CN110417549A - 针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名 - Google Patents

Abstract

本发明公开了针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征在于将反映一个人或物体的行踪产生的卫星定位位置轨迹动态变化的一组参数作为代表一个人或物体身份的动态数字签名，并通过分析该组参数的动态变化规律来分析其对应的动态数字签名的合法性和有效性。本发明的意义在于第一次把人或物体与数字签名直接关联了起来，由此让人或物体的行为成为了数字签名中不可分割的一部分，弥补了传统密码学的先天缺陷——只是一串抽象的数据而与使用该数据串的人毫无关系，从而解决了传统密码学只认密码不认人的历史难题，为如何甄别隐匿在网上的黑客的身份提供了一种有效的方法，并为传统的密码学开拓了一个全新的研究方向。

Description

针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名

技术领域

本发明涉及密码学的数字签名技术领域，具体涉及针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名。

背景技术

自从有了电脑，就有了电脑的安全问题。

随着网络的出现，电脑的安全问题演变成了网络的安全问题而且变得更加严峻。

到了5G时代的万物互联，可以豪不夸张地说网络的安全问题将进一步演变成对物体控制的安全问题：

特别是作为智能移动终端的手机，届时将不可避免地变成一个远程控制/操作中心、一个移动支付中心和一个移动人机对话中心，而与此同时，手机作为一个移动信息中心，每天要接触大量来历不明的网络链接，所以非常容易感染各种木马病毒，因此手机的安全环境变得非常脆弱，从而让上述种种基于手机这个随身携带且使用方便的智能移动终端的应用充满各种现实而又风险巨大的安全陷阱！

举个几个例子：

1)比如一个无人驾驶汽车的主人在外地出差回来时，在机场通过智能手机作上的远程遥控服务来召唤自己的无人驾驶汽车从家里的车库出发前来机场接自己，但黑客同样可以通过入侵这远程遥控服务来非法地把无人驾驶汽车开走！

2)又比如在智能家居环境下，智能家居中的门窗物联网传感器和执行器通过作为智能家居控制系统上的物联网可编程控制器来实现对门窗的控制，但黑客同样可以通过入侵这个智能家居控制系统的智能移动终端来非法地修改此人的智能家居控制方案并传给智能家居控制系统上的物联网可编程控制器，让门窗在黑客到来的时候自动打开从而让黑客得以把此人家里的财务洗劫一空！

如此种种但不限于这些类型的黑客攻击，通过分析我们可以看出这些都是一种针对物联网的控制权发出的攻击，因此与传统的互联网上的网络犯罪有很大的不同，但危害却要大得多，因为这直接影响到一个家庭的安全、隐私甚至重大的财产损失，所以5G时代的万物互联的安全主要是要打赢与网络黑客对物联网的控制权的战争。

如果认为上面的例子还离我们太遥远，那么下面是一个非常现实且经常发生的活生生的例子：

1)比如一个消费者在一家超市刷二维码进行手机移动支付买菜，但这个店家的二维码由于管理不善被不法分子种上了木马了，因此消费者在通过手机移动支付的同时其支付账号和密码被盗走了，于是不法分子就可以用盗窃得到的消费者的支付账号和密码去消费了，这样的作案很难事先被发现，往往等发现时消费者已经遭受了不小的经济损失了。

2)又比如，2019年的3.15大会上银行承认其基于移动终端的快闪支付存在安全风险，对此，银联宣布只要在72小时内上报，损失就可以得到全额赔偿。

3)又比如，现在市场存在大量的非法POS机，在这些非法POS机上刷卡将给持卡人带来重大的安全隐患。

从上面列举的几个案例看，大都有一个共同的特点，那就是通过窃取用户的账号和用户密码。

从目前行业的认知看，仿佛用户密码被非法窃取了是“天经地义”——那是因为用户自己的疏忽或相关商家的疏忽而至。但实际上这背后所隐含的却是传统密码学的一个严重的而又无奈的先天缺陷！

因为数千年来，传统密码学研究的是各种加密和解密的方法，并不研究使用密码的人的行为，因此最后的结果就是传统密码学只认密码不认人——无论是谁，只要密码正确，就是“合法”的用户——这就是传统密码学的先天缺陷！

也许，有人会认为如果使用了最新的认证技术，如指纹识别和人脸识别技术，就可以高枕无忧了，但事实恰恰相反——即使使用了指纹识别和人脸识别技也并不安全，且如果使用不当甚至比传统的密码更加危险！

举几个有关指纹识别和人脸识别并不一定绝对安全，甚至如果使用不当可能更加危险的例子：

1、破解指纹识别：

现在很多人喜欢用指纹锁，认为这更安全。而实际情况是：只需在你的指纹锁上涂上一种特殊的液体，当你用指纹解锁开门之后，你的指纹就被留在了门锁上，然后剩下的就只需要拍张高清照片然后按照制作指纹模板了；

更甚的，2019年1月，来自纽约大学的研究人员提出了一种可以生成“万能指纹”的神经网络模型MasterPrints，攻击手机指纹解锁的成功率最高可达78％！

2、破解人脸识别：

最近有报道称有人使用了一种根据照片进行3D打印技术去攻击手机的人脸识别功能，在一通测试之后，他们发现石膏“人脸”竟可以破解四种流行旗舰手机的AI人脸识别解锁功能，只有iPhone X不为所动。据介绍，测试中被“假头”破解的手机包括LG G7ThinQ、三星S9、三星Note 8和一加6；

更恐怖的是去年发布的Galaxy S8配备了新的面部识别功能，只要盯着前置摄像头即可解锁手机。外媒的简短测评显示，这项功能的速度甚至超过指纹识别。然而很快有用户发现，虽然速度有了，但这项功能并不安全。根据已经公布的视频演示，只需要一张照片，即可成功骗过Galaxy S8的面部识别。虽然花费的时间略长，但确实有效。有意思的是，可以用S8拍出的照片欺骗另一台S8手机。在这段视频发布后，三星发言人在声明中表示：面部识别不是一项安全功能，只是为了方便用户打开手机主屏；

更有甚者，有人说现在不是有活体识别吗？于是就有人用手机摄像机拍摄了一段脸部的视频，在人脸识别系统前播放，居然骗过了人脸识别系统！

因此无论指纹识别还是人脸识别，在公共场合有执法人员监督的情况下，是有效的。但如果是在私有场合下，则存在很大的安全漏洞——因为无论指纹识别系统还是人脸识别系统无法识别人的指纹和手指上套着指纹模板的区别，也无法识别真实的人脸和视频中的人脸的区别！

人们对于指纹识别和人脸识别的误区在于：大家普遍认为指纹和人脸都是独一无二的，且长在我自己的身上，因此别人偷不走也无法复制。而实际的情况是——如果黑客想要访问一个受保护的指纹或面部扫描的系统，他们可以采用以下几种方法：

1、替换存储在数据库中的指纹或人脸扫描模板数据；

2、利用存储的模板数据创建指纹或人脸的副本；

3、花钱像现在买卖个人信息那样非法从提供指纹或人脸识别服务的企业中的相关人员手中购买指纹或人脸的模板数据；

4、非法使用被盗的模板数据；

5、用被盗的模板数据从一个系统非法跟踪到另一个系统；

6、用盗取到的模板数据通过逆向工程制作出指纹模板或人脸模板；

7、简单地直接用人脸视频，或者用一张人脸照片制作成人脸视频替代真实的人脸；

8、通过注入法应用绕过活体检测；

数不胜数......。

因此，指纹和人脸虽然长在你的身上，但作为比对的模板数据却是放在服务器中，因此，长在你身上的指纹和人脸是无法被“偷走”，但存放在服务器中的模板数据却可以被掉包！包括对于识别系统来说，指纹模板和视频中的人脸几乎没有区别，因此指纹识别和人脸识别并非如人们想象的那样是“无懈可击”！

更重要的是：指纹识别和人脸识别是一种把基于人的生物特征产生的模板数据作为一种代表人的身份的数字签名，与传统的密码相比，指纹识别和人脸识别把这种数字签名与人的生物特征联系了起来，这与传统的密码纯碎是一个抽象的字符串与其所代表的人毫无关系相比确实是一种进步。

但是：如果是传统的密码，你不小心泄露了密码，你可以事后更改它。但如果你的指纹或面部信息泄露了，事情就比较麻烦了。因为你无法修改你的指纹或面孔！比如上面的例子中你的指纹被不法分子在你使用的指纹门锁上被窃取了，或者你被人拍了照并通过3D打压制作了你的“人头”模型，则你的指纹识别和人脸识别就被永久失效了！

包括如果你的指纹模板数据或人脸模板数据被黑客从认证服务提供商的服务器上窃取了，甚至是化点钱像现在买个人信息那样从内部的服务人员那里买到了，那么他们就可以逆向地制作出能产生同样模板数据的指纹或人脸模型！

因此必须记住：生物特征模板数据是永久的，也是唯一的。这些数据如果被黑客获取，可能会严重损害用户隐私和生物识别系统的安全。其中的致命缺陷就是“生物特征是静态的，因此其产生的模板数据是永久的”！这也是目前欧洲很多国家立法禁止使用人脸识别的原因之一。

为了解决上述种种问题，我们提出了将反映一个人或物体的行踪产生的卫星定位位置轨迹动态变化的一组数据作为代表此人或物体身份的动态数字签名，然后通过分析该动态数字签名的动态变化规律来判断该动态数字签名背后的人或物体的身份的合法性和有效性，去弥补传统的数字签名只是一个抽象的数据串而与使用该数据串的人毫无关系的先天缺陷，从而把人和数字签名直接关联了起来，让人的行为成为了这个动态数字签名中不可分割的一部分，这样就使得对数字签名通过智能化的分析去判断该数字签名背后人的身份是否合法有了实现的可能：

1)首先，在卫星定位精度达到1米的情况下，一个人动态的行踪轨迹的卫星定位是无法被精确预测的，这一方面是由于人的下一步会往哪里走无法被他人提前知道，另一方面则是由于卫星定位误差的存在而造成的卫星定位位置在一定范围内的随机性。

2)此外，一个人动态变化的行踪轨迹所产生的卫星定位轨迹必然是连续的且不会出现任何有违科学规律和生活常识的断崖式的突变。

3)因此，通过定量分析一个人动态变化的行踪轨迹产生的卫星定位位置轨迹的动态变化规律就能判断产生此行踪轨迹所产生的卫星定位轨迹动态变化的前后是否是同一个人——如果是同一个人则此人的身份就是合法和有效的，反之就是非法的和无效的。

对于智能移动终端上各种基于远程或移动特点的操作应用而言，传统的基于用户密码的身份认证与基于卫星定位的动态数字签名的身份认证相比：

1)前者将一个人拍脑袋想出来的数据串作为密码，一旦形成就不再改变，因此是一种静态的身份证明；而后者则将一个人的行踪轨迹动态变化产生的卫星定位位置的轨迹变化作为动态数字签名来作为身份证明，这个数字签名是否合法与有效不仅仅取决于当前的位置轨迹，还和接下来的位置如何变化有关。相比之下：前者只是一个抽象的逻辑符号，与使用该逻辑符号的人无关，因此该逻辑符号代表的密码是否正确与使用该密码的人没有联系，因此存在只认密码不认人的缺陷；而后者代表的不仅仅是一组数据，这组数据的背后则是人动态的行踪轨迹变化，因此这组数据与产生此组数据的人有着密不可分的关联，因此可以通过对产生此组数据的人行踪轨迹的动态变化规律判断这变化前后的轨迹是否出自同一个人；

2)前者通过加密的方法来保证密码不被泄露而维持其唯一性，而后者则通过一个人的行踪轨迹动态变化的规律是连续的且不会出现有违科学规律和生活常识的断崖式突破来保证其唯一性。相比之下：前者由于任何一种加密方法都是可被破解或密码都是可被窃取的，因此其唯一性的可信性完全取决于加密的强度和秘钥管理的机制；而后者由于是基于一种科学的规律和生活的常识，因此其唯一性不存在被破解的可能性同时也不存在会被窃取的问题；

3)前者的安全依赖严格的秘钥/密码的管理机制，因此虽然使用上很方便，但管理起来却非常复杂——特别是当多个不同的应用系统需要不同的密码的时候，其秘钥/密码的产生和管理就会变得过于复杂而没有可操作性——否则只有降低安全的级别让不同的应用共用一把秘钥或一个密码，这样的结果就是一旦这秘钥或密码被窃，所有上述的应用都将立即陷入一个巨大的危险之中；而后者的产生是一个自然的过程，其中除了定时上传当前的卫星定位位置之外不需要其它任何的管理机制，因此简单易行，即使应对多个不同的应用，由于人的行踪永远处于一个动态的变化之中，因此不存在重复使用同一个数字签名的问题，更何况后者的数字签名并不存在被破解或被窃取的问题的。

4)前者是一直被动性的防御，无法主动发现藏匿在虚拟世界里的网上黑客，因为传统密码学只研究数字签名本身而不研究数字签名背后的人。后者是主动的并带有进攻性，因为其研究的是数字签名的动态变化规律背后的人的行为，因此，网上黑客虽然藏匿在虚拟的世界中，但网上黑客的卫星定位暴露了其在现实世界中的位置，因此后者不仅仅是可以发现网上黑客，而且还能主动向有个公安部门报警备案！

最后来说说与指纹识别和人脸识别的比较。

就针对智能移动终端上的应用而言，本发明与指纹识别和人脸识别相比，后者采用了人的生物特征作为数字签名，而由于人的生物特征是静态的，因此在长期使用的过程中难免不会被非法窃取或仿制，且需要在智能终端拥有较大的内存和算力；而前者是采用了人的行踪变化所产生的特征作为数字签名，而人的行踪是永远变化的且具有不可预测性，因此是一种动态的数字签证，需要说明的是，这里的动态是指数字签名本身是动态变化的，而不是如目前所谓的动态加密技术只是改变加密的方法和参数而被加密的内容仍然是静态的有着本质的不同。因此，由于本发明产生的数字签证本身处于不断的变动之中且不可预测，并通过对其动态变化的规律进行分析判断来验证此数字签名是否有效，因此就不存在被窃取或被复制的问题，且本发明的实施对于移动智能终端而言，只需要能够进行卫星定位就行，因此其实施的成本非常低廉且容易实现。

结论：对于任何基于智能移动终端的远程/移动的应用而言，如果将传统的用户密码与基于卫星定位的动态数字签名相结合，就能既保留了传统的用户密码在使用上的方便性，同时又极大地提高了其安全性——弥补了传统密码学的只认密码不认人的先天缺陷，并且简单易行！

以上述的移动支付账户密码被窃为例：

合法的移动支付账户拥有者在江苏无锡市新吴区的超市使用了智能手机上的移动支付，此时发生了账户的使用密码被接受扫描支付的二维码中暗藏的木马病毒窃取了。而这个在超市中利用超市管理的不规范而植入这木马病毒的不法分子在江苏无锡惠山区，随后这个不法分子试图在江苏无锡惠山区使用该非法窃取的受害者的移动支付账户的使用密码通过智能手机在一个百货店中进行扫描支付消费。此时，智能手机中的扫描支付APP中的认证程序会把所有使用该扫描支付的操作者的当前卫星定位位置发送给移动支付的认证中心，因此，上述不法分子的当前卫星定位位置就被发送到了认证中心。认证中心收到后，根据支付信息中的账户调出该账户所绑定的二个用户终端的基于卫星定位的动态数字签名，此时，认证中心马上会发现根据调出的动态数字签名，该账户的合法用户的位置中的一个刚刚1分钟之前还在无锡新吴区，另一个则1分钟之前在上海，而现在的这个要求支付的操作发生的地点通过发来的卫星定位位置显示突然跑到了无锡的惠山区！这显然是有违科学规律的，因为一个人不可能在短短1分钟内就跨越了将近18公里的距离从无锡的新吴区跑到无锡的惠山区——因为这相当于此人的加速度高达300米/秒即相当接近了音速，这显然有违科学规律和生活常识，因为一个战斗机飞行员能够承受的最大加速度过载也只有10个G即100米每秒！更不要说从上海跑到无锡了。因此，认证中心马上可以判断发出本次支付操作的人的身份一定是不合法的，即一定是窃取了合法用户的使用密码，因此就拒绝支付并立即将此不法分子的当前位置报告给相关的公安部门报警备案。

由此可见，当传统的用户密码与上述的“针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名”绑定之后，能有效地弥补传统密码学的缺陷——解决只认密码不认人的历史难题！

当然，在实际的应用中“针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名”并非如此简单，上述的例子说明的只是一个基本的工作原理。

比如卫星定位虽然是公共开放的服务，获取的卫星定位经纬度都是真实的，但网络黑客可以弃之不用而去自己研发一个能完全模拟用户正在使用的应用APP，并自己人为地输入一个卫星定位经纬度，但问题是：网络黑客作案的一个很大特点就是不知道受害者现在的精确位置究竟在哪里——因此无法输入受害者正确卫星定位位置！！

又比如，作为网络黑客，如果上述方法行不通，还有一个办法，那就是通过间谍软件去跟踪受害者的行踪。但如果使用“基于卫星定位的动态数字签名”的应用APP发送给认证中心的卫星定位位置不是经纬度，而是经过转换的另一种坐标，且该转换的算法使用的参数是每个用户安装的APP自动根据自己程序中内含的序列号产生的，那么这个网络黑客即使通过间谍软件跟踪了受害者的行踪，但还是无法通过非法跟踪用户的行踪获得的卫星定位去产生一个该认证中心真正使用的代表该用户行踪轨迹的坐标，从而仍然是“竹篮打水一场空”！

又比如，网络黑客在情急无奈之下只能从网上走到网下——来到受害者的卫星定位误差范围内，即1米内，这样才能使该“基于卫星定位的动态数字签名”落在合法身份的范围内，否则仍然会显示黄色或者红色的警示标示！而当一个网上的黑客行为变成另一个网下的小偷行为——来到了作案对象的身边，这显然给破案带来了质的转变——从侦破隐匿在网上的黑客变成在现场抓小偷——哪个更容易？

最后，“针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名”特别适合于被用于家庭区域网(发明专利：家庭区域网络系统及其构建方法)去构建一个家庭认证中心，因为：

1)记录个人的行踪轨迹涉及个人的隐私问题；

2)如果将认证服务仅限于本行业、本领域、本应用、本企业，那么势必出现成千上万开展着同样认证业务的重复建设而造成极大的社会资源浪费；

3)如果将认证变成一种第三方服务，那么提供这第三方认证服务的机构势必要面对每天需要存储过亿认证用户的行踪轨迹，包括每天超过10亿的认证操作，其需要具备的计算能力和网络服务能力是个非常沉重的成本负担。

而家庭区域网是一种建立在家庭内部的属于家庭私有的家庭云物联网服务平台，因此把家庭成员的行踪轨迹记录在家庭内部则所谓的涉及隐私问题就迎刃而解！同时，一个家庭中的智能移动终端数量有限，因此这个新增的家庭认证服务给整个家庭区域网系统带的负担几乎可以忽略不计。

在上述安排下，每个提供基于智能移动终端的远程/移动操作应用，只需在自己的APP中嵌入一个家庭认证服务即可，即每次执行远程/移动的操作之前，先把操作者的卫星定位发往该操作者所在的家庭区域网系统去进行家庭认证，如果认证通过就继续执行上述的应用操作，否则拒绝执行上述的应用操作。这样既大大提高了基于智能移动终端的远程/移动的操作应用的安全性，同时又不会对该应用造成什么额外的负担。

需要特别指出的是，密码学问世的时候还没有移动互联网，更没有卫星定位，因此如何解决智能移动终端上的安全问题，如果无视移动终端本身的特点，包括忽略的一下看似不相干的前沿科学，而只是一味地去想如何加强加密码或加密的强度，让不法分子无法在有效的时间内实现破解，那么可能就陷入了一个“道高一尺魔高一丈”的死循环，因为一旦量子计算机出现，所有现有的传统加密方法都将不堪一击！而另一方面，代表个人身份的用户密码永远不会消失，智能移动终端中的木马病毒也永远不会消失，那么又如何是好？！

综上所述：为了实现以上种种设想和解决传统密码学只认密码不认人的问题，我们发明了“针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名方法”。

发明内容

针对现有密码学数字签名技术的缺陷，本发明提供针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其基本原理在于：“一个人或物体的行踪轨迹的卫星定位位置无法被精确预测，同时一个人或物体的行踪产生的卫星定位位置轨迹必然是连续的且不会发生任何有违科学规律或生活常识的断崖式突变，所以只要分析该卫星定位位置轨迹的动态变化规律就能判断产生此卫星定位位置轨迹的动态变化前后的人或物体是否是相同的一个人或物体。”

第一方面，本发明实施例提供的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征在于：将反映一个人或物体的行踪产生的卫星定位位置轨迹动态变化的参数，包括卫星定位位置轨迹动态变化的时间、位置、速度、加速度和加速度的波动幅度，形成一组动态的数据来作为代表一个人或物体身份的动态数字签名。

第二方面，本发明实施例提供的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征还在于所述代表一个人或物体身份的动态数字签名的合法性和有效性取决于反映该人或物体的行踪产生的卫星定位位置轨迹动态变化的参数，包括卫星定位位置轨迹动态变化的时间、位置、速度、加速度和加速度的波动幅度，的动态变化规律不能违背科学规律或生活常识。

第三方面，本发明实施例提供的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征还在于包含了一个“成员注册表”，该成员注册表记录了每个成员的编号和该成员的类型。

第四方面，本发明实施例提供的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征还在于包含了一个记录人或物体行踪轨迹的卫星定位的“成员行踪轨迹变化记录表”，该“成员行踪轨迹变化记录表”记录了一个人或物体行踪轨迹的卫星定位变化所形成的各种数据，包括历史位置，当前位置，当前位置变化的速度、加速度和加速度的波动幅度。

第五方面，本发明实施例提供的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征还在于包含了一个“目标行踪轨迹变化阈值范围表”，该“目标行踪轨迹变化阈值范围表”中有四种颜色的阈值范围，分别是绿色的、黄色的、红色的和黑色的；其中人或物体的行踪轨迹的卫星定位位置变化的速度、加速度和加速度波动幅度在正常步行的速度和加速度范围内的为绿色；在正常步行至高铁之间的速度、加速度和加速度波动幅度范围内的为黄色，在高铁至航空飞行器之间的速度、加速度和加速度波动幅度范围内的为红色；超过航空飞行器的速度和加速度，或加速度的波动幅度到达或超过一个战斗机飞行员所能承受的最大飞行机动过载的则为黑色。

第六方面，本发明实施例提供的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征还在于包含了一个“成员数字签名列表”，该“成员数字签名列表”中每个注册成员下有五个数据：1)发送当前卫星定位位置的时间；2)当前卫星定位的位置；3)当前的速度；4)当前的加速度；5)当前的加速度波动幅度；该五个数据构成当前的基于卫星定位的动态数字签名，随着上述动态数字签名中的这些数据的变化，该动态数字签名也会动态地跟着变化。

第七方面，本发明实施例提供的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征还在于包含了一种根据人或物体动态变化的行踪轨迹产生的卫星定位轨迹的动态变化规律去判断一个持有智能移动终端并通过该智能移动终端去进行远程控制/操作的操作者的身份是否合法有效的计算机程序流程，称为“基于卫星定位的动态数字签名的工作流程”：

1)每当一个新成员加入数字认证中心，数字认证中心就会在“成员注册表”中和“成员数字签名列表”中增加一个成员编号，然后给这个成员编号的成员建立一个“成员行踪轨迹变化记录表”；

2)上述智能移动终端把当前的卫星定位位置变化不断地发送给远程的数字认证中心，数字认证中心将收到的卫星定位位置保存到上述的“成员行踪变化记录表”并通过计算形成一组代表该智能移动终端发送当前卫星定位位置的时间，卫星定位位置轨迹动态变化的时间、位置、速度、加速度和加速度波动幅度，然后将该组数据作为代表持有该智能移动终端的操作者的身份的动态数字签名保存在一个“成员数字签名列表”中；

3)数字认证中心每次收到上述智能移动终端发来的最新卫星定位位置，结合保存的持有该智能移动终端的操作者的数字签名，计算出该智能移动终端最新的数字签名，即从现有的数字签名中获取其中的位置“p”、速度“v”、加速度“a”和加速度波动幅度“t”四个数据，然后根据最新收到的卫星定位位置“P”和发送该最新位置的时间“T”，结合历史数据中的“p”、“v”、“a”和“t”四个数据，计算出新的速度V、加速度A和加速度波动幅度H；然后将计算得到的新的上述速度V、加速度A和加速度波动幅度H数据与上述的“目标行踪轨迹变化阈值范围表”中的不同颜色的阈值范围进行比较：

a、如果落在绿色阈值范围之内，就是上述新的数字签名是合法的和有效的，也就是说该智能移动终端背后的操作者的身份是合法的；

b、如果落在黄色阈值范围之内，就是上述新的数字签名是有疑问的，也就是说该智能移动终端背后的操作者的身份是需要注意的，因为一个人在正常情况下是无法在快速运动中进行移动终端操作，除非是乘坐在交通工具上；

c、如果落在红色阈值范围之内，就是上述新的数字签名存在很大不确定性，也就是说该智能移动终端背后的操作者的身份是需要警惕的，因为超过高铁的速度、加速度和加速度波动幅度只有飞机在起飞/降落的时候或者高空飞行的时候，而此时是无法进行移动通信的，因此就不可能进行移动终端，而出现在红色阈值范围内的情况仅仅会出现在刚刚下飞机的时候，因此需要警惕；

d、如果落在黑色阈值范围之内，就是上述新的数字签名是肯定有问题的，也就是说该智能移动终端背后的操作者的身份一定是不合法的，因为一个人的行踪轨迹的卫星定位位置变化的加速度不可能超越航空器的加速度，同理一个人的加速度波动幅度也不可能超越一个战斗机飞行员所能够承受的飞行机动过载一般是9-10个G，更不可能在上述二种情况下进行移动终端操作；

e、如果差值落在黄色阈值范围的上限附近或等于上限，上述智能移动终端的行踪轨迹卫星定位却没有在对应的时间期间曾经在高铁站附近出现过，则从黄色阈值升级成黑色阈值，因为没有可能持有上述智能移动终端的人没有乘坐高铁就能让自己的行踪轨迹的卫星定位位置变化速度达到高铁的速度的；

f、如果差值落在红色阈值范围的上限附近或等于上限，上述智能移动终端的行踪轨迹卫星定位却没有在对应的时间期间曾经在机场附近出现过，则从红色阈值升级成黑色阈值，因为没有可能持有上述智能移动终端的人没有乘坐飞机就能让自己的行踪轨迹的卫星定位位置变化速度达到飞机的速度的。

第八方面，本发明实施例提供的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征还在于用到了一种将卫星定位的经纬度坐标转换成笛卡尔直角坐标的方法，且转换后的笛卡尔坐标的原点是根据每个用户安装“基于卫星定位的动态数字签名方法APP”时自动产生的产品序列号为参数并经过一个特定的算法，比方说加法但不限于加法，对坐标原点的位移量进行计算，经过这样转换的卫星定位位置被称为“金星坐标”，上述产品序列号是无法被外部访问的，从卫星定位经纬度转换成笛卡尔坐标的算法也是可以经过某种特定修正的，这样，不法分子即使通过技术手段跟踪到了使用本发明所述的基于卫星定位的动态数字签名的用户的行踪，也无法知道其卫星定位的位置转换成“金星坐标”后是一个什么位置。

本发明的有益效果：

1、对密码学技术的贡献。本发明弥补了传统密码学的一个先天性缺陷——解决了传统的密码技术只认密码不认人的历史难题，为传统的密码学开拓了一个全新的研究方向和领域，即如何利用最近10年才开始在民用领域普及的卫星定位去形成一种新的代表人或物体的身份的数字签名技术。从这个意义上讲，本发明抛出的是一块石头，希望引出的是一块玉——一个密码学中的新的分支学说；

2、帮助普通百姓家庭在5G时代的万物互联过程中打赢与网络黑客争夺对移动物联网的远程操作/控制权的战争。5G时代来临后，智能移动终端，特别是智能手机，将扮演极其重要的移动人机对话、移动远程遥控、移动刷卡支付等角色，与此同时，未来无人驾驶汽车将进入家庭，甚至很多家庭将拥有自己的智能无人驾驶飞行器——或者正确地讲是会飞的机器人保姆——去帮助家庭外出取快递、取外卖或去商店购物等等，此外还会包括形形色色的无人驾驶农机，无人值守大棚机器人，无人值守鱼塘机器人等等，这些都离不开通过智能移动终端的网上远程控制和操作。因此对普通百姓家庭来说，5G时代最重要的安全问题之一从本质上讲就是和网络黑客争夺通过智能移动终端/设备进行远程控制/操作的控制权的战争，而本发明为帮助普通百姓家庭打赢这场战争提供了一个简单、低成本但非常可靠且有效的技术手段！

3、大幅度减少由于个人账户泄密和用户密码被窃造成的经济损失上。研究报告表明，世界2/3网民(超过20亿)的个人信息曾被窃取或受到影响。CSIS估计，网络犯罪给全球经济每年带来了超过5,000亿美元的损失，约占全球收入的0.7％。这已经超过了不少国家的收入。本发明能让占个人信息被窃中占比超过80％的个人账户泄密和用户密码被窃而产生的案件中的绝大部分得以被事先阻止，从而为整个社会挽回数以千亿计的经济损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

附图是本发明所述针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名的实施过程中的原理性示意图，其中：

图1示出的是“基于卫星定位的动态数字签名”的基本结构框图

图2示出的是判断“基于卫星定位的动态数字签名”的有效性和合法性的一个具体实例的示意性工作原理图。

图3示出的是“基于卫星定位的动态数字签名”所包含的“成员注册表”，“成员行踪变化记录表”，“目标行踪轨迹变化阈值范围表”和“成员数字签名列表”。

图4示出的是“基于卫星定位的动态数字签名的工作流程”的示意性计算机程序流程图。

图5示出的是金星坐标的形成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

本发明针对现有密码学技术的先天缺陷——只认密码不认人，提出了一个新的理论：“一个人或物体的行踪轨迹的卫星定位位置无法被精确预测，同时一个人或物体的行踪产生的卫星定位位置轨迹必然是连续的且不会发生任何有违科学规律或生活常识的断崖式突变，所以只要分析该卫星定位位置轨迹的动态变化规律就能判断产生此卫星定位位置轨迹的动态变化前后的人或物体是否是相同的一个人或物体。”

第一发明施例的实施

如图1所示，示出了本发明实施例所提供的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名的结构示意图，该针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名包含了卫星定位位置轨迹动态变化的时间，卫星定位位置轨迹动态变化的位置，卫星定位位置轨迹动态变化的速度，卫星定位位置轨迹动态变化的加速度和卫星定位位置轨迹动态变化的加速度波动幅度。

第二发明实施例的实施

下面通过一个具体例子来说明本发明实施例的整个实施过程，图2示出的是该具体例子的示意性工作原理图：

有一个消费者在无锡，该消费者所持有的智能移动终端上的移动支付以身份X在认证中心上注册了使用“针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名”的服务，因此该消费者所持有的智能移动终端定时地或只要位置有变化就把当前卫星定位位置变化的时间和最新的位置发送给认证中心，认证中心收到后结合该消费者的历史记录通过计算形成一组代表该智能移动终端发送当前卫星定位位置的时间，卫星定位位置轨迹动态变化的时间、位置、速度、加速度和加速度波动幅度作为代表持有该智能移动终端的操作者的身份的动态数字签名；

有一个网络黑客在南京，非法窃取了身份X的智能移动终端上的移动支付账号和用户密码，试图非法使用窃取到的身份X的智能移动终端上的移动支付账号和用户密码去超市购物。但由于身份X的智能移动终端上的移动支付账号和用户密码是使用了认证中心的“针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名”的服务的，因此每次移动支付时都会自动把移动支付操作随同当前的卫星定位一起发往认证中心先去认证，如果通过了才能执行该移动支付操作，否则就拒绝执行并向有关部门报警，所以当该网络黑客试图用窃取到的身份X的智能移动终端上的移动支付账号和用户密码去超市购物时，移动支付APP将自动将网络黑客的当前卫星定位位置同步发送给认证中心去认证；

参考图2可见身份X的智能移动终端在当天6点31分0秒的时候发往认证中心的卫星定位位置A在无锡新吴区的尚东雅园，1分钟后的位置B变成了无锡新吴区的宝龙广场，位置A和位置B之间的距离是50米，因此符合上述的一个人或物体的行踪轨迹必然是连续的且不会出现有违科学规律和生活常识的断崖式突变的基本原理，因为1分钟内该智能移动终端的行踪轨迹动态变化产生的卫星定位轨迹变化发生50米距离的位置迁移是平均0.83米/秒，在正常的步行速度范围之内。但是又过了1分钟，认证中心收到上述网络黑客发来的试图非法使用窃取到的身份X的智能移动终端上的移动支付账号和用户密码在超市购物后请求移动支付的操作认证，其中随同发来的卫星定位位置C却变成了南京雨花台区的雨花台景区，这样该智能移动终端的行踪轨迹动态变化产生的卫星定位轨迹发生了断崖式突破：即1分钟内发生了180公里的位移，这相当产生了一个将近3000米/秒的加速度，这远远超过一个战斗机飞行员所能承受的机动过载是10G即100米/秒的极限，更不要说对于一个普通人了，因此这显然有违科学规律和生活常识，这样就违反了上述“基于卫星定位的动态数字签名方法”的基本原理，因此我们可以断定位置C的智能移动终端一定不是之前在位置B和A的那个智能移动终端，即有人冒充了之前在位置B和A的那个持有智能移动终端的在认证中心的注册身份是X的消费者。换句话说，虽然位置C的智能移动终端使用的移动支付账号和用户密码都是正确的，但由于位置C的智能移动终端不可能在1分钟内从无锡飞到南京，因此该移动支付账号和用户密码一定是被非法盗窃并使用了，也就是说使用这个移动支付账号和用户密码的操作者的身份是非法的和无效的。

第三发明实施例的实施

图3示出的是本发明实施例所述的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名包含了一个“成员注册表”，该成员注册表记录了每个成员的编号和该成员的类型，其格式＝成员类型-编号。

第四发明实施例的实施

图3中示出的是本发明实施例所述的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名包含了一个记录人或物体行踪轨迹的卫星定位的“成员行踪轨迹变化记录表”，该成员行踪轨迹变化记录表记录了每个使用“针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名认证”的成员的行踪轨迹的卫星定位变化所形成的历史数据，包括历史位置，当前位置，当前位置变化的速度、加速度和加速度的波动幅度。

第五发明实施例的实施

图3中示出了本发明实施例所述的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名包含了一个“目标行踪轨迹变化阈值范围表”，该目标行踪轨迹变化阈值范围表中有四种颜色的阈值范围，分别是：速度阈值范围绿色，速度阈值范围黄色，速度阈值范围红色，速度阈值范围黑色，加速度阈值范围绿色，加速度阈值范围黄色，加速度阈值范围红色，加速度阈值范围黑色，加速度波动幅度阈值范围绿色，加速度波动幅度阈值范围黄色，加速度波动幅度阈值范围红色，加速度波动幅度阈值范围黑色。

其中：

当人和物体的行踪轨迹的卫星定位位置变化的速度、加速度和加速度波动幅度在正常步行的速度、加速度和加速度波动幅度范围内的为绿色；

在正常步行至高铁之间的速度、加速度和加速度波动幅度范围内的为黄色；

在高铁至航空飞行器之间的速度、加速度和加速度波动幅度范围内的为红色；

超过航空飞行器的速度和加速度，或加速度的波动幅度到达或超过一个战斗机飞行员所能承受的最大飞行机动过载10G的则为黑色。

第六发明实施例的实施

图3中示出的是本发明实施例所述的针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名包含了一个“成员数字签名列表”，该成员数字签名列表中每个使用“针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名认证”的成员的成员编号下有五个数据：

发送当前卫星定位位置的“时间”；

当前卫星定位的“位置”；

当前的“速度”；

当前的“加速度”；

当前的“加速度波动幅度”。

该五个数据构成当前的基于卫星定位的动态数字签名，随着数字签名中的这些数据的变化，数字签名也会动态地跟着变化。

第七发明实施例的实施

图4示出的是发明实施例所述的“基于卫星定位的动态数字签名的工作流程”的具体实施的示意性计算机程序流程图，现参考图4解释如下：

1)每收到从智能移动终端发来的最新卫星定位位置P和发送的时间T，都会先检查是否新成员，每当一个新成员加入数字认证中心，数字认证中心就会在“成员注册表”中和“成员数字签名列表”中增加一个成员编号，然后给这个成员编号的成员建立一个“成员行踪轨迹变化记录表”，如果不是新成员，则直接进入下一个步骤；

2)数字认证中心将收到的卫星定位位置保存到上述的“成员行踪变化记录表”中，并结合该成员的历史记录通过计算形成一组代表该智能移动终端发送当前卫星定位位置的“时间”、当前“位置”、当前“速度”、当前“加速度”和当前“加速度波动幅度”的数据记录，然后将该组数据记录作为持有该智能移动终端的操作者的身份的动态数字签名保存在一个“成员数字签名列表”中；

3)从该智能移动终端的“基于卫星定位的动态数字签名”中获得取出其中的位置“p”、速度“v”、加速度“a”和时间“t”四个历史数据；

4)根据收到的最新卫星定位位置P和发送的时间T，结合历史数据中的位置“p”、速度“v”、加速度“a”和加速度波动幅度“t”四个数据，计算出新的速度V、加速度A和加速度波动幅度H，这样就获得了一个新的数字签名，同时将其中的“V、A、H”三个数据与上述的“目标行踪轨迹变化阈值范围表”中的不同颜色的阈值范围进行比较：

a、V、A、H”三个数据如果落在绿色阈值范围之内，就是上述新的数字签名是合法的和有效的，也就是说该智能移动终端背后的操作者的身份是合法的，发出绿色的合法有效信号；

b、V、A、H”三个数据如果落在黄色阈值范围之内且不靠近黄色阈值上限，就是上述新的数字签名是有疑问的，也就是说该智能移动终端背后的操作者的身份是需要注意的，因为一个人在正常情况下应该不会在运动中进行操作，除非是乘坐在交通工具上，发出黄色的提醒注意信号；

c、V、A、H”三个数据如果落在红色阈值范围之内且不靠近红色阈值上限，就是上述新的数字签名存在很大不确定性，也就是说该智能移动终端背后的操作者的身份是需要警惕的，因为超过高铁的速度、加速度和加速度波动幅度只有飞机在起飞/降落的时候或者高空飞行的时候，而此时是无法进行移动通信的，除非是刚刚下飞机的时候，发出红色的提高警惕信号；

d、V、A、H”三个数据如果落在黑色阈值范围之内，就是上述新的数字签名是肯定有问题的，也就是说该智能移动终端背后的操作者的身份一定是不合法的，因为一个人的行踪轨迹的卫星定位位置变化的加速度不可能超越航空器的加速度，同理一个人的加速度波动幅度也不可能超越一个战斗机飞行员所能够承受的飞行机动过载是10个G，更不可能在上述二种情况下进行操作，发出黑色非法无效信号，同时将该卫星定位位置发给有关公安部门报警备案；

e、V、A、H”三个数据如果差值落在黄色阈值范围的上限附近或等于上限，上述智能移动终端的行踪轨迹卫星定位却没有在对应的时间期间曾经在高铁站附近出现过，则从黄色阈值升级成黑色阈值，因为没有可能持有上述智能移动终端的人没有乘坐高铁就能让自己的行踪轨迹的卫星定位位置变化速度达到高铁的速度的，发出黑色非法无效信号，同时将该卫星定位位置发给有关公安部门报警备案；

f、V、A、H”三个数据如果差值落在红色阈值范围的上限附近或等于上限，上述智能移动终端的行踪轨迹卫星定位却没有在对应的时间期间曾经在机场附近出现过，则从红色阈值升级成黑色阈值，因为没有可能持有上述智能移动终端的人没有乘坐飞机就能让自己的行踪轨迹的卫星定位位置变化速度达到飞机的速度的，发出黑色非法无效信号，同时将该卫星定位位置发给有关公安部门报警备案。

第八发明实施例的实施

图5示出的是本发明实施例实施的一个具体例子，该例子将卫星定位的经纬度坐标转换成笛卡尔直角坐标，然后将转换后的笛卡尔坐标的原点根据每个用户安装“基于卫星定位的动态数字签名方法APP”时自动产生的产品序列号为参数经过一个特定的算法——本例子使用了坐标原点偏移量等于软件的序列号对坐标原点的迁移量进行计算，最终将转换后的直角坐标迁移后让卫星定位位置从经纬度转换成了“金星坐标”。

Claims (2)

1.针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征在于：将反映一个人或物体的行踪产生的卫星定位位置轨迹动态变化的参数，包括卫星定位位置轨迹动态变化的时间、位置、速度、加速度和加速度的波动幅度，形成一组动态的数据来作为代表一个人或物体身份的动态数字签名。

2.如权利1所述针对智能移动终端的基于卫星定位的动态数字签名，其特征还在于所述代表一个人或物体身份的动态数字签名的合法性和有效性取决于反映该人或物体的行踪产生的卫星定位位置轨迹动态变化的参数，包括卫星定位位置轨迹动态变化的时间、位置、速度、加速度和加速度的波动幅度，的动态变化规律不能违背科学规律或生活常识。