CN111294211A - 一种基于rndis的usb网卡数据加解密方法 - Google Patents

一种基于rndis的usb网卡数据加解密方法 Download PDF

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Abstract

本公开提出基于RNDIS的USB网卡数据加解密方法，所述方法通过对待传输数据进行加密处理，以密文传送的方式进行网络传输，能够有效保证数据的安全以及完整性，同时在数据报文中增加用户签名，明确用户身份信息，避免接收虚假数据。

Description

一种基于RNDIS的USB网卡数据加解密方法
技术领域
本公开涉及通信领域，尤其涉及一种基于RNDIS的USB网卡数据加解密方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，并不必然构成在先技术。
现有技术中的USB网卡通常采用USB-RJ45转换器实现互联网连接的功能，用户数据通过USB网卡以明文的形式进行网络传输，在数据传输过程中存在被窃取的安全隐患，对于数据网络传输安全要求较高的用户来说，现有的USB网卡无法满足其特殊要求；另一方面，现有的USB网卡在使用过程中，仅仅是将发送端封装好的数据借助USB-RJ45转换器接入到互联网中，实现USB到双绞线的转换，其并未对数据进行任何处理，接收端无法验证数据的完整性以及发送端的身份，造成接收端接收的数据无法正确解析以及获取虚假数据的情况。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出一种基于RNDIS的USB网卡数据加解密方法，所述方法通过对待传输数据进行加密处理，以数据密文传送的方式进行网络传输，能够有效保证数据的安全以及完整性，同时在数据报文中增加用户签名，明确用户身份信息，避免虚假数据的接收。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
一种基于RNDIS的USB网卡数据加密方法，所述USB网卡包括主控芯片、网络物理接口芯片以及RJ45接口，其特征在于，所述数据加密方法包括：
所述主控芯片通过USB接口接收发送端PC下发的数据报文，并从数据报文中解析出应用数据明文；
利用SM4算法对应用数据进行加密处理，获得加密后的应用数据密文；
计算自定义标记，采用SM3算法对应用数据进行处理，得到应用数据摘要，利用SM2算法对应用数据摘要进一步处理得到电子签名，将数据摘要与电子签名进行拼接得到自定义标记；
对应用数据密文进行报文封装，报文具体格式为：以太网首部+IP首部+TCP首部+应用数据密文+自定义标记+以太网尾部；
重新封装后的报文经过网络物理接口芯片以及RJ45接口发送给接收端。
进一步的，所述应用数据摘要为32字节，所述用户签名为64字节，所述自定义标记为固定96字节。
进一步的，所述USB接口实现了基于USB的RNDIS协议，能够被Windows、Linux和Unix系统所支持。
进一步的，所述主控芯片为T660网络存储安全芯片，所述芯片集成32位高性能RISCCPU，可支持USB3.0、GMAC超高速接口，并集成相应的SM2、SM3、SM4国密算法，用于数据加密处理以及用户签名的计算。
进一步的，所述网络物理接口芯片为ZX5201以太网互联芯片，所述ZX5201以太网互联芯片支持RGMII接口，支持AB/CD线对的交换，支持EEE，引脚兼容ZX2AA500芯片，方便用户配置。
本公开还提供了一种基于RNDIS的USB网卡数据解密方法，所述USB网卡包括主控芯片、网络物理接口芯片以及RJ45接口，其特征在于，所述数据解密方法包括：
所述主控芯片从外部网络中获取发送端发出的数据报文，并从数据报文中解析出应用数据密文以及电子签名；
验证数据完整性及用户身份，具体步骤为：对应用数据密文采用SM4算法进行逆运算得到应用数据明文，进一步对应用数据明文执行SM3算法得到第一应用数据摘要；对电子签名执行SM2算法逆运算得到第二应用数据摘要；判断第一应用数据摘要与第二应用数据摘要是否相同；
若判断结果相同，则验证成功，对应用数据明文进行报文封装，报文封装具体格式为：以太网首部+IP首部+TCP首部+应用数据明文+以太网尾部；将封装好的数据报文经USB接口发送给PC；
若判断结果不同，则验证失败，数据可能被篡改或者数据不完整，丢弃该数据报文。
进一步的，所述应用数据摘要为32字节，所述用户签名为64字节，所述自定义标记为固定96字节。
进一步的，SM4算法使用到的密钥，SM2算法使用的公钥、私钥均在生产过程中写入主控芯片的Flash中。
进一步的，所述主控芯片为T660网络存储安全芯片，所述芯片集成32位高性能RISC CPU，可支持USB3.0、GMAC超高速接口，并集成相应的SM2、SM3、SM4国密算法，用于数据加密处理以及用户签名的计算。
进一步的，所述网络物理接口芯片为ZX5201以太网互联芯片，所述ZX5201以太网互联芯片支持RGMII接口，支持AB/CD线对的交换，支持EEE，引脚兼容ZX2AA500芯片，方便用户配置。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
(1)数据传送过程中，采用SM4算法对应用数据进行加密处理，在网络传输过程中通过数据密文进行传递，有效的保证了数据的安全性；
(2)在数据报文中新增自定义标记，保证了数据完整性以及发送端的身份确认，避免造成接收端接收的数据无法正确解析以及获取虚假数据的情况。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明提供的一种USB网卡数据加密方法步骤示意图；
图2为本发明提供的一种USB网卡数据解密方法步骤示意图；
图3为应用本发明提供的数据加解密方法的USB网卡的具体实施场景结构图。
具体实施方式：
下面结合附图与具体实施例对本公开做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1：
如图1所示，展示了本公开提出的一种基于RNDIS的USB网卡数据加密方法，在本实施例中，本申请将所述加密方法集成到USB网卡的主控芯片中，具体的，所述主控芯片采用方寸T660网络存储安全芯片，所述芯片集成32位高性能RISC CPU，可支持USB3.0、GMAC超高速接口，并集成相应的SM2、SM3、SM4国密算法，用于数据加密处理以及用户签名的计算；所述网络物理接口芯片为ZX5201以太网互联芯片，所述ZX5201以太网互联芯片支持RGMII接口，支持AB/CD线对的交换，支持EEE，引脚兼容ZX2AA500芯片，方便用户配置；
具体地，所述SM2算法是一种椭圆曲线公钥密码，其具体原理为：在多倍点运算中，已知多倍点与基点，求解倍数的问题称为椭圆曲线离散对数问题。对于一般椭圆曲线的离散对数问题，目前只存在指数级计算复杂度的求解方法。与大数分解问题及有限域上离散对数问题相比，椭圆曲线离散对数问题的求解难度要大得多。因此，在相同安全程度要求下，椭圆曲线密码较其它公钥密码所需的密钥规模要小得多；所述SM3算法是一种密码杂凑算法，其适用于商用密码应用中的数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成，可满足多种密码应用的安全需求；所述SM4算法是一种分组算法，该算法的分组长度该算法的分组长度为128比特，密钥长度为128比特。加密算法与密钥扩展算法都采用32轮非线性迭代结构。解密算法与加密算法的结构相同，只是轮密钥的使用顺序相反，解密轮密钥是加密轮密钥的逆序；
本公开所述数据加密方法具体步骤如下：
步骤(1)：所述主控芯片通过USB接口接收发送端PC下发的数据报文，并从数据报文中解析出应用数据明文；
步骤(2)：利用SM4算法对应用数据进行加密处理，获得加密后的应用数据密文；
步骤(3)：计算自定义标记，采用SM3算法对应用数据进行处理，得到32字节的应用数据摘要，利用SM2算法对应用数据摘要进一步处理得到64字节电子签名，将数据摘要与电子签名进行拼接得到固定96字节自定义标记；
步骤(4)：对应用数据密文进行报文封装，报文具体格式为：以太网首部+IP首部+TCP首部+应用数据密文+自定义标记+以太网尾部；
步骤(5)：重新封装后的报文经过网络物理接口芯片以及RJ45接口发送给接收端。
实施例2：
如图2所示，本公开还提供了一种基于RNDIS的USB网卡数据解密方法，所述USB网卡硬件配置与实施例1中一致，具体数据解密方法包括：
步骤(1)：所述主控芯片从外部网络中获取发送端发出的数据报文，并从数据报文中解析出应用数据密文以及电子签名；
步骤(2)：验证数据完整性及用户身份，具体步骤为：对应用数据密文采用SM4算法进行逆运算得到应用数据明文，进一步对应用数据明文执行SM3算法得到第一应用数据摘要；对电子签名执行SM2算法逆运算得到第二应用数据摘要；判断第一应用数据摘要与第二应用数据摘要是否相同；
步骤(3)：若判断结果相同，则验证成功，对应用数据明文进行报文封装，报文封装具体格式为：以太网首部+IP首部+TCP首部+应用数据明文+以太网尾部；将封装好的数据报文经USB接口发送给PC；
步骤(4)：若判断结果不同，则验证失败，数据可能被篡改或者数据不完整，丢弃该数据报文。
实施例3：
本实施例中展示了应用本公开所述数据加解密方法的USB网卡的具体应用，如图3所示，包含两台PC机，两台PC机都是通过USB接口，利用采用了本申请数据加解密方法的USB网卡接入外部网络，实现PC机之间安全可靠的通讯，两台PC机互为发送端和接收端，以左侧PC为发送端，右侧PC为接收端为例，具体的通讯步骤如下：
步骤(1)：发送端PC的数据经过其网络层，将待发送的数据进行封装，添加以太网首部、IP首部、TCP首部以及以太网尾部，将数据封装成以太网帧；
步骤(2)：封装好的以太网帧经USB接口到达USB网卡的主控芯片，主控主控芯片对以太网帧进行解析，从数据报文中解析出应用数据明文；
步骤(3)：所述主控芯片执行SM4算法对应用数据进行加密处理，获得加密后的应用数据密文；
步骤(4)：所述主控芯片计算自定义标记，采用SM3算法对应用数据进行处理，得到32字节的应用数据摘要，利用SM2算法对应用数据摘要进一步处理得到64字节电子签名，将数据摘要与电子签名进行拼接得到固定96字节自定义标记；
步骤(5)：对应用数据密文进行报文封装，报文具体格式为：以太网首部+I P首部+TCP首部+应用数据密文+自定义标记+以太网尾部；
步骤(6)：重新封装后的报文经过网络物理接口芯片以及RJ45接口发送到外部网络；
步骤(7)：接收端PC的USB网卡接收到发送端PC发送的数据报文，其USB网卡的主控芯片从数据报文中解析出应用数据密文以及电子签名；
步骤(8)：主控芯片执行内部嵌入的程序，验证数据完整性及用户身份，具体步骤为：对应用数据密文采用SM4算法进行逆运算得到应用数据明文，进一步对应用数据明文执行SM3算法得到第一应用数据摘要；对电子签名执行SM2算法逆运算得到第二应用数据摘要；判断第一应用数据摘要与第二应用数据摘要是否相同；
步骤(9)：若判断结果相同，则验证成功，对应用数据明文进行报文封装，报文封装具体格式为：以太网首部+IP首部+TCP首部+应用数据明文+以太网尾部；将封装好的数据报文经USB接口发送给接收端PC；
步骤(10)：若判断结果不同，则验证失败，数据可能被篡改或者数据不完整，丢弃该数据报文。
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。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于RNDIS的USB网卡数据加密方法，所述USB网卡包括主控芯片、网络物理接口芯片，其特征在于，所述数据加密方法包括：
所述主控芯片通过USB接口接收发送端PC下发的数据报文，并从数据报文中解析出应用数据明文；
利用SM4算法对应用数据明文进行加密处理，获得加密后的应用数据密文；
计算自定义标记，采用SM3算法对应用数据明文进行处理，得到应用数据摘要，利用SM2算法对应用数据摘要进一步处理得到电子签名，将数据摘要与电子签名进行拼接得到自定义标记；
对应用数据密文进行报文封装，报文具体格式为：以太网首部+IP首部+TCP首部+应用数据密文+自定义标记+以太网尾部；
重新封装后的报文经过网络物理接口芯片以及RJ45接口发送给接收端。
2.如权利要求1所述的一种基于RNDIS的USB网卡数据加密方法，其特征在于，所述应用数据摘要为32字节，所述用户签名为64字节，所述自定义标记为固定96字节。
3.如权利要求1所述的一种基于RNDIS的USB网卡数据加密方法，其特征在于，所述USB接口实现了基于USB的RNDIS协议，能够被Windows、Linux和Unix系统所支持。
4.一种基于RNDIS的USB网卡数据解密方法，所述USB网卡包括主控芯片、网络物理接口芯片，其特征在于，所述数据解密方法包括：
所述主控芯片从外部网络中获取发送端发出的数据报文，并从数据报文中解析出应用数据密文以及电子签名；
验证数据完整性及用户身份，具体步骤为：对应用数据密文采用SM4算法进行逆运算得到应用数据明文，进一步对应用数据明文执行SM3算法得到第一应用数据摘要；对电子签名执行SM2算法逆运算得到第二应用数据摘要；判断第一应用数据摘要与第二应用数据摘要是否相同；
若判断结果相同，则验证成功，对应用数据明文进行报文封装，报文封装具体格式为：以太网首部+IP首部+TCP首部+应用数据明文+以太网尾部；将封装好的数据报文经USB接口发送给PC；
若判断结果不同，则验证失败，数据可能被篡改或者数据不完整，丢弃该数据报文。
5.如权利要求4所述的一种基于RNDIS的USB网卡数据解密方法，其特征在于，所述应用数据摘要为32字节，所述用户签名为64字节，所述自定义标记为固定96字节。
6.如权利要求4所述的一种基于RNDIS的USB网卡数据解密方法，其特征在于，所述SM4算法使用到的密钥，所述SM2算法使用的公钥、私钥均在生产过程中写入主控芯片的Flash中。
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