CN111162901B - 非sim终端的应用共享密钥获取方法 - Google Patents

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Abstract

一种非SIM终端的应用共享密钥获取方法，涉及通信安全技术领域，所解决的是非SIM终端与应用服务器通信的技术问题。该方法利用一个带SIM卡的密钥生成器与安全服务器进行通信生成两者的共享密钥Ks和密钥索引Ks_ID；然后再由密钥生成器、安全服务器为非SIM终端生成密钥Ka、密钥索引Ka_ID，非SIM终端从密钥生成器上获取Ka密文并解密后得到密钥Ka、密钥索引Ka_ID；非SIM终端再将明文密钥索引Ka_ID发送至应用服务器，应用服务器通过密钥索引Ka_ID向安全服务器查询得到密钥Ka，非SIM终端与应用服务器即可利用该密钥Ka进行数据通信。本发明提供的方法，能让不带SIM卡的M2M终端通过应用层共享密钥与应用服务器实现通信。

Description

非SIM终端的应用共享密钥获取方法
技术领域
本发明涉及通信安全的技术，特别是涉及一种非SIM终端的应用共享密钥获取方法的技术。
背景技术
终端和应用服务器之间的认证和通信私密性往往依赖于两者之间存在共享密钥。针对移动终端，由于SIM卡和HLR/HSS事先内置了相同的密钥，目前已有相应的方法（比如3GPP的GBA机制）来基于这个密钥生成上述应用层共享密钥。
但是不带SIM卡的M2M（机器对机器）终端却没有办法通过应用层共享密钥与应用服务器实现通信，目前这些非SIM终端只能采用人工按照文件配置等费时费力且有安全隐患（密钥暴露给安装人员）的方法实现与应用服务器的通信。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能让非SIM终端通过应用层共享密钥与应用服务器实现通信的非SIM终端的应用共享密钥获取方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种非SIM终端的应用共享密钥获取方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）利用一个带SIM卡的密钥生成器与安全服务器进行通信，并采用基于SIM卡的共享密钥生成方法，使得密钥生成器和安全服务器得到共享密钥Ks和密钥索引Ks_ID；
2）密钥生成器生成一个随机数RandA，并采用信息摘要算法，利用共享密钥Ks对随机数RandA进行加密，形成RandA密文，并将共享密钥Ks作为输入参数形成RandA摘要；然后再构建一个包含有密钥索引Ks_ID、RandA密文、RandA摘要的请求通信包发送给安全服务器；
3）安全服务器收到密钥生成器发送来的请求通信包后，先根据请求通信包中的密钥索引Ks_ID找到共享密钥Ks，再采用信息摘要算法，利用共享密钥Ks对RandA密文进行解密后得到随机数RandA，并通过校验RandA摘要的方式对密钥生成器进行认证；
对密钥生成器认证成功后，安全服务器生成一个随机数RandB，并采用RSA密钥生成算法，利用共享密钥Ks、随机数RandB生成密钥Ka和密钥索引Ka_ID；
然后再采用信息摘要算法，利用共享密钥Ks对密钥索引Ka_ID、随机数RandB进行加密，形成包含密钥索引Ka_ID、随机数RandB的应答密文，并将共享密钥Ks作为输入参数形成RandB摘要；然后再构建一个包含有应答密文、RandB摘要的应答通信包发送给密钥生成器；
4）密钥生成器收到安全服务器发送来的应答通信包后，先采用信息摘要算法，利用共享密钥Ks对应答密文进行解密后得到密钥索引Ka_ID及随机数RandB，并通过校验RandB摘要的方式对安全服务器进行认证；
对安全服务器认证成功后，密钥生成器定义一个密钥Km，并采用RSA密钥生成算法，利用共享密钥Ks、随机数RandB生成密钥Ka，再采用对称密钥生成算法，利用密钥Km对密钥Ka、密钥索引Ka_ID进行加密，形成包含密钥Ka、密钥索引Ka_ID的Ka密文；
5）非SIM终端从密钥生成器上获取Ka密文，再采用对称密钥生成算法，利用密钥Km对Ka密文进行解密后得到密钥Ka、密钥索引Ka_ID；
6）非SIM终端向应用服务器发出携带明文密钥索引Ka_ID的请求通信包，应用服务器从该请求通信包中提取密钥索引Ka_ID，并将该密钥索引Ka_ID发送给安全服务器进行密钥查询，安全服务器根据该密钥索引Ka_ID找出对应的密钥Ka后返回给应用服务器；非SIM终端与应用服务器即可利用该密钥Ka进行数据通信。
本发明提供的非SIM终端的应用共享密钥获取方法，利用一个带SIM卡的密钥生成器与安全服务器进行交互，双方基于相应参数生成相应的应用层共享密钥，非SIM终端从密钥生成器安全读取应用层共享密钥，云端应用服务器可以从安全服务器安全获得对应的应用层共享密钥，使得非SIM终端可以通过应用层共享密钥与应用服务器进行数据通信。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系，本发明中的英文字母区分大小写。
本发明实施例所提供的一种非SIM终端的应用共享密钥获取方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）利用一个带SIM卡的密钥生成器与安全服务器进行通信，并采用基于SIM卡的共享密钥生成方法，使得密钥生成器和安全服务器得到共享密钥Ks和密钥索引Ks_ID；
基于SIM卡的共享密钥生成方法为现有技术，常规的方法有A8算法、AES算法、DES算法等；
2）密钥生成器生成一个随机数RandA，并采用信息摘要算法，利用共享密钥Ks对随机数RandA进行加密，形成RandA密文，并将共享密钥Ks作为输入参数形成RandA摘要；然后再构建一个包含有密钥索引Ks_ID、RandA密文、RandA摘要的请求通信包发送给安全服务器；
信息摘要算法为现有技术，常规的算法有MD5算法、SH算法等；
3）安全服务器收到密钥生成器发送来的请求通信包后，先根据请求通信包中的密钥索引Ks_ID找到共享密钥Ks，再采用信息摘要算法（该算法与RandA密文的加密算法相同），利用共享密钥Ks对RandA密文进行解密后得到随机数RandA，并通过校验RandA摘要的方式对密钥生成器进行认证；
对密钥生成器认证成功后，安全服务器生成一个随机数RandB，并采用RSA密钥生成算法，利用共享密钥Ks、随机数RandB生成密钥Ka和密钥索引Ka_ID；
然后再采用信息摘要算法（可以使用MD5算法、SH算法等），利用共享密钥Ks对密钥索引Ka_ID、随机数RandB进行加密，形成包含密钥索引Ka_ID、随机数RandB的应答密文，并将共享密钥Ks作为输入参数形成RandB摘要；然后再构建一个包含有应答密文、RandB摘要的应答通信包发送给密钥生成器；
4）密钥生成器收到安全服务器发送来的应答通信包后，先采用信息摘要算法（该算法与应答密文的加密算法相同），利用共享密钥Ks对应答密文进行解密后得到密钥索引Ka_ID及随机数RandB，并通过校验RandB摘要的方式对安全服务器进行认证；
对安全服务器认证成功后，密钥生成器定义一个密钥Km，并采用RSA密钥生成算法，利用共享密钥Ks、随机数RandB生成密钥Ka，再采用对称密钥生成算法，利用密钥Km对密钥Ka、密钥索引Ka_ID进行加密，形成包含密钥Ka、密钥索引Ka_ID的Ka密文；对称密钥生成算法为现有技术，常规的算法有、A8算法、AES算法、DES算法等；
5）非SIM终端从密钥生成器上获取密钥Km及Ka密文，再采用对称密钥生成算法（该算法与Ka密文的加密算法相同），利用密钥Km对Ka密文进行解密后得到密钥Ka、密钥索引Ka_ID；
6）非SIM终端向应用服务器发出携带明文密钥索引Ka_ID的请求通信包，应用服务器从该请求通信包中提取密钥索引Ka_ID，并将该密钥索引Ka_ID发送给安全服务器进行密钥查询，安全服务器根据该密钥索引Ka_ID找出对应的密钥Ka后返回给应用服务器；非SIM终端与应用服务器即可利用该密钥Ka进行数据通信。
本发明实施例中，由于密钥生成器可以多次变更生成应用层共享密钥的相应参数，因此一个密钥生成器可以为多个非SIM终端生成各自不同的应用层基础密钥，而且对密钥生成器的处理能力要求远低于现有的基于PKI证书的终端处理能力要求，而且非SIM终端、密钥生成器、安全服务器、应用服务器的交互全流程能提供足够的安全交互机制（加密等），保证了密钥不泄露（针对网络黑客和安装人员）。

Claims (1)

1.一种非SIM终端的应用共享密钥获取方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)利用一个带SIM卡的密钥生成器与安全服务器进行通信，并采用基于SIM卡的共享密钥生成方法，使得密钥生成器和安全服务器得到共享密钥Ks和密钥索引Ks_ID；
2)密钥生成器生成一个随机数RandA，并采用信息摘要算法，利用共享密钥Ks对随机数RandA进行加密，形成RandA密文，并将共享密钥Ks作为输入参数形成RandA摘要；然后再构建一个包含有密钥索引Ks_ID、RandA密文、RandA摘要的请求通信包发送给安全服务器；
3)安全服务器收到密钥生成器发送来的请求通信包后，先根据请求通信包中的密钥索引Ks_ID找到共享密钥Ks，再采用信息摘要算法，利用共享密钥Ks对RandA密文进行解密后得到随机数RandA，并通过校验RandA摘要的方式对密钥生成器进行认证；
对密钥生成器认证成功后，安全服务器生成一个随机数RandB，并采用RSA密钥生成算法，利用共享密钥Ks、随机数RandB生成密钥Ka和密钥索引Ka_ID；
然后再采用信息摘要算法，利用共享密钥Ks对密钥索引Ka_ID、随机数RandB进行加密，形成包含密钥索引Ka_ID、随机数RandB的应答密文，并将共享密钥Ks作为输入参数形成RandB摘要；然后再构建一个包含有应答密文、RandB摘要的应答通信包发送给密钥生成器；
4)密钥生成器收到安全服务器发送来的应答通信包后，先采用信息摘要算法，利用共享密钥Ks对应答密文进行解密后得到密钥索引Ka_ID及随机数RandB，并通过校验RandB摘要的方式对安全服务器进行认证；
对安全服务器认证成功后，密钥生成器定义一个密钥Km，并采用RSA密钥生成算法，利用共享密钥Ks、随机数RandB生成密钥Ka，再采用对称密钥生成算法，利用密钥Km对密钥Ka、密钥索引Ka_ID进行加密，形成包含密钥Ka、密钥索引Ka_ID的Ka密文；
5)非SIM终端从密钥生成器上获取Ka密文，再采用对称密钥生成算法，利用密钥Km对Ka密文进行解密后得到密钥Ka、密钥索引Ka_ID；
6)非SIM终端向应用服务器发出携带明文密钥索引Ka_ID的请求通信包，应用服务器从该请求通信包中提取密钥索引Ka_ID，并将该密钥索引Ka_ID发送给安全服务器进行密钥查询，安全服务器根据该密钥索引Ka_ID找出对应的密钥Ka后返回给应用服务器；非SIM终端与应用服务器即可利用该密钥Ka进行数据通信。
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