CN111186414A - 一种汽车蓝牙钥匙安全管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车蓝牙钥匙安全管理系统及方法，汽车端密钥组件包括有车辆密钥灌装模块、汽车蓝牙控制模组和车辆蓝牙安全芯片；用户手机控制终端包含有手机操控应用模块、工具包模块和手机端加密传输模组；数字钥匙生成模块与车辆密钥灌装模块、手机操控应用模块进行数据连接；汽车蓝牙控制模组将执行指令给车辆执行控制模块；手机端加密传输模组将加密信息传输给车辆蓝牙安全芯片；车辆执行控制模块执行控制指令并将车辆参数状态反馈给匙开发包模块和手机操控应用模块。本发明能够提供一种能实现解决手机与车辆蓝牙通信控制，通信反馈速度快且安全系数高的汽车蓝牙钥匙安全管理系统及方法。

Description

一种汽车蓝牙钥匙安全管理系统及方法
技术领域
本发明涉及物联网安全技术领域，尤其涉及一种汽车蓝牙钥匙安全管理系统及方法。
背景技术
随着智能手机及汽车现代化改造，手机操控应用模块蓝牙遥控汽车的信息技术也越来越受欢迎，指用户通过手机操控应用模块蓝牙控制汽车的过程中的信息安全控制，保证蓝牙通信过程不被黑客破解、仿冒或重放的非法操控是至关重要的。
现有传统控制方法是在手机操控应用模块和车辆的蓝牙控制器中预置相同的秘钥生成算法并在车辆端的蓝牙控制器中预置一个与vin码绑定对称秘钥1，在用户使用app绑定车辆时，平台端给app下发与车辆端预置的那个相同的对称秘钥1；在用户使用app进行控制车辆时，手机操控应用模块使用秘钥生成算法生成一个临时的对称秘钥2，并用平台端下发的对称秘钥1加密这个临时的对称秘钥2，并发给车辆端蓝牙控制器；在手机操控应用模块控制车辆的过程中将控制命令通过临时的对称秘钥2进行加密传输。但是现有控制方法中并没有使用非对称加密算法进行严格的身份认证，存在通信控制安全系数低，车辆通信及执行容易发生被劫持的情况。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能实现解决手机操控应用模块与车辆之间通过蓝牙进行通信控制，对通信双方进行身份认证和数据加密，通信反馈速度快且安全系数高的汽车蓝牙钥匙安全管理系统及方法。
为便于本技术方案后续的说明表述，对后文中出现的缩写或专业术语作如下解释：手机操控应用模块简称为APP；汽车蓝牙控制模组简称为蓝牙控制器；车辆蓝牙安全芯片简称为SE芯片；APP工具包模块简称为APP SDK；MAC地址UUID是通用唯一识别码（英文全称Universally Unique Identifier）的缩写；ECDH是EC是elliptic curves的意思，DH是Diffie-Hellman的意思，是指一种通用密钥协商算法；Hash是把任意长度的输入通过散列算法变换成固定长度的输出，该输出就是散列值；Ehash是指加密后的散列值；HMAC是密钥相关的哈希运算消息认证码（Hash-based Message Authentication Code）的缩写，由H.Krawezyk，M.Bellare，R.Canetti于1996年提出的一种基于Hash函数和密钥进行消息认证的方法，并于1997年作为RFC2104被公布；Carlnfo是指车辆信息；SSC是SQL StatementCache的简称,又叫做SQL语句缓存信息。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。
一种汽车蓝牙钥匙安全管理系统，包括云端密钥组件、汽车端密钥组件、用户手机控制终端、车辆执行控制模块，所述云端密钥组件包含有数字钥匙生成模块和钥匙开发包模块；所述汽车端密钥组件包括有车辆密钥灌装模块、汽车蓝牙控制模组和车辆蓝牙安全芯片；所述用户手机控制终端包含有手机操控应用模块、APP工具包模块和手机端加密传输模组；所述数字钥匙生成模块与所述车辆密钥灌装模块、手机操控应用模块进行数据连接；所述汽车蓝牙控制模组将执行指令给车辆执行控制模块；所述手机端加密传输模组将加密信息通过网络传输给所述车辆蓝牙安全芯片；所述车辆执行控制模块执行控制指令并将车辆参数状态反馈给匙开发包模块和手机操控应用模块。
一种汽车蓝牙钥匙安全管理方法，依次需要进行钥匙灌装下载流程和安全通信流程，所述钥匙灌装下载流程包括如下：在汽车蓝牙控制器的生产线上，使用车辆密钥灌装模块从数字钥匙生成模块申请并下载蓝牙控制器的密钥数据，并灌装到汽车蓝牙控制器中，数字钥匙生成模块生成蓝牙控制器钥匙采集并输入的参数为车辆的硬件信息，包括但不限于车辆VIN码、汽车蓝牙控制器ID；用户在手机操控应用模块中绑定车辆的时候，App工具包模块从数字钥匙生成模块申请下载用户手机控制终端的密钥，数字钥匙生成模块生成手机操控应用模块的密钥的输入参数为用户名、用户手机硬件信息和汽车蓝牙控制器VIN码，手机操控应用模块的密钥与汽车蓝牙控制器的密钥就形成了用户与车辆唯一对应绑定关系；所述安全通信流程是采用安全算法对云端密钥组件、汽车端密钥组件、用户手机控制终端和车辆执行控制模块之间进行身份验证和通信信息加解密。
作为本发明的进一步改进，所述安全通信流程包括有身份验证过程，所述身份验证步骤包括：
步骤一，用户通过手机操控应用模块选择要连接的车辆，手机操控应用模块向App工具包模块申请查询要连接车辆的MAC地址和UUID，App工具包模块接收到请求后在用户已绑定车辆数据中查询是否存在该要连接的车辆蓝牙控制器数据，如不存在绑定信息则拒绝连接请求提示，如存在绑定信息则返回该车辆蓝牙控制器的MAC地址和UUID，用户利用获得的返回信息连接汽车蓝牙控制器；
步骤二，完成连接后，手机操控应用模块经过App工具包模块验证后就生成随机公私钥对（S0，P0），本地完成计算用户APP公钥P1和车辆公钥P2，使用S0，P2根据ECDH算法计算密钥Key和对应的hash，并用Key加密hash生成密文Ehash后，采用用户密钥对进行签名生成密文D1和D2；对D1+D2进行HMAC生成D3，发送D1、D2和D3到用户APP；
步骤三，用户APP将D1、D2和D3发送到蓝牙控制器进行验证，验证后所述车辆蓝牙安全芯片对（D1+D2）进行HMAC得到D3’，校验D3’和D3,验证D2中的Carlnfo和本地的Carlnfo，用P1验证签名值D1；使用数字钥匙生成模块验证D1中的KeySign生成随机数R2，用P0，R2计算一个顺序计数值SSC，使用车辆密钥P0根据ECDH算法计算出密钥Key’和对应的hash，用Key’解密Ehash得到hash，验证hash’和hash；
步骤四，用对称密钥Key对hash’进行加密得到Ehash’，将加密数据Ehash’与随机数R2打包，得到D4，对D4进行HMAC得到D5，将D4，D5发送到车辆蓝牙控制器、手机操控应用模块和App工具包模块，对D4进行HMAC得到D5’，校验D5’和D5，取出D4，用Key解密Ehash’得到hash’，校验hash’和hash，用P0，R2计算一个顺序计数值SSC。
所述安全通信流程还包括有加密通信流程，所述加密通信流程包括如下步骤：
步骤一：完成上述的用户与车辆之间的身份验证后，蓝牙控制器发送通信数据D给车辆蓝牙安全芯片，所述车辆蓝牙安全芯片在数据D前增加顺序计数值SSC用于防重入，使用对称密钥Key加密（SSC，D）生成密文D’，再通过HMAC计算D’的MAC值Dh，返回D’，Dh给车辆蓝牙控制器、手机操控应用模块和App工具包模块；
步骤二：所述App工具包模块对D’进行hash得到Dh’，校验密钥Key解密D’得到D，去本地SSC验证数据D中的SSC，返回通信数据D给手机操控应用模块和蓝牙控制器进行最终确认执行操作；
步骤三：用户确认后车辆蓝牙控制器将控制指令发送给车辆执行控制模块，车辆执行控制模块完成对汽车执行指令对应动作。
作为本发明的进一步改进，所述生成手机操控应用模块和蓝牙控制器的钥匙时都使用了同样的车辆VIN码。
作为本发明的进一步改进，所述控制指令包括车辆启动、车锁控制、座椅调节、天窗开闭、汽车音响音量调节及空调开关。
作为本发明的进一步改进，所述车辆密钥灌装模块为电脑端独立秘钥灌装工具，能连接蓝牙控制器，并向蓝牙控制器中写入文件数据。
作为本发明的进一步改进，所述车辆蓝牙安全芯片采用SE芯片。
由于上述技术方案的运用，本发明的技术方案带来的有益技术效果：本技术方案使用非对称加密算法进行身份认证以后，手机操控应用模块与蓝牙控制器就可以采用对称加密方式进行加密通信了；数据交互中，当App工具包模块收到蓝牙控制器发送过来的报文数据后，首先验证报文D’中的hash是否正确，确保数据在传输过程中未被修改，然后验证D’中的ssc计数器，ssc计数器应等于本地ssc，如果小于或者大于本地计数器，则认为报文有异常，通知app断开连接，具有数据传输合理，且安全系数高的有益技术效果；本发明通过在蓝牙控制器和手机操控应用模块中分别植入非对称加密算法的秘钥，并通过车辆VIN码作为秘钥参数将手机操控应用模块和蓝牙控制器形成一个绑定关系，在做身份认证的时候能精准识别出是绑定用户在与车辆连接；本技术方案使用非对称算法对手机操控应用模块和蓝牙控制器之间进行身份认证，认证和加密通信过程不需要其他第三方系统的支持。
附图说明
附图1为本发明的整体结构示意图。
附图2为本发明的钥匙灌装下载流程示意图。
附图3为本发明的安全通信流程示意图。
图中：1.云端密钥组件；2.汽车端密钥组件；3.用户手机控制终端；4.车辆执行控制模块；11.数字钥匙生成模块；12.钥匙开发包模块；21.车辆密钥灌装模块；22.汽车蓝牙控制模组；23.车辆蓝牙安全芯片；31.手机操控应用模块；32.APP工具包模块；33.手机端加密传输模组。
具体实施方式
下面结合反应路线及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-3所示，一种汽车蓝牙钥匙安全管理系统，包括云端密钥组件1、汽车端密钥组件2、用户手机控制终端3、车辆执行控制模块4，所述云端密钥组件1包含有数字钥匙生成模块11和钥匙开发包模块12；所述汽车端密钥组件2包括有车辆密钥灌装模块21、汽车蓝牙控制模组22和车辆蓝牙安全芯片23；所述用户手机控制终端3包含有手机操控应用模块31、APP工具包模块32和手机端加密传输模组33；所述数字钥匙生成模块11与所述车辆密钥灌装模块21、手机操控应用模块31进行数据连接；所述汽车蓝牙控制模组22将执行指令给车辆执行控制模块4；所述手机端加密传输模组33将加密信息通过网络传输给所述车辆蓝牙安全芯片23；所述车辆执行控制模块4执行控制指令并将车辆参数状态反馈给匙开发包模块12和手机操控应用模块31。
一种汽车蓝牙钥匙安全管理方法，依次需要进行钥匙灌装下载流程和安全通信流程，所述钥匙灌装下载流程包括如下：在汽车蓝牙控制器的生产线上，使用车辆密钥灌装模块21从数字钥匙生成模块11申请并下载蓝牙控制器的密钥数据，并灌装到汽车蓝牙控制器中，数字钥匙生成模块11生成蓝牙控制器钥匙采集并输入的参数为车辆的硬件信息，包括但不限于车辆VIN码、汽车蓝牙控制器ID；用户在手机操控应用模块31中绑定车辆的时候，App工具包模块32从数字钥匙生成模块11申请下载用户手机控制终端3的密钥，数字钥匙生成模块11生成手机操控应用模块31的密钥的输入参数为用户名、用户手机硬件信息和汽车蓝牙控制器VIN码，手机操控应用模块31的密钥与汽车蓝牙控制器的密钥就形成了用户与车辆唯一对应绑定关系；所述安全通信流程是采用安全算法对云端密钥组件1、汽车端密钥组件2、用户手机控制终端3和车辆执行控制模块4之间进行身份验证和通信信息加解密。
作为本发明的进一步改进，所述安全通信流程包括有身份验证过程，所述身份验证步骤包括：用户通过手机操控应用模块31选择要连接的车辆，手机操控应用模块31向App工具包模块32申请查询要连接车辆的MAC地址和UUID，App工具包模块32接收到请求后在用户已绑定车辆数据中查询是否存在该要连接的车辆蓝牙控制器数据，如不存在绑定信息则拒绝连接请求提示，如存在绑定信息则返回该车辆蓝牙控制器的MAC地址和UUID，用户利用获得的返回信息连接汽车蓝牙控制器；完成连接后，手机操控应用模块31经过App工具包模块32验证后就生成随机公私钥对（S0，P0），本地完成计算用户APP公钥P1和车辆公钥P2，使用S0，P2根据ECDH算法计算密钥Key和对应的hash，并用Key加密hash生成密文Ehash后，采用用户密钥对进行签名生成密文D1和D2；对D1+D2进行HMAC生成D3，发送D1、D2和D3到用户APP；用户APP将D1、D2和D3发送到蓝牙控制器进行验证，验证后所述车辆蓝牙安全芯片23对（D1+D2）进行HMAC得到D3’，校验D3’和D3,验证D2中的Carlnfo和本地的Carlnfo，用P1验证签名值D1；使用数字钥匙生成模块11验证D1中的KeySign生成随机数R2，用P0，R2计算一个顺序计数值SSC，使用车辆密钥P0根据ECDH算法计算出密钥Key’和对应的hash，用Key’解密Ehash得到hash，验证hash’和hash；用对称密钥Key对hash’进行加密得到Ehash’，将加密数据Ehash’与随机数R2打包，得到D4，对D4进行HMAC得到D5，将D4，D5发送到车辆蓝牙控制器、手机操控应用模块和App工具包模块32，对D4进行HMAC得到D5’，校验D5’和D5，取出D4，用Key解密Ehash’得到hash’，校验hash’和hash，用P0，R2计算一个顺序计数值SSC。
所述安全通信流程还包括有加密通信流程，所述加密通信流程包括如下步骤：完成上述的用户与车辆之间的身份验证后，蓝牙控制器发送通信数据D给车辆蓝牙安全芯片23，所述车辆蓝牙安全芯片23在数据D前增加顺序计数值SSC用于防重入，使用对称密钥Key加密（SSC，D）生成密文D’，再通过HMAC计算D’的MAC值Dh，返回D’，Dh给车辆蓝牙控制器、手机操控应用模块和App工具包模块32；所述App工具包模块32对D’进行hash得到Dh’，校验密钥Key解密D’得到D，去本地SSC验证数据D中的SSC，返回通信数据D给手机操控应用模块和蓝牙控制器进行最终确认执行操作；用户确认后车辆蓝牙控制器将控制指令发送给车辆执行控制模块4，车辆执行控制模块4完成对汽车执行指令对应动作。
所述生成手机操控应用模块和蓝牙控制器的钥匙时都使用了同样的车辆VIN码；所述控制指令包括车辆启动、车锁控制、座椅调节、天窗开闭、汽车音响音量调节及空调开关；所述车辆密钥灌装模块21为电脑端独立秘钥灌装工具，能连接蓝牙控制器，并向蓝牙控制器中写入文件数据；所述车辆蓝牙安全芯片23采用SE芯片。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车蓝牙钥匙安全管理系统，其特征在于：包括云端密钥组件、汽车端密钥组件、用户手机控制终端、车辆执行控制模块，所述云端密钥组件包含有数字钥匙生成模块和钥匙开发包模块；所述汽车端密钥组件包括有车辆密钥灌装模块、汽车蓝牙控制模组和车辆蓝牙安全芯片；所述用户手机控制终端包含有手机操控应用模块、APP工具包模块和手机端加密传输模组；所述数字钥匙生成模块与所述车辆密钥灌装模块、手机操控应用模块进行数据连接；所述汽车蓝牙控制模组将执行指令给车辆执行控制模块；所述手机端加密传输模组将加密信息通过网络传输给所述车辆蓝牙安全芯片；所述车辆执行控制模块执行控制指令并将车辆参数状态反馈给匙开发包模块和手机操控应用模块。
2.根据权利要求1所述的一种汽车蓝牙钥匙安全管理系统，其特征在于：所述车辆密钥灌装模块为电脑端独立秘钥灌装工具，能连接蓝牙控制器，并向蓝牙控制器中写入文件数据。
3.根据权利要求1所述的一种汽车蓝牙钥匙安全管理系统，其特征在于：所述车辆蓝牙安全芯片采用SE芯片。
4.根据权利要求1所述的一种汽车蓝牙钥匙安全管理方法，其特征在于：依次需要进行钥匙灌装下载流程和安全通信流程，所述钥匙灌装下载流程包括如下：在汽车蓝牙控制器的生产线上，使用车辆密钥灌装模块从数字钥匙生成模块申请并下载蓝牙控制器的密钥数据，并灌装到汽车蓝牙控制器中，数字钥匙生成模块生成蓝牙控制器钥匙采集并输入的参数为车辆的硬件信息，包括但不限于车辆VIN码、汽车蓝牙控制器ID；用户在手机操控应用模块中绑定车辆的时候，App工具包模块从数字钥匙生成模块申请下载用户手机控制终端的密钥，数字钥匙生成模块生成手机操控应用模块的密钥的输入参数为用户名、用户手机硬件信息和汽车蓝牙控制器VIN码，手机操控应用模块的密钥与汽车蓝牙控制器的密钥就形成了用户与车辆唯一对应绑定关系；所述安全通信流程是采用安全算法对云端密钥组件、汽车端密钥组件、用户手机控制终端和车辆执行控制模块之间进行身份验证和通信信息加解密。
5.根据权利要求2所述的一种汽车蓝牙钥匙安全管理方法，其特征在于：所述安全通信流程包括有身份验证过程，所述身份验证步骤包括：
步骤一，用户通过手机操控应用模块选择要连接的车辆，手机操控应用模块向App工具包模块申请查询要连接车辆的MAC地址和UUID，App工具包模块接收到请求后在用户已绑定车辆数据中查询是否存在该要连接的车辆蓝牙控制器数据，如不存在绑定信息则拒绝连接请求提示，如存在绑定信息则返回该车辆蓝牙控制器的MAC地址和UUID，用户利用获得的返回信息连接汽车蓝牙控制器；
步骤二，完成连接后，手机操控应用模块经过App工具包模块验证后就生成随机公私钥对（S0，P0），本地完成计算用户APP公钥P1和车辆公钥P2，使用S0，P2根据ECDH算法计算密钥Key和对应的hash，并用Key加密hash生成密文Ehash后，采用用户密钥对进行签名生成密文D1和D2；对D1+D2进行HMAC生成D3，发送D1、D2和D3到用户APP；
步骤三，用户APP将D1、D2和D3发送到蓝牙控制器进行验证，验证后所述车辆蓝牙安全芯片对（D1+D2）进行HMAC得到D3’，校验D3’和D3,验证D2中的Carlnfo和本地的Carlnfo，用P1验证签名值D1；使用数字钥匙生成模块验证D1中的KeySign生成随机数R2，用P0，R2计算一个顺序计数值SSC，使用车辆密钥P0根据ECDH算法计算出密钥Key’和对应的hash，用Key’解密Ehash得到hash，验证hash’和hash；
步骤四，用对称密钥Key对hash’进行加密得到Ehash’，将加密数据Ehash’与随机数R2打包，得到D4，对D4进行HMAC得到D5，将D4，D5发送到车辆蓝牙控制器、手机操控应用模块和App工具包模块，对D4进行HMAC得到D5’，校验D5’和D5，取出D4，用Key解密Ehash’得到hash’，校验hash’和hash，用P0，R2计算一个顺序计数值SSC。
6.根据权利要求2所述的一种汽车蓝牙钥匙安全管理方法，其特征在于：所述安全通信流程还包括有加密通信流程，所述加密通信流程包括如下步骤：
步骤一：完成上述的用户与车辆之间的身份验证后，蓝牙控制器发送通信数据D给车辆蓝牙安全芯片，所述车辆蓝牙安全芯片在数据D前增加顺序计数值SSC用于防重入，使用对称密钥Key加密（SSC，D）生成密文D’，再通过HMAC计算D’的MAC值Dh，返回D’，Dh给车辆蓝牙控制器、手机操控应用模块和App工具包模块；
步骤二：所述App工具包模块对D’进行hash得到Dh’，校验密钥Key解密D’得到D，去本地SSC验证数据D中的SSC，返回通信数据D给手机操控应用模块和蓝牙控制器进行最终确认执行操作；
步骤三：用户确认后车辆蓝牙控制器将控制指令发送给车辆执行控制模块，车辆执行控制模块完成对汽车执行指令对应动作。
7.根据权利要求2所述的一种汽车蓝牙钥匙安全管理方法，其特征在于：所述生成手机操控应用模块和蓝牙控制器的钥匙时都使用了同样的车辆VIN码。
8.根据权利要求2所述的一种汽车蓝牙钥匙安全管理方法，其特征在于：所述控制指令包括车辆启动、车锁控制、座椅调节、天窗开闭、汽车音响音量调节及空调开关。
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