过手机APP执行完添加智能遥控门锁的流程后，确认该智能遥控门锁是否已经添加到服务器，并通过手机跟智能遥控门锁建立蓝牙或其他方式的无线连接，进行数据的交互。手机APP获取相应的智能设备信息(硬件设备ID号、设备名称等)，然后手机APP在连接至服务器的情况下，将获取的智能设备信息发给服务器，那么添加设备成功，同时意味着服务器具有了生成该密码所需要的基本参数。

在手机与智能遥控门锁近距离的情况下，通过以手机为“媒介”，利用蓝牙、红外、近场通信(NFC)、ZigBee或无线局域网等方式实现智能遥控门锁与服务器的信息备份与同步。在远程情况下，不同用户之间通过手机APP连接服务器，完成不同用户之间的信息同步，并可完成门锁管理者与门锁使用者之间的开锁授权与密码分配。

图3所示为该智能遥控门锁的密码识别过程。用户在手机或者PC端收到开锁密码之后，向智能遥控门锁输入所获得的密码。智能遥控门锁根据其内置的加解密算法模块解密所输入的密码，从密码数据中还原出相应的加密参数。接下来，智能遥控门锁获取自身的智能设备信息(硬件设备ID号、设备名称等)，通过TEA加密算法对获取的智能设备信息进行加密，然后验证所生成的完整性校验字节是否跟上述解密操作中获得的相应数据匹配？如果是的话，进一步验证信息是否匹配，根据匹配比较结果判断输入密码的用户是否有权限对该智能遥控门锁进行操作。

本实施例所提供的智能遥控门锁可以大规模应用于二手房屋交易过程中。在智能遥控门锁不接入互联网的情况下，房东通过手机或者PC端，远程生成一组开锁密码，通过短信发送至看房人手机里。看房人收到该密码后，在智能遥控门锁上输入该密码即可开门。并且，该密码本身携带有密码使用时间的信息，即只有在该有效使用时间内，该密码才可以使用。该智能遥控门锁还可以用于短租模式中，房东可以给租客远程下发密码，并带有密码的有效期，租客在有效期内可以直接通过密码开锁，超出有效期则密码自动失效。

第二实施例：智能保险柜

在本发明的第二实施例中，该智能设备优选为智能保险柜。该智能保险柜的机械结构与普通保险柜相同，在此不予赘述。它的显著特点在于内置了采用上述密码生成方法及密码验证方法的加解密算法模块，该加解密算法模块直接控制保险柜的启闭。

由于采用相同的密码生成方法及密码验证方法，智能保险柜的使用过程与第一实施例提供的智能遥控门锁类似，在此就不具体说明了。

综合上述各实施例可以看出，本发明中的智能设备主要包括各类需要密码接入的安防设备。通过在安防设备内部植入上述密码生成方法及密码验证方法，即便在安防设备无法接入互联网的情况下，也可以通过该密码生成方法远程生成开启密码。本发明所提供的密码生成方法及密码验证方法也可以大规模应用于所有需要随机密码认证，或者带有时间有效期认证的各种应用场合。

上面对本发明所提供的面向离线环境的密码生成方法、验证方法及其智能设备进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本领域的一般技术人员来说，在不背离本发明的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种密码生成方法，用于生成智能设备在离线环境中使用的密码，所述智能设备在首次使用的安装过程中，随机产生的密钥以及对应的智能设备信息同步到服务器中，其特征在于包括如下步骤：

基于所述智能设备信息生成加密参数，然后根据当前系统时间进行数据压缩；

生成完整性校验字节，结合所述密钥对增加了所述完整性校验字节的数据进行加密处理，获得一组加密数据；其中，所述完整性校验字节用于保证压缩前后的用户身份信息和当前系统时间信息是完整一致的；

基于所述加密数据生成密码，

其中，基于所述智能设备信息生成加密参数包括以下步骤：

对时间进行数据压缩，根据该用户身份的使用权限，确定此次生成的密码类型为时效从当前系统时间开始的动态密码；

以当前系统时间中的当前日期，与密钥生成一个新的密钥；

利用所述新的密钥对所述当前系统时间中的时间进行加密，得到加密后的时间；

将具有权限的用户身份信息和加密后的时间进行数据的融合。

2.如权利要求1所述的密码生成方法，其特征在于：

将所述加密数据进行数据压缩，并将数据压缩后的十六进制数据转换成十进制数据，作为密码发送给用户。

3.如权利要求1所述的密码生成方法，其特征在于：

在需要生成特定时间段内有效的密码时，将密码使用时间作为所述加密参数的一部分参与加密。

4.如权利要求1所述的密码生成方法，其特征在于：

采用TEA加密算法生成所述完整性校验字节。

5.如权利要求1所述的密码生成方法，其特征在于：

采用RC4加密算法，结合所述密钥对增加了所述完整性校验字节的数据进行加密处理。

6.一种密码验证方法，用于智能设备在离线环境中验证权利要求1～5中任意一项所生成的密码，其特征在于包括如下步骤：

智能设备接收到所述密码之后，结合密钥获得未加密的数据；

所述智能设备基于自身的智能设备信息和当前系统时间生成完整性校验字节，验证所述完整性校验字节是否与所述未加密的数据中匹配；如果匹配，则进行下一步的解析操作，如果不匹配，则确认所述密码错误。

7.如权利要求6所述的密码验证方法，其特征在于：

在所述解析操作中，所述智能设备根据当前系统时间，结合从所述密码中还原出来的加密参数进行比较，根据比较结果判断输入密码的用户是否有权限对该智能设备进行操作。

8.一种智能设备，具有内置的加解密算法模块，其特征在于在所述加解密算法模块中执行权利要求1～5中任意一项所述的密码生成方法和权利要求6～7中任意一项所述的密码验证方法。

9.如权利要求8所述的智能设备，其特征在于：所述智能设备为智能遥控门锁或智能保险柜。

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