CN111277574B - 一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法，包括：控制端发送请求控制共享设备的请求信息至云端服务器；所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥；所述云端服务器发送所述临时通信秘钥及失效条件至所述控制端；所述控制端通过所述临时通信秘钥加密控制信息，并发送所述控制信息及所述失效条件至所述共享设备；所述共享设备判断所述失效条件是否成立；当所述失效条件不成立时，所述共享设备通过所述根秘钥及所述失效条件离线计算所述临时通信秘钥的解密消息。本申请在手机通过蓝牙直接与设备通信时，无需将设备通信对称秘钥下发到用户手机，保证秘钥安全。

Description

一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法及系统
技术领域
本申请涉及物联网领域，具体而言，涉及一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法。
背景技术
现有技术中心，共享设备是人日常生活中随处可见的设备，通常用户使用共享设备的主要入口通过手机微信、支付宝或品牌专用APP扫码支付开始使用。设备典型的通信方式是(WiFi/GPRS/4G/NB-IoT)+蓝牙的组合，前者设备可以直接与云通信，手机APP通过调用云端接口间接控制设备，而使用蓝牙方式手机可以直接与设备通信，因为蓝牙具有低延时、免通信费、不受网络状况影响等优势，设备通常会有优先使用蓝牙的方式与手机进行通信。
通信安全保密是现在物联网安全的必要前提，由于设备受计算资源的限制，普遍使用共享秘钥对称加密的方式与云端通信。由于设备蓝牙是直接与手机通信，传统方式加密通信方法通常有以下三种方式：
a.云端直接将用于与设备通信对称加密的秘钥下发到手机APP，手机APP使用秘钥加密与设备通信；
b.云端根据约定的协议生成一个临时秘钥同时下发给设备和手机APP，并且在协议中附带临时秘钥的有效时间，两者再通过临时通信秘钥对称加密通信；
c.手机每一个与设备通信的数据包都由云端生成下发到手机APP，再通过蓝牙透传到设备。
以上传统的三种方式存在如下缺点：
a.由于共享设备人人皆可使用，所以用户的手机相对于设备来说是一个公共不安全的环境，如直接将通信秘钥下发到共享使用者手机APP或小程序上，秘钥很容易遭到窃取，使设备失去通信安全保障；
b.每次使用都下发临时秘钥到设备和手机的方式在设备网络不稳定甚至断网的情况将无法正常使用；
c.手机每次控制设备都需要调用云端接口获得对称加密通信数据包的方式虽然能够保证秘钥的安全，但在网络状态不佳情况可能会存在控制延时滞后的情况，且会增加云端的负担。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法，包括：
控制端发送请求控制共享设备的请求信息至云端服务器；
所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥；
所述云端服务器发送所述临时通信秘钥及失效条件至所述控制端；
所述控制端通过所述临时通信秘钥加密控制信息，并发送所述控制信息及所述失效条件至所述共享设备；
所述共享设备判断所述失效条件是否成立；
当所述失效条件不成立时，所述共享设备通过所述根秘钥及所述失效条件离线计算所述临时通信秘钥的解密消息；
当所述失效条件成立时，所述共享设备忽略用失效的所述临时通信秘钥加密的所述控制信息。
可选地，所述根秘钥在所述共享设备生产时被存储在所述共享设备中，并存储在所述云端服务器中。
可选地，所述请求信息为：
控制端通过扫码支付所述共享设备的使用时长信息。
可选地，所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥为：
根据公式session key＝HMAC(key＝auth key，message＝秘钥失效条件)获取所述临时通信秘钥。
可选地，所述失效条件为失效时间。
可选地，所述控制端为手机app。
根据本申请的另一个方面，还提供了一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成系统，包括：
第一发送模块，用于控制端发送请求控制共享设备的请求信息至云端服务器；
生成模块，用于所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥；
第二发送模块，用于所述云端服务器发送所述临时通信秘钥及失效条件至所述控制端；
加密模块，用于所述控制端通过所述临时通信秘钥加密控制信息，并发送所述控制信息及所述失效条件至所述共享设备；
判断模块，用于所述共享设备判断所述失效条件是否成立；
计算模块，用于当所述失效条件不成立时，所述共享设备通过所述根秘钥及所述失效条件离线计算所述临时通信秘钥的解密消息；
忽略模块，用于当所述失效条件成立时，所述共享设备忽略用失效的所述临时通信秘钥加密的所述控制信息。
本申请还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器和存储在所述存储器内并能由所述处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的方法。
本申请还公开了一种计算机可读存储介质，非易失性可读存储介质，其内存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时实现上述任一项所述的方法。
本申请还公开了一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，当所述计算机可读代码由计算机设备执行时，导致所述计算机设备执行上述任一项所述的方法。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
在手机通过蓝牙直接与设备通信时，无需将设备通信对称秘钥下发到用户手机，保证秘钥安全。
用本算法生成的临时秘钥云端无需同步下发到设备，且临时秘钥附带生命周期，过期即自动失效。
即使设备离线网络，依然可以通过本算法计算出与本次设备使用者当前临时通信秘钥。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和有益效果变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请一个实施例的共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法的流程示意图；
图2是根据本申请一个实施例的基础原理框图；
图3是根据本申请一个实施例的实际应用中的链路图；
图4是根据本申请一个实施例的计算机设备的示意图；以及
图5是根据本申请一个实施例的计算机可读存储介质的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参照图1-3，本申请一实施例提供了一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法，包括：
S1：控制端发送请求控制共享设备的请求信息至云端服务器；
S2：所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥；
S3：所述云端服务器发送所述临时通信秘钥及失效条件至所述控制端；
S4：所述控制端通过所述临时通信秘钥加密控制信息，并发送所述控制信息及所述失效条件至所述共享设备；
S5：所述共享设备判断所述失效条件是否成立；
S6：当所述失效条件不成立时，所述共享设备通过所述根秘钥及所述失效条件离线计算所述临时通信秘钥的解密消息；
S7：当所述失效条件成立时，所述共享设备忽略用失效的所述临时通信秘钥加密的所述控制信息。
例如，当用户通过扫码或其它方式购买支付共享设备的使用时长后，云端将根据用户购买的设备使用时长计算出临时通信秘钥：
云端将生成的session key和秘钥失效时间明文下发给购买使用服务的用户手机APP；
用户手机APP使用获取的session key作为通信秘钥加密消息，并且附带“秘钥失效时间”明文打包，根据约定的通信协议，既向设备发送消息；
设备收到消息后，根据约定的通信协议判断明文附带的“秘钥失效时间”是否过期。如没过期，设备使用本身保存与云端一致的auth key和协议获得的“秘钥失效时间”既可利用同样的算法离线计算出session key解密消息。
“秘钥失效时间”即用户的共享服务到期时间，也是秘钥的失效时间。设备收到用过期秘钥加密的数据将不作处理，即使攻击者恶意修改“秘钥失效时间”，设备通过本申请算法离线计算出的秘钥也无法正确解密消息。
在本申请中，采用秘钥失效时间作为秘钥的失效条件。但并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况设定秘钥失效的条件。如秘钥使用次数，秘钥使用者的物理位置或者秘钥使用终端的ip地址等，均属于本申请所要求保护的范围内。
同时，在本申请中，使用手机app作为控制终端，但并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况使用其他控制终端，例如笔记本电脑或者台式机等任何智能设备，均属于本申请所要求保护的范围内。
另外，在本申请中，通过控制端通过扫码支付所述共享设备的使用时长信息作为请求信息。但并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况设定请求信息的方式以及种类。均属于本申请所要求保护的范围内。
在本申请一实施例中，所述根秘钥在所述共享设备生产时被存储在所述共享设备中，并存储在所述云端服务器中。
设备生产时写入一个auth key作为根秘钥，云端存着每个设备的根秘钥；
当用户通过扫码或其它方式购买支付共享设备的使用时长后，云端将根据用户购买的设备使用时长用本申请如下算法计算出临时通信秘钥：
session key＝HMAC(key＝auth key，message＝秘钥失效时间)
云端将生成的session key和秘钥失效时间明文下发给购买使用服务的用户手机APP；
用户手机APP使用获取的session key作为通信秘钥加密消息，并且附带“秘钥失效时间”明文打包，根据约定的通信协议，既向设备发送消息；
设备收到消息后，根据约定的通信协议判断明文附带的“秘钥失效时间”是否过期。如未过期，设备使用本身保存与云端一致的auth key和协议获得的“秘钥失效时间”既可利用同样的算法离线计算出session key解密消息。
“秘钥失效时间”即用户的共享服务到期时间，也是秘钥的失效时间。设备收到用过期秘钥加密的数据将不作处理，即使攻击者恶意修改“秘钥失效时间”，设备通过本申请算法离线计算出的秘钥也无法正确解密消息。
在本申请一实施例中，所述请求信息为：
控制端通过扫码支付所述共享设备的使用时长信息。
在本申请一实施例中，所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥为：
根据公式session key＝HMAC(key＝auth key，message＝秘钥失效条件)获取所述临时通信秘钥。
在本申请一实施例中，所述失效条件为失效时间。
在本申请一实施例中，所述控制端为手机app。
根据本申请的一个方面，还提供了一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成系统，包括：
第一发送模块，用于控制端发送请求控制共享设备的请求信息至云端服务器；
生成模块，用于所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥；
第二发送模块，用于所述云端服务器发送所述临时通信秘钥及失效条件至所述控制端；
加密模块，用于所述控制端通过所述临时通信秘钥加密控制信息，并发送所述控制信息及所述失效条件至所述共享设备；
判断模块，用于所述共享设备判断所述失效条件是否成立；
计算模块，用于当所述失效条件不成立时，所述共享设备通过所述根秘钥及所述失效条件离线计算所述临时通信秘钥的解密消息；
忽略模块，用于当所述失效条件成立时，所述共享设备忽略用失效的所述临时通信秘钥加密的所述控制信息。
HMAC，又称散列消息认证码(Hash-based message authentication code)，是一种标准算法，使用密码散列函数，同时结合一个加密密钥，通过特别计算方式之后产生一个唯一的消息认证码。它可以用来保证数据的完整性，同时可以用来作某个消息的身份验证。
本申请利用HMAC标准算法公开、安全、生成散列不可逆的特点做作为秘钥生成基础算法，
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：
使用HMAC(根秘钥，秘钥失效时间)的方式离线生成带时效性的临时通信秘钥。在手机通过蓝牙直接与设备通信时，无需将设备通信对称秘钥下发到用户手机，保证秘钥安全；用本算法生成的临时秘钥云端无需同步下发到设备，且临时秘钥附带生命周期，过期即自动失效；即使设备离线网络，依然可以通过本算法计算出与本次设备使用者当前临时通信秘钥。
请参照图4，本申请还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器和存储在所述存储器内并能由所述处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的方法。
请参照图5，一种计算机可读存储介质，非易失性可读存储介质，其内存储有计算机程序，所述计算机程序在由处理器执行时实现上述任一项所述的方法。
一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，当所述计算机可读代码由计算机设备执行时，导致所述计算机设备执行上述任一项所述的方法。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法，其特征在于，包括：
控制端发送请求控制共享设备的请求信息至云端服务器；
所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥；
所述云端服务器发送所述临时通信秘钥及失效条件至所述控制端；
所述控制端通过所述临时通信秘钥加密控制信息，并发送所述控制信息及所述失效条件至所述共享设备；
所述共享设备判断所述失效条件是否成立；
当所述失效条件不成立时，所述共享设备通过所述根秘钥及所述失效条件离线计算所述临时通信秘钥的解密消息；
当所述失效条件成立时，所述共享设备忽略用失效的所述临时通信秘钥加密的所述控制信息；
所述根秘钥在所述共享设备生产时被存储在所述共享设备中，并存储在所述云端服务器中。
2.根据权利要求1所述的共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法，其特征在于，所述请求信息为：
控制端通过扫码支付所述共享设备的使用时长信息。
3.根据权利要求2所述的共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法，其特征在于，所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥为：
根据公式session key＝HMAC(key＝auth key，message＝秘钥失效条件)获取所述临时通信秘钥。
4.根据权利要求3所述的共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法，其特征在于，所述失效条件为失效时间。
5.根据权利要求4所述的共享设备安全通信时效性离线秘钥生成方法，其特征在于，所述控制端为手机app。
6.一种共享设备安全通信时效性离线秘钥生成系统，其特征在于，包括：
第一发送模块，用于控制端发送请求控制共享设备的请求信息至云端服务器；
生成模块，用于所述云端服务器根据所述请求信息及所述共享设备的根秘钥生成临时通信秘钥；
第二发送模块，用于所述云端服务器发送所述临时通信秘钥及失效条件至所述控制端；
加密模块，用于所述控制端通过所述临时通信秘钥加密控制信息，并发送所述控制信息及所述失效条件至所述共享设备；
判断模块，用于所述共享设备判断所述失效条件是否成立；
计算模块，用于当所述失效条件不成立时，所述共享设备通过所述根秘钥及所述失效条件离线计算所述临时通信秘钥的解密消息；
忽略模块，用于当所述失效条件成立时，所述共享设备忽略用失效的所述临时通信秘钥加密的所述控制信息；
所述根秘钥在所述共享设备生产时被存储在所述共享设备中，并存储在所述云端服务器中。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器和存储在所述存储器内并能由所述处理器运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，非易失性可读存储介质，其内存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序在由处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
9.一种计算机程序产品，包括计算机可读代码，其特征在于，当所述计算机可读代码由计算机设备执行时，导致所述计算机设备执行权利要求1-5中任一项所述的方法。
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