CN109587149A - 一种数据的安全通信方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种数据的安全通信方法及装置，首先验证客户端与服务端之间的连接关系，在客户端与服务端之间只有建立了TCP连接后，才确保客户端与服务端之间连接正常，然后通过交换密钥，确保数据每次的通信都是基于不同的密钥，最大限度的避免了非法解密；其次，对所有需要网络传输的数据，都进行校验，防止任何数据在传输中被篡改，避免其他数据的影响，本发明的方法可以有效的避免数据在网络传输中被篡改和解密，达到了极高的通信安全性能。

Description

一种数据的安全通信方法及装置
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，特别涉及一种数据的安全通信方法及装置。
背景技术
随着人们对通信安全越来越重视，明文传输造成的数据泄密越来越不可接受，对通信进行加密就成为了一种解决的方法；如果只是简单的对数据进行加密，如通过身份认证的方式，这种方式安全系数低，很容易被不法分子解密，达不到安全的要求。
针对目前通信方面的安全缺陷，公开号为“CN105049401A”，名称为“一种基于智能车的安全通信方法”的中国发明专利申请，该专利的客户端用服务器端的公钥将对称加密算法的密钥进行加密，发送给服务器端，服务器端用自己的私钥解密后，获得密钥，并用对称加密算法加密握手文本，回复给客户端，客户端解密后进行校验，正确后，用对称算法实现身份信息和数据的加密传输。该方法使数据安全性有一定的提高，但是仅在服务器端设置非对称加密算法进行加解密验证，对于安全性要求比较高的地方，例如，电力系统领域，是远远不够的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据的安全通信方法及装置，用于解决目前数据通信过程安全性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种数据的安全通信方法，包括如下步骤：
1)在客户端和服务端建立通信连接后，客户端将第二对称密钥用第一对称密钥进行加密，对加密结果进行保存，同时将加密结果用客户端私钥再加密，并将再加密结果用服务端的公钥加密，发送给服务端；
2)服务端对接收到的信息先用服务端私钥解密，并用客户端公钥对解密结果进行再次解密得到二次解密结果；服务端再用服务端私钥对二次解密结果进行加密，并用客户端公钥对加密结果再次进行加密，形成二次密文发送给客户端；
3)客户端接收到的二次密文用客户端私钥进行解密，对解密结果用服务端公钥再次进行解密，得到解密信息，并判断解密信息与步骤1)中保存的加密结果是否一致；
4)若一致，则客户端用客户端私钥对对称密钥进行加密，用服务端公钥进行再次加密，并将加密结果发送给服务端；
5)服务端对接收到的信息先用服务端私钥进行解密，再将解密结果用客户端公钥进行解密得到对称密钥，利用该对称密钥对步骤2)中二次解密结果进行解密，得到第二对称密钥；
6)客户端和服务端之间采用第二对称密钥进行数据加密传输。
本发明通过在客户端和服务端均设置非对称加密算法，并将自身的公钥发给对方，通过对第二对称密钥和第一对称密钥进行双重的非对称加密和验证，保证了第二对称密钥和第一对称密钥传输的安全性，同时又将第二对称密钥用第一对称密钥加密，使得第二对称密钥更加安全，保证了采用第二对称密钥进行加密数据传输的可靠性，防止数据传输过程中被泄密和篡改，保证了数据通信过程中的安全。
进一步地，所述第二对称密钥是由客户端随机生成的。数据在每次通信时随机设置密钥，保证了每次通信时密钥不同，提高了安全性。
进一步地，所述客户端与所述服务端之间采用TCP连接方式连接。提高了数据传输时的安全性。
客户端和服务端将第二对称密钥作为国密SM4算法的密钥对数据进行加密和解密处理，更进一步地提高了数据传输时的安全性。
客户端和服务端在发送数据时，先采用第二对称密钥对数据进行加密后，还对加密结果进行校验，得到对应的校验信息，并将校验信息一起发送；客户端和服务端在接收数据时，先判断校验信息，校验通过后再用第二对称密钥进行解密，保证了数据传输时的安全可靠性。
进一步地，校验采用的算法为国密SM3算法。提高了数据传输过程中的安全可靠性。
本发明还提供了一种数据的安全通信装置，该装置包括服务端和客户端，数据在服务端和客户端之间传输的过程，包括以下步骤：
1)在客户端和服务端建立通信连接后，客户端将第二对称密钥用第一对称密钥进行加密，对加密结果进行保存，同时将加密结果用客户端私钥再加密，并将再加密结果用服务端的公钥加密，发送给服务端；
2)服务端对接收到的信息先用服务端私钥解密，并用客户端公钥对解密结果进行再次解密得到二次解密结果；服务端再用服务端私钥对二次解密结果进行加密，并用客户端公钥对加密结果再次进行加密，形成二次密文发送给客户端；
3)客户端接收到的二次密文用客户端私钥进行解密，对解密结果用服务端公钥再次进行解密，得到解密信息，并判断解密信息与步骤1)中保存的加密结果是否一致；
4)若一致，则客户端用客户端私钥对对称密钥进行加密，用服务端公钥进行再次加密，并将加密结果发送给服务端；
5)服务端对接收到的信息先用服务端私钥进行解密，再将解密结果用客户端公钥进行解密得到对称密钥，利用该对称密钥对步骤2)中二次解密结果进行解密，得到第二对称密钥；
6)客户端和服务端之间采用第二对称密钥进行数据加密传输。
本发明通过在客户端和服务端均设置非对称加密算法，并将自身的公钥发给对方，通过对第二对称密钥和第一对称密钥进行双重的非对称加密和验证，保证了第二对称密钥和第一对称密钥传输的安全性，同时又将第二对称密钥用第一对称密钥加密，使得第二对称密钥更加安全，保证了采用第二对称密钥进行加密数据传输的可靠性，防止数据传输过程中被泄密和篡改，保证了数据通信过程中的安全。
进一步地，所述第二对称密钥是由客户端随机生成的。数据在每次通信时随机设置密钥，保证了每次通信时密钥不同，提高了安全性。
进一步地，所述客户端与所述服务端之间采用TCP连接方式连接。提高了数据传输时的安全性。
客户端和服务端将第二对称密钥作为国密SM4算法的密钥对数据进行加密和解密处理，更进一步地提高了数据传输时的安全性。
客户端和服务端在发送数据时，先采用第二对称密钥对数据进行加密后，还对加密结果进行校验，得到对应的校验信息，并将校验信息一起发送；客户端和服务端在接收数据时，先判断校验信息，校验通过后再用第二对称密钥进行解密，保证了数据传输时的安全可靠性。
进一步地，校验采用的算法为国密SM3算法，提高了数据传输过程中的安全可靠性。
附图说明
图1为本发明的数据的安全通信方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
数据的安全通信方法的实施例：
本发明提供了一种数据的安全通信方法，包括如下步骤：
1)在客户端和服务端建立通信连接后，客户端将第二对称密钥用第一对称密钥进行加密，对加密结果进行保存，同时将加密结果用客户端私钥再加密，并将再加密结果用服务端的公钥加密，发送给服务端；
2)服务端对接收到的信息先用服务端私钥解密，并用客户端公钥对解密结果进行再次解密得到二次解密结果；服务端再用服务端私钥对二次解密结果进行加密，并用客户端公钥对加密结果再次进行加密，形成二次密文发送给客户端；
3)客户端接收到的二次密文用客户端私钥进行解密，对解密结果用服务端公钥再次进行解密，得到解密信息，并判断解密信息与步骤1)中保存的加密结果是否一致；
4)若一致，则客户端用客户端私钥对对称密钥进行加密，用服务端公钥进行再次加密，并将加密结果发送给服务端；
5)服务端对接收到的信息先用服务端私钥进行解密，再将解密结果用客户端公钥进行解密得到对称密钥，利用该对称密钥对步骤2)中二次解密结果进行解密，得到第二对称密钥；
6)客户端和服务端之间采用第二对称密钥进行数据加密传输。
客户端拥有自身的公钥和私钥，其算法为非对称加密算法，服务端也拥有自身的公钥和私钥，其算法为非对称加密算法，服务端的公钥对于客户端来说是公开的，客户端的公钥对于服务端来说也是公开的。具体而言，本实施例提供的数据的安全通信方法，如图1所示，在对数据传输时的通信安全方面的处理流程如下：
1、客户端初始化后生成第一对称密钥K；第一对称密钥K一般要求生成固定且不可逆的密钥，即根据固定的算法，本发明通过国密SM3算法和证书生成第一密钥K，即通过证书对固定的密钥进行加密处理，然后通国密SM3迭代运算，生成固定切不可逆的密钥；第一密钥K的加密算法一般有MD2、MD4、MD5、HAVAL等，一般推荐使用国密SM3算法。定义客户端和服务端通信报文格式为：报文头+数据长度+数据+校验位。其中，报文头长度为2字节，数据长度为2字节，数据长度为1412字节，校验位长度为32字节。
2、客户端与服务端建立TCP连接，建立连接后，客户端根据随机数生成第二对称密钥M，第二对称密钥M的数据长度为16字节。第二对称密钥M为不可逆的密钥，即通过已有密钥不能获得初始密钥数据，初始密钥数据有可能是固定的字符串或者随机数，采用国密SM4算法可生成第二对称密钥M。
3、客户端使用国密算法SM4采用第一对称密钥K对第二对称密钥M进行加密，获取加密后的数据M1，将加密后的数据M1进行保存，然后用客户端私钥签名获得数据M2，然后用服务端公钥对数据M2进行加密获得数据M3，把数据M3作为数据发送至服务端。其中，第二对称密钥M的数据长度为16字节，数据M1的数据长度为16字节，数据M2的数据长度为80字节，数据M3的数据长度为32字节。
4、服务端接收到数据M3后，使用服务端私钥对报文进行解密，并用客户公钥对采用服务端私钥的解密结果进行再次解密得到二次解密结果，即得到数据M1。
5、服务端对数据M1采用服务端私钥进行加密得到数据S1，再用客户端公钥进行加密得数据S2，把数据S2发送至客户端；其中，数据S1的数据长度为80字节，数据S2的数据长度为80字节。
6、客户端收到服务端的数据S2，先用客户端私钥进行解密得数据S1，再用服务端公钥进行解密获取数据M1，对比该数据M1是否和自己保存的数据M1是否一致；若一致，则客户端用客户端私钥对对称密钥进行加密，用服务端公钥进行再次加密，并将加密结果发送给服务端。
7、服务端对接收到的信息先用服务端私钥进行解密，再将解密结果用客户端公钥进行解密得到第一对称密钥K，利用第一对称密钥K对保存的数据M1再解密得到数据M。
8、客户端和服务端均获得了数据M，双方依据数据M作为第二对称密钥M，利用第二对称密钥M对通信的数据D加密得D1，其中，数据D和数据D1的长度均为N字节，再对数据D1进行国密SM3加密得32字节校验位C1，数据C1的长度为N字节，把数据D1和校验位C1的报文格式发送网络上；接收方接收报文后，对数据D1和校验位C1进行校验，校验通过后得数据D1，采用第二对称密钥M对数据D1解密得数据D。
数据的安全通信装置的实施例：
本发明还提供了一种数据的安全通信装置，该装置包括服务端与客户端，数据在服务端与客户端之间进行传输时的流程与上述实施例中方法的步骤是一样的，由于方法在上述实施例中已经做了详细的描述，因此，在这里不再赘述装置的具体实施方式。
本发明首先验证客户端与服务端之间的连接关系，在客户端与服务端之间只有建立了TCP连接后，才确保客户端与服务端之间连接正常，然后通过交换密钥，确保数据每次的通信都是基于不同的密钥，最大限度的避免了非法解密；其次，对所有需要网络传输的数据，都进行校验，防止任何数据在传输中被篡改，避免其他数据的影响，本发明的方法可以有效的避免数据在网络传输中被篡改和解密，达到了极高的通信安全性能。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种数据的安全通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在客户端和服务端建立通信连接后，客户端将第二对称密钥用第一对称密钥进行加密，对加密结果进行保存，同时将加密结果用客户端私钥再加密，并将再加密结果用服务端的公钥加密，发送给服务端；
2)服务端对接收到的信息先用服务端私钥解密，并用客户端公钥对解密结果进行再次解密得到二次解密结果；服务端再用服务端私钥对二次解密结果进行加密，并用客户端公钥对加密结果再次进行加密，形成二次密文发送给客户端；
3)客户端接收到的二次密文用客户端私钥进行解密，对解密结果用服务端公钥再次进行解密，得到解密信息，并判断解密信息与步骤1)中保存的加密结果是否一致；
4)若一致，则客户端用客户端私钥对对称密钥进行加密，用服务端公钥进行再次加密，并将加密结果发送给服务端；
5)服务端对接收到的信息先用服务端私钥进行解密，再将解密结果用客户端公钥进行解密得到对称密钥，利用该对称密钥对步骤2)中二次解密结果进行解密，得到第二对称密钥；
6)客户端和服务端之间采用第二对称密钥进行数据加密传输。
2.根据权利要求1所述的数据的安全通信方法，其特征在于，所述第二对称密钥是由客户端随机生成的。
3.根据权利要求1或2所述的数据的安全通信方法，其特征在于，所述客户端与所述服务端之间采用TCP连接方式连接。
4.根据权利要求3所述的数据的安全通信方法，其特征在于，客户端和服务端将第二对称密钥作为国密SM4算法的密钥对数据进行加密和解密处理。
5.根据权利要求4所述的数据的安全通信方法，其特征在于，客户端和服务端在发送数据时，先采用第二对称密钥对数据进行加密后，还对加密结果进行校验，得到对应的校验信息，并将校验信息一起发送；客户端和服务端在接收数据时，先判断校验信息，校验通过后再用第二对称密钥进行解密。
6.根据权利要求5所述的数据的安全通信方法，其特征在于，校验采用的算法为国密SM3算法。
7.一种数据的安全通信装置，其特征在于，包括服务端和客户端，数据在服务端和客户端之间传输的过程，包括以下步骤：
1)在客户端和服务端建立通信连接后，客户端将第二对称密钥用第一对称密钥进行加密，对加密结果进行保存，同时将加密结果用客户端私钥再加密，并将再加密结果用服务端的公钥加密，发送给服务端；
2)服务端对接收到的信息先用服务端私钥解密，并用客户端公钥对解密结果进行再次解密得到二次解密结果；服务端再用服务端私钥对二次解密结果进行加密，并用客户端公钥对加密结果再次进行加密，形成二次密文发送给客户端；
3)客户端接收到的二次密文用客户端私钥进行解密，对解密结果用服务端公钥再次进行解密，得到解密信息，并判断解密信息与步骤1)中保存的加密结果是否一致；
4)若一致，则客户端用客户端私钥对对称密钥进行加密，用服务端公钥进行再次加密，并将加密结果发送给服务端；
5)服务端对接收到的信息先用服务端私钥进行解密，再将解密结果用客户端公钥进行解密得到对称密钥，利用该对称密钥对步骤2)中二次解密结果进行解密，得到第二对称密钥；
6)客户端和服务端之间采用第二对称密钥进行数据加密传输。
8.根据权利要求7所述的数据的安全通信装置，其特征在于，所述第二对称密钥是由客户端随机生成的。
9.根据权利要求7或8所述的数据的安全通信装置，其特征在于，所述客户端与所述服务端之间采用TCP连接方式连接。
10.根据权利要求9所述的数据的安全通信装置，其特征在于，客户端和服务端将第二对称密钥作为国密SM4算法的密钥对数据进行加密和解密处理。
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