CN109121122A - 通过蓝牙进行数据传输的加密方法以及使用该方法的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过蓝牙进行数据传输的加密方法，其特征在于，至少包括以下步骤：获得用户登录信息并对登录信息进行确认；在登录信息正确时，对登录信息进行AES加密；结合随机数生成密码以及连接的蓝牙设备序列号采用随机数算法生成随机数；获取由加密的登录信息以及随机数的信息并判断用户的信息是否正确；若用户的信息正确，通过网络控制具有蓝牙装置的硬件设备。本发明还提出一种使用该方法的蓝牙数据传输系统，增加了数据传输的安全性。

Description

通过蓝牙进行数据传输的加密方法以及使用该方法的系统

技术领域

本发明涉及数据传输领域，尤其涉及一种通过蓝牙进行数据传输的加密方法以及使用该方法的系统。

背景技术

随着通信技术的迅速发展，在数据传输领域也出现各种方便实用的技术，而对于蓝牙装置的使用也日益更新。基于智能移动设备的发展，在移动设备中安装各种功能的APP来进行传输，例如安装了相关装App软件的移动设备在靠近带Beacon且具有加低功耗蓝牙的硬件设备之后即可自动建立数据传输连接，并进行数据传输，给智能移动设备的用户带来类似手机NFC般的体验。但是在建立数据传输连接之后对于低功耗蓝牙单次传输有限字节数的条件下实现比较安全的数据传输一直是个迫切解决的问题。由于蓝牙低功耗数据包的格式限定，最大可传输的数据长度为20个字节。并且由于传输的数据比较短，而且在这20个字节中还得需要传输用户唯一ID号(会员号)、随机数并且要包含其他信息可能的参数，还需要加密并且不宜破解这样就很不容易，尤其对于用户ID比较长的应用场合。

目前本领域中常用的解决方案有如下几种：

1、非对称加密方案

对于非对称加密方案，如RSA公钥私钥的方式，产生的密文会比较长有几百个字节，这么多字节的数据需要低功耗蓝牙分几次包传输，而每次低功耗蓝牙传输都需要重新建立连接，这样每次都需要耗时几百毫秒，完成一次认证需要多次建立连接多次传输，需要很长时间，会造成不好的用户体验。

2、固定的对称式加密加无限次数生成的随机数方案

该方案中，由于固定的对称式加密部分容易被破解，或者不破解变换随机数部分采取整个尝试，而整个尝试次数又没有限制，则随机数容易被多次尝试撞码而破解，这样就造成整个无需破解对称式加密部分也可以模拟原用户的需求，同样也会降低工作效率。

3、每一次在服务器加密由服务器发出随机数

该方案这样的加密方式虽然很方便安全，但是应用程序每次发送的数据由服务器获得对于WIFI网络环境的要求比较严格，如果没有网络则无法使用了。

因此要解决在蓝牙低功耗一个数据包传输的有限字节中对传输的数据进行加密的问题就极为迫切。

发明内容

本发明目的是提出一种通过蓝牙进行数据传输的加密方法及其蓝牙数据传输系统，可以解决现有技术中存在的暴力解码的问题，增强加密安全性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种通过蓝牙进行数据传输的加密方法，至少包括以下步骤：

获得用户登录信息并对登录信息进行确认；

在登录信息正确时，对登录信息进行AES加密；

结合随机数生成密码以及连接的蓝牙设备序列号采用随机数算法生成随机数；

获取由加密的登录信息以及随机数的信息并判断用户的信息是否正确；

若用户的信息正确，通过网络控制具有蓝牙装置的硬件设备。

其中，所述的连接蓝牙设备的序列号为建立蓝牙连接的序数，所述序数小于等于255。

其中，所述的随机数的生成包括以下步骤：

获得随机数生成密码；

根据所述的随机数生成密码和序号通过随机数算法产生一组随机数。

一种采用上述的通过蓝牙进行数据传输的加密方法的蓝牙数据传输系统，至少包括会员服务器，移动终端APP，硬件云服务器以及带有蓝牙模块的设备，其中

所述的会员服务器，用于接收所述的移动终端APP在登录时，向所述会员服务器提交用户名密码，如果正确，会员服务器会下发给移动端APP经过AES加密的用户ID和随机数生成key，以及对所述硬件云服务器返回的数据进行解析校验；

所述的移动端APP，用于根据所述会员服务器根据这个随机数生成密码以及和本次尝试与带有蓝牙模块的硬件连接的序号，经过随机数算法生成随机数,生成数据包并发送至所述的蓝牙模块的硬件；

所述的硬件云服务器，用于接收所述移动端APP传递的数据包并发送至所述的会员服务器以及接收所述会员服务器返回的校验结果并生成控制指令；

所述的带有蓝牙模块的设备，用于接收所述硬件云服务器生成的控制指令并按照所述控制指令动作。

其中，所述的会员服务器与所述的硬件云服务器通过网络进行信息交互，所述的带有蓝牙模块的设备为带有蓝牙设备的闸机。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的随机数部分每次由服务器下发的key、算法、序号同时产生的且有限次尝试机会，超次数(序号)之后会要求服务器重新下发key到应用程序重新计算新规则随机数，减少了暴力破解的机会；

2、本发明中用户ID号部分是由服务器端进行AES加密，密码存储在服务器端并定期更换，密码不下发，因此AES密码安全性很高，用户注册的用户ID不暴露在APP与会员服务器的网络传输中，不存储在APP里，也无法推算出其他人的用户ID号；

3、本发明在低功耗蓝牙只有20个字节的情况下加密并传输了十几位的用户ID号，增加了随机数，并且空余字节可以针对不同设备定义传输参数的参数位。

附图说明

图1为本发明的通过蓝牙进行数据传输的加密方法的方法流程图；

图2为本发明的加密方法所应用的系统的结构简图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

一种通过蓝牙进行数据传输的加密方法，至少包括以下步骤：如图1所示，

获得用户登录信息并对登录信息进行确认；

在登录信息正确时，对登录信息进行AES加密；

结合随机数生成密码以及连接的蓝牙设备序列号采用随机数算法生成随机数；

获取由加密的登录信息以及随机数的信息并判断用户的信息是否正确；

若用户的信息正确，通过网络控制具有蓝牙装置的硬件设备。

其中，所述的连接蓝牙设备的序列号为建立蓝牙连接的序数，所述序数小于等于255。

其中，所述的随机数的生成包括以下步骤：

获得随机数生成密码；

根据所述的随机数生成密码和序号通过随机数算法产生一组随机数。

另外本发明还提供一种采用上述的通过蓝牙进行数据传输的加密方法的蓝牙数据传输系统，至少包括会员服务器，移动终端APP，硬件云服务器以及带有蓝牙模块的设备(参考图2)，其中所述的会员服务器，用于接收所述的移动终端APP在登录时，向所述会员服务器提交用户名密码，如果正确，会员服务器会下发给移动端APP经过AES加密的用户ID和随机数生成key，以及对所述硬件云服务器返回的数据进行解析校验；所述的移动端APP，用于根据所述会员服务器根据这个随机数生成密码以及和本次尝试与带有蓝牙模块的硬件连接的序号，经过随机数算法生成随机数,生成数据包并发送至所述的蓝牙模块的硬件；所述的硬件云服务器，用于接收所述移动端APP传递的数据包并发送至所述的会员服务器以及接收所述会员服务器返回的校验结果并生成控制指令；所述的带有蓝牙模块的设备，用于接收所述硬件云服务器生成的控制指令并按照所述控制指令动作。其中，所述的会员服务器与所述的硬件云服务器通过网络进行信息交互，所述的带有蓝牙模块的设备为带有蓝牙设备的闸机。

在本发明的方案中，对于用户ID号部分采用AES加密，随机数部分由在应用程序登录的时候服务器端下发的随机数生成密码和本次尝试连接低功耗蓝牙设备的序列号以及存储于应用程序端和服务器端的随机数算法三部分确定，如果尝试次数超过最大的序号数则需要用户重新登录由服务器重新下发随机数生成密码。在本发明中，用户ID号部分用的是服务器端AES加密并且AES密码不下发，用户ID号在服务器加密完成后发给应用程序，保证了AES密码的安全。并且AES密码定期更改变化，保证了加密部分用户ID号不被泄漏。

下面参考具体的流程对本发明的加密方法进行说明，参考图2所示，本发明的加密方法流程可使用在包括至少由会员服务器，移动终端APP，硬件云服务器以及带有蓝牙模块的设备组成的系统中，在该系统中，所述的移动终端APP在登录时，向所述会员服务器提交用户名密码，如果正确，会员服务器会下发给移动端APP经过AES加密的用户ID和随机数生成key。所述移动端APP根据这个随机数生成key和本次尝试与带有蓝牙模块的硬件连接的序号，经过一个算法生成随机数。然后向由带蓝牙模块的硬件发送数据包，所述的数据包的构成为：经过AES加密的用户ID+序号+本次序号和随机数生成key对应的随机数+参数。带蓝牙模块的硬件接收到该数据包之后将其发送给硬件服务器。所述的硬件服务器再将这个数据包发送给会员服务器。所述的会员服务器接到这个数据包之后，通过解析数据包中对应的序号，通过这个序号和当时移动终端登录时产生随机数生成key，通过与移动终端APP相同的算法，计算出随机数，通过比对服务器算出的这个随机数与这个数据包中的随机数是否一样来确定本次权限请求的有效性。如果会员服务器计算的随机数与app通过蓝牙传给硬件的随机数相同则本次数据和权限请求有效。如果不同则本次权限请求无效，且之后传来的序号小于本次的数据不再具有有效性。会员服务器将本次的权限请求结果通过网络传输给硬件服务器，硬件服务器通过这个结果做出判断对带蓝牙模块的硬件进行控制，在本发明的实施例中，带蓝牙模块的硬件可为带有蓝牙模块的闸机。

具体的，在本发明的系统中，所述的移动应用程序端：登录的时候负责根据服务器传过来的随机数生成key根据序号，通过一个算法比如：随机数＝Cos[A*(序号+B)+随机数生成key)*C+D*Sin[E*(序号+F)]每次取整后得到随机数。同时在登录的时候获得经过AES加密过的用户ID号，并将加密过的ID号、随机数、序号及其他参数组合成20个字节的数据，并通过下次建立连接之后传输给带蓝牙模块的硬件设备。带有蓝牙模块的硬件：将蓝牙模块接收到的字符，回传给硬件服务器端。硬件服务器端：将带有蓝牙模块的硬件传回的数值传给传到会员端服务器。会员端服务器：在每次移动端用户登录的时候给移动端应用程序下发随机数组生成所需要的key；接收到硬件云端传过来的数值的序号字节，通过这个序号得到随机数组，这个随机数组在服务器端也是通过公式随机数＝Cos[A*(序号+B)+随机数生成key)*C+D*Sin[E*(序号+F)]得到随机数；与序号相对应的随机数与硬件服务器传来的序号与随机数相同则开始对前16字节数进行AES解密；解密得到8字节十六进制，并将这个十六进制数转换成十进制数之后可以得到用户ID。

进一步参考图2：步骤1，会员服务器在应用程序登录时，将经过AES加密后的用户ID号和1个字节的随机数生成密码发给移动端应用程序；步骤2，移动终端应用程序的登录过程将用户名和密码提交给会员服务器；步骤3，移动终端应用程序通过低功耗蓝牙传输与蓝牙模块的硬件(闸机)建立连接并传输20个字节的十六进制数给闸机；4，带蓝牙模块的硬件将从移动终端应用程序接收到的20个字节传输给硬件云服务器；5，硬件云服务器将从带蓝牙模块的硬件收到的20个字节的数发送给会员服务器；6，会员服务器将核对会员号正确与否发送给硬件云服务器；7，硬件云服务器将核对会员号正确与否的结果通过网络发送给带蓝牙模块的硬件。

在本实施例中，所采用的数据格式如下：

若用户ID号为17位十进制数，需要将17位用户ID进行是十进制数到十六进制数转换。如果17位十进制数变成十六进制则变成8个字节内的十六进制数了(不足8个字节高位用0补齐)。这个8个字节的十六进制数在服务器端进行256bit AES加密之后长度变成16个字节。以此为例，如果以ASII码对应的十六进制发送需要占用17个字节，很占用发送长度，而本发明所采用的结构在经过AES加密之后才占用16个字节。

一般来说，一个低功耗蓝牙数据包有20个传输字节，除去16个字节用来传输代表用户ID的十六进制数还剩下4个字节的传输空间。在本实施例中，这4个字节其中1个十六进制字节用来传输序号，2个十六进制字节用来，1个十六进制字节用来做设备可以能用的参数传递用。在这种实现方式下低功耗蓝牙包需要传输的20个字节的十六进制蓝牙包变成：

20个需要传输的字节组成：经过AES加密的用户ID(16个字节)+序号(1个字节)+随机数(2个字节)+参数(1个字节)。

其中序号生成方法：所述的序号为建立蓝牙连接的序数。比如第一次建立蓝牙连接则序号为0，第二次建立蓝牙连接则序号为1。。。以此类推，本次实现方案的最大序号为255。

其中随机数生成方法：

移动端应用软件登录的时候会员服务器会传给该应用软件比如一个单个字节的随机数生成密码key(十六进制数)，应用程序会根据这个随机数生成key和序号通过一个算法{比如：随机数＝Cos[A*(序号+B)+随机数生成key)*C+D*Sin[E*(序号+F)]}(有关这些算法属于本领域技术人员公知的内容，在此不再赘述)，这些部分取整后会产生一组随机数X。序号会有最大数值，超过最大数值则会要求重新登录，不继续计算随机数，在下次登录重新下发随机数生成key的时候才用新key和新序号进行计算。比如随机数生成密码为key，则生成的密码数组取整数后为：{Cos[A*(0+B)+随机数生成key)*C+D*Sin[E*(0+F)],Cos[A*(1+B)+随机数生成key)*C+D*Sin[E*(1+F)],...,Cos[A*(255+B)+随机数生成key)*C+D*Sin[E*(255+F)]}然后转换成十六进制数组。则为2个字节以内的十六进制随机数，每次建立蓝牙连接就选择相应序号的随机数。用该随机数与加密后的用户ID，序号，参数一起组成传输数据包。发送的时候随机数不足2个字节的高位用0补齐。

其中数据包的组成方式为：

序号每次递加，序号到达最大数的时候则需要用户重新登录。

AES密码存在会员端服务器，密码比较安全，如果需要更换AES密码随时可以更换而不需要通知应用程序终端。

将随机数和序号及预留一个十六进制参数，插入到用户ID进行AES加密后的字符串之中，则构成20位的最大传输数据。

综上所述，本发明的加密方法，减少了暴力破解的机会，密码安全性很高，无法推算其他人的用户ID号码，并且在低功耗蓝牙只有20个字节的情况下加密并传输了十几位的用户ID号，增加了随机数，并且空余字节可以针对不同设备定义传输参数的参数位。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种通过蓝牙进行数据传输的加密方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

获得用户登录信息并对登录信息进行确认；

在登录信息正确时，对登录信息进行AES加密；

结合随机数生成密码以及连接的蓝牙设备序列号采用随机数算法生成随机数；

获取由加密的登录信息以及随机数的信息并判断用户的信息是否正确；

若用户的信息正确，通过网络控制具有蓝牙装置的硬件设备。

2.根据权利要求1所述的通过蓝牙进行数据传输的加密方法，其特征在于，所述的连接蓝牙设备的序列号为建立蓝牙连接的序数，所述序数小于等于255。

3.根据权利要求1所述的通过蓝牙进行数据传输的加密方法，其特征在于，所述的随机数的生成包括以下步骤：

获得随机数生成密码；

根据所述的随机数生成密码和序号通过随机数算法产生一组随机数。

4.一种采用权利要求1所述的通过蓝牙进行数据传输的加密方法的蓝牙数据传输系统，其特征在于，至少包括会员服务器，移动终端APP，硬件云服务器以及带有蓝牙模块的设备，其中

所述的会员服务器，用于接收所述的移动终端APP在登录时，向所述会员服务器提交用户名密码，如果正确，会员服务器会下发给移动端APP经过AES加密的用户ID和随机数生成key，以及对所述硬件云服务器返回的数据进行解析校验；

所述的移动端APP，用于根据所述会员服务器根据这个随机数生成密码以及和本次尝试与带有蓝牙模块的硬件连接的序号，经过随机数算法生成随机数,生成数据包并发送至所述的蓝牙模块的硬件；

所述的硬件云服务器，用于接收所述移动端APP传递的数据包并发送至所述的会员服务器以及接收所述会员服务器返回的校验结果并生成控制指令；

所述的带有蓝牙模块的设备，用于接收所述硬件云服务器生成的控制指令并按照所述控制指令动作。

5.根据权利要求4所述的蓝牙数据传输系统，其特征在于，所述的会员服务器与所述的硬件云服务器通过网络进行信息交互，所述的带有蓝牙模块的设备为带有蓝牙设备的闸机。