CN111489462B - 一种个人用蓝牙钥匙系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种个人用蓝牙钥匙系统，蓝牙锁根密钥包括工厂根密钥、用户根密钥、按键根密钥，蓝牙锁内部具有按键，在所述按键被按下后的设定时间内，使用按键钥匙进行认证并生成用户根密钥；在更新用户根密钥的过程中，采用工厂根密钥进行验证与加密在认证过程中，钥匙数据不暴露，同时每次连接重新协商通讯密钥，防止了重放被攻击的可能，三个根密钥生成三个钥匙，更是保证了钥匙的安全。

Description

一种个人用蓝牙钥匙系统
技术领域
本发明涉及蓝牙锁技术领域，尤其是涉及一种个人用蓝牙钥匙系统。
背景技术
由于门锁涉及到人身财产安全，因而对安全性的需求较高。由于蓝牙开锁系统涉及到云端数据库及代码安全、APP数据及代码安全、固件数据及代码安全，这三端只要有一端产生漏洞，就会对整体安全性产生影响。
固件为蓝牙锁安全性的最重要一关，如果设计不当，很容易被黑客攻击，如最基本的通讯协议为明文，或者每次开门指令相同，或者开门逻辑被破解等情况下，黑客在不需要接触的情况下即可复制出数字钥匙。为了不让通讯协议明文传输，通讯过程中需要进行加密。由于低功耗蓝牙每次传输数据量有限，且算力小，只能选择对算力要求不高的对称算法。但如果对称算法加密密钥不变，则每次开门的指令均会相同，这样加密就失去了意义，固每次通讯过程中均需协商出一个密钥。而只用一定的逻辑算法去协商密钥，一旦逻辑被泄露，协商出的密钥也是非安全的；若蓝牙锁内置一个根密钥，此密钥存在于APP或云端。如果在APP中，也可能存在一些问题，如APP不小心被卸载，或手机被格式化，同时用户又没有带卡或者钥匙，就只能找锁匠开锁，或暴力拆解。同时APP安装包可以进行反编译，即使代码经过混淆或者使用沙箱等技术手段，破解也只是时间问题。如果根密钥被解析出来，锁就没有安全性可言。另外存储在APP中也不方便B端应用场景，即多管理员批量管理钥匙的需求，从这几点的情形来看，根密钥存储在云端是最好的选择，而APP在开锁中只扮演“中间人”的角色。
但在没有网络的时候，APP无法连接服务器，无法实现开锁。
根密钥存储在云端，且包含生成钥匙算法的“业务服务器”与存储根密钥的“密管中心”分开部署，一定程度上保证了根密钥的安全性。虽然服务器被攻破的概率极低，但世界上没有绝对的安全，一旦“密管中心”和“业务服务器”被攻破，会威胁到所有蓝牙锁的安全，引起大规模的安全事件。
如果蓝牙锁内部只有一种根密钥，想收回分发的钥匙(重新生成根密钥)，很容易出现数据不同步问题。例如重新生成根密钥时，某一步出现了无法修复的中断，导致新的根密钥没有上传到服务器，这时锁的根密钥也就丢失了(相当于蓝牙功能不可用)，而且没有补救措施。
为了解决上述问题，设计一种安全的蓝牙锁系统是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种个人用蓝牙锁密钥系统，采用工厂根密钥、用户根密钥、按键根密钥对应生成多个根钥匙，使用按键钥匙进行认证并生成用户根密钥，提高蓝牙锁的安全性。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种个人用蓝牙钥匙系统，蓝牙锁根密钥包括工厂根密钥、用户根密钥、按键根密钥，蓝牙锁内部具有按键，在所述按键被按下后的设定时间内，使用按键钥匙进行认证并生成用户根密钥；在更新用户根密钥的过程中，采用工厂根密钥进行验证与加密。
本发明进一步设置为：蓝牙锁生成用户根密钥的过程，服务器工作包括以下步骤：
S1、服务器接收用户APP发送的账号密码登陆请求后，进行账号验证，若账号密码一致，则发送登陆成功信息给用户APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
S2、服务器接收用户APP发送的用户根密钥密文，进行解密并存储。
本发明进一步设置为：蓝牙锁生成用户根密钥的过程，用户APP工作包括以下步骤：
A1、用户APP发送账号密码登陆请求给服务器，并接收服务器发送的登陆成功信息，其中，账号密码是通过HTTPS方式发送；
A2、用户APP接收蓝牙锁广播的密码ID、C端标识信息；
A3、用户APP实现与蓝牙锁的连接；并与蓝牙锁进行按键钥匙认证，发送生成用户根密钥指令发送给蓝牙锁；
A4、用户APP接收蓝牙锁发送的用户根密钥密文，并上报给服务器；
A5、用户APP断开与蓝牙锁的连接。
本发明进一步设置为：蓝牙锁按键被按下后的设定时间内，使用按键钥匙进行认证并生成用户根密钥，蓝牙锁工作包括以下步骤：
B1、蓝牙锁按键被按下；
B2、蓝牙锁广播密码ID、C端标识信息给用户APP；
B3、蓝牙锁建立与用户APP的连接；并与用户APP进行按键钥匙认证；
B4、蓝牙锁接收用户APP发送的生成用户根密钥指令；
B5、蓝牙锁随机生成新的用户根密钥，更新用户根密钥并存储，并采用工厂根密钥加密用户根密钥，形成用户根密钥密文，并上报给用户APP；
B5、蓝牙锁断开与用户APP的连接。
本发明进一步设置为：蓝牙锁初始化过程，服务器工作包括以下步骤：
C1、服务器接收出厂APP发送的账号密码登陆请求后，验证账号权限和生产数量，若账号密码一致，则发送登陆成功信息给出厂APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
C2、服务器接收出厂APP上报的MAC地址，进行MAC查重，生成蓝牙锁ID和密码ID,并记录相关数据；
C3、服务器发送蓝牙锁ID和密码ID给出厂APP；
C4、服务器接收出厂APP发送的工厂根密钥密文，进行解密并存储。
本发明进一步设置为：蓝牙锁初始化过程，出厂APP工作包括以下步骤：
D1、出厂APP发送账号密码登陆请求给服务器，并接收服务器发送的登陆成功信息，其中，账号密码是通过HTTPS方式发送；
D2、出厂APP接收蓝牙锁的广播MAC地址，并上报给服务器；
D3、出厂APP接收服务器发送的蓝牙锁ID和密码ID；
D4、出厂APP实现与蓝牙锁的连接；并与蓝牙锁进行工厂钥匙认证，将蓝牙锁ID、密码ID、B/C端标识写入蓝牙锁；
D5、出厂APP接收蓝牙锁发送的写入成功信息，并发送初始化工厂根密钥指令给蓝牙锁；
D6、出厂APP接收蓝牙锁发送的工厂根密钥密文，并上报工厂根密钥密文给服务器；
D7、出厂APP断开与蓝牙锁的连接。
本发明进一步设置为：蓝牙锁初始化过程，蓝牙锁工作包括以下步骤：
E1、蓝牙锁发送广播发送MAC地址给出厂APP；
E2、蓝牙锁建立与出厂APP的连接；与出厂APP进行工厂钥匙认证；
E3、蓝牙锁写入蓝牙锁ID、密码ID、B/C端标识；写入操作成功后，发送操作成功信息给出厂APP；
E4、蓝牙锁接收出厂APP发送的初始化工厂根密钥指令，随机生成新的工厂根密钥并存储，随机选择密钥加密工厂根密钥后，发送工厂根密钥密文给出厂APP；
E5、蓝牙锁断开与出厂APP的连接。
本发明进一步设置为：当蓝牙锁具有用户根密钥之后，计算出钥匙，服务器下发用户钥匙给用户APP的过程具体包括如下步骤：
F1、服务器接收用户APP发送的账号密码登陆信息后，进行账号验证，若验证成功，则发送登陆成功信息给用户APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
F2、服务器下发用户钥匙给用户APP。
本发明进一步设置为：蓝牙锁认证开锁，只有有权限的用户钥匙可以进行认证开锁，开锁时需要判断用户开锁信息，蓝牙锁工作包括以下步骤：
G1、蓝牙锁广播密码ID给用户APP；
G2、蓝牙锁建立与用户APP的连接；
G3、蓝牙锁与用户APP进行用户钥匙验证；
G4、蓝牙锁接收用户APP发送的操作信息，所述操作信息包括开门命令与用户自定密码；
G5、蓝牙锁开锁成功后，上报开锁成功信息给用户APP；
G6、蓝牙锁断开与用户APP的连接。
本发明进一步设置为：蓝牙锁认证开锁中，用户APP工作包括以下步骤：
H1、用户APP接收蓝牙锁的广播密码ID；
H2、用户APP建立与蓝牙锁的连接；
H3、用户APP与蓝牙锁进行用户钥匙验证；
H4、用户APP发送操作信息给蓝牙锁，所述操作信息包括开门命令与用户自定密码；
H5、用户APP接收蓝牙锁发送的开锁成功信息；
H6、用户APP断开与蓝牙锁的连接；
H7、用户APP上报用户根密钥密文给服务器存储。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
1.本发明通过设置三个不同的根密钥，分别存储在手机APP与云端，保证了蓝牙锁的安全，解决了根密钥丢失后无法补救的问题。
2.进一步地，APP与蓝牙锁通讯开锁的过程中，不暴露根密钥，进一步提高了蓝牙锁系统的安全性。
3.进一步地，在蓝牙锁中设置按键，保证了能开启锁的人的唯一性，提高了安全性。
4.进一步地，用户根密钥的认证都需要工厂钥匙，防止了恶意添加。
附图说明
图1是本发明的一个具体实施例的初始化流程示意图；
图2是本发明的一个具体实施例的B端锁生成用户根密钥的流程示意图；
图3是本发明的一个具体实施例的C端锁生成用户根密钥的流程示意图；
图4是本发明的一个具体实施例的服务器下发钥匙的流程示意图；
图5是本发明的一个具体实施例的蓝牙认证开锁的流程示意图；
图6是本发明的一个具体实施例的钥匙认证的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种蓝牙锁系统，包括工厂根密钥、用户根密钥、按键根密钥，在更新用户根密钥的过程中，使用工厂根密钥进行验证与加密，这样如果在更新用户根密钥时发生数据丢失，只需要再次进行更新用户根密钥，不会造成根密钥丢失问题。
“工厂根密钥”和“用户根密钥”为锁随机生成的，“按键根密钥”为固定的。每一个类型的根密钥可以生成对应类型的钥匙，因此钥匙也分为工厂钥匙(Factory Key)，用户钥匙(User Key)和按键钥匙(Press Key)。
在蓝牙锁的生产过程中，对蓝牙锁做初始化操作时生成的密钥为“工厂根密钥”，工厂钥匙(Factory Key)为“工厂根密钥”生成的钥匙。在工厂时使用的出厂APP可以保证是安全的，因而可以认定“工厂根密钥”也是安全的。
“用户根密钥”多数是在正常使用环境生成，采用“工厂根密钥”加密“用户根密钥”以保证安全性，克服了使用“固定密钥”进行加密无法保证“用户根密钥”的安全性的问题。
蓝牙锁在添加“用户根密钥”时，要求用户填写一个自定义开门密码。此密码只存储于蓝牙锁和APP中，不上传到云端。此时相当于手机里只有密码和钥匙，服务器只有根密钥。每次开门时，APP中的密码和云端发的钥匙均与锁内信息对应起来才能打开蓝牙锁，解决了如果“密管中心”和“业务服务器”被攻破后，蓝牙锁安全不能保证的问题。
钥匙就是将代表一定意义的数据进行处理，并用根密钥加密得到的一组数据。APP得到的钥匙分两部分，一部分是验证用的验证钥匙Auth Key，一部分是用来验证权限等信息的参数钥匙Param Key。此时APP不再纯做“中间人”，也没有得到锁的根密钥，不但解决了离线开门的情形，也解决了根密钥暴露的问题。
在蓝牙锁初始化时，会写入B端或C端的锁标识，其中B端表示用于集团性统一管理的锁，如酒店、小区门禁等，C端表示用于个人用户的锁，如家里的门锁。
B端蓝牙锁只能用工厂钥匙(Factory Key)进行认证添加“用户根密钥”，B端蓝牙锁绑定到了某个集团或者小区，个人用户无法添加“用户根密钥”。APP的非集团账号也无法获得对应的工厂钥匙(Factory Key)，这样就防止了非集团用户恶意添加“用户根密钥”的情形。
在C端蓝牙锁的内部设置一个按键，只有能打开此蓝牙锁的人(即锁的拥有者)才能按到，解决了因为C端蓝牙锁与APP账号没有一一对应关系，无法判断某个账号是否有添加此蓝牙锁用户钥匙(User Key)权限的问题。在按键被按下后，30秒内可以使用固定的按键钥匙(Press Key)进行认证并生成“用户根密钥”。
蓝牙锁在固件烧录完成后，内部数据均为默认值，需要进行初始化、生成用户密钥、服务器下发钥匙、蓝牙认证开锁四个步骤后才能实现蓝牙开锁功能。其中初始化是在工厂内部完成，其余步骤根据实际应用场景进行。
蓝牙锁初始化操作是向刚烧写完固件的锁设备中写入必要信息，生成“工厂根密钥”，并对应记录到服务器中。“工厂根密钥”产生后不可更改，只有重新烧写程序并清空内部数据后才可再次生成。
在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，服务器、蓝牙锁、出厂APP协同工作，完成初始化过程。
服务器工作流程，包括以下步骤：
C1、服务器接收出厂APP发送的账号密码登陆请求后，验证账号权限和生产数量，若账号密码一致，则发送登陆成功信息给出厂APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
C2、服务器接收出厂APP上报的MAC地址，进行MAC查重，生成蓝牙锁ID和密码ID,并记录相关数据；
C3、服务器发送ID和密码ID给出厂APP；
C4、服务器接收出厂APP发送的工厂根密钥密文，进行解密并存储。
出厂APP工作流程，包括以下步骤：
D1、出厂APP发送账号密码登陆请求给服务器，并接收服务器发送的登陆成功信息，其中，账号密码是通过HTTPS方式发送；
D2、出厂APP接收蓝牙锁的广播MAC地址，并上报给服务器；
D3、出厂APP接收服务器发送的蓝牙锁ID和密码ID；
D4、出厂APP实现与蓝牙锁的连接；并与蓝牙锁进行工厂钥匙认证，将蓝牙锁ID、密码ID、B/C端标识写入蓝牙锁；
D5、出厂APP接收蓝牙锁发送的写入成功信息，并发送初始化工厂根密钥指令给蓝牙锁；
D6、出厂APP接收蓝牙锁发送的工厂根密钥密文，并上报工厂根密钥密文给服务器；
D7、出厂APP断开与蓝牙锁的连接。
蓝牙锁工作流程，包括以下步骤：
E1、蓝牙锁广播发送MAC地址给出厂APP；
E2、蓝牙锁建立与出厂APP的连接；与出厂APP进行工厂钥匙认证；
E3、蓝牙锁写入ID、密码ID、B/C端标识；写入操作成功后，发送操作成功信息给出厂APP；
E4、蓝牙锁接收初始化工厂根密钥指令，随机生成新的工厂根密钥并存储，随机选择密钥加密工厂根密钥后，发送工厂根密钥密文给出厂APP；
E5、蓝牙锁断开与出厂APP的连接。
在本发明的一个具体实施例中，服务器、蓝牙锁、用户APP协同工作，生成用户根密钥。
“用户根密钥”，用于生成用户开门操作所用的用户钥匙(User Key)，“用户根密钥”存储在服务器中。对于具有生成“用户根密钥”权限的钥匙，可以重新生成“用户根密钥”。
在本发明的一个具体实施例中，如图2所示，B端蓝牙锁生成用户根密钥，服务器工作过程，包括以下步骤：
S11、服务器接收用户APP发送的账号密码登陆请求后，进行账号验证，若账号密码一致，则发送登陆成功信息给用户APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
S12、服务器接收用户APP广播发送的密码ID，验证账号权限，并生成工厂钥匙(Factory Key)发送给用户APP；
S13、服务器接收用户APP发送的用户根密钥密文，进行解密并存储。
用户APP工作过程，包括以下步骤：
A11、用户APP发送账号密码登陆请求给服务器，并接收服务器发送的登陆成功信息，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
A12、用户APP接收蓝牙锁的广播密码ID，并上报给服务器；
A13、用户APP接收服务器发送的工厂钥匙；
A14、用户APP实现与蓝牙锁的连接；并与蓝牙锁进行工厂钥匙认证，发送生成用户根密钥指令给蓝牙锁；
A15、用户APP接收蓝牙锁发送的用户根密钥密文，并上报给服务器；
A16、用户APP断开与蓝牙锁的连接。
蓝牙锁工作过程，包括以下步骤：
B11、蓝牙锁发送广播密码ID给用户APP；
B12、蓝牙锁建立与用户APP的连接；并与用户APP进行工厂钥匙认证；
B13、蓝牙锁接收用户APP发送的生成用户根密钥指令；
B14、蓝牙锁随机生成新的用户根密钥，存储更新用户根密钥，并采用工厂根密钥加密用户根密钥，形成用户根密钥密文，上报给用户APP；
B15、蓝牙锁断开与用户APP的连接。
在本发明的一个具体实施例中，如图3所示，C端蓝牙锁生成用户根密钥，服务器工作过程，包括以下步骤：
S21、服务器接收用户APP发送的账号密码登陆请求后，进行账号验证，若账号密码一致，则发送登陆成功信息给用户APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
S22、服务器接收用户APP发送的用户根密钥密文，进行解密并存储。
用户APP工作过程，包括以下步骤：
A21、用户APP发送账号密码登陆请求给服务器，并接收服务器发送的登陆成功信息，其中，账号密码是通过HTTPS方式发送；
A22、用户APP接收蓝牙锁广播的密码ID、C端标识信息；
A23、用户APP实现与蓝牙锁的连接；并与蓝牙锁进行按键钥匙认证，发送生成用户根密钥指令给蓝牙锁；
A25、用户APP接收蓝牙锁发送的用户根密钥密文，并上报给服务器；
A26、用户APP断开与蓝牙锁的连接。
蓝牙锁工作过程，蓝牙锁在按键被按下后的设定时间内，使用按键钥匙进行认证并生成用户根密钥，包括以下步骤：
B21、蓝牙锁按键被按下；
B22、蓝牙锁广播密码ID、C端标识信息给用户APP；
B23、蓝牙锁建立与用户APP的连接；并与用户APP进行按键钥匙认证；
B24、蓝牙锁接收用户APP发送的生成用户根密钥指令；
B25、蓝牙锁随机生成新的用户根密钥，更新用户根密钥并存储，并采用工厂根密钥加密用户根密钥，形成用户根密钥密文，并上报给用户APP；
B25、蓝牙锁断开与用户APP的连接。
优选地，设定时间为30秒。
在本发明的一个具体实施例中，当蓝牙锁具有“用户根密钥”之后，则可以计算出钥匙。如图4所示，服务器下发用户钥匙给用户APP的过程中，服务器工作流程，包括以下步骤：
F1、服务器接收用户APP发送的账号密码登陆信息后，进行账号验证，若验证成功，则发送登陆成功信息给用户APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
F2、服务器下发用户钥匙给用户APP。
服务器下发用户钥匙过程中，用户APP工作流程，包括以下步骤：
F11、用户APP以HTTPS加密方式向服务器发送账号密码信息，请求登陆；
F12、用户APP接收服务器返回的登陆成功信号及下发的用户钥匙。
在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，蓝牙锁认证开锁，只有具有权限的用户钥匙才能进行认证开锁，开锁时需要判断用户开锁信息，蓝牙锁工作过程包括以下步骤：
G1、蓝牙锁广播密码ID(Cipher ID)给用户APP；
G2、蓝牙锁建立与用户APP的连接；
G3、蓝牙锁与用户APP进行用户钥匙验证；
G4、蓝牙锁接收用户APP发送的操作信息，所述操作信息包括开门命令与用户自定密码；
G5、蓝牙锁开锁成功后，上报开锁成功信息给用户APP；
G6、蓝牙锁断开与用户APP的连接。
蓝牙锁认证开锁，用户APP工作过程，包括以下步骤：
H1、用户APP接收蓝牙锁的广播密码ID；
H2、用户APP建立与蓝牙锁的连接；
H3、用户APP与蓝牙锁进行用户钥匙验证；
H4、用户APP发送操作信息给蓝牙锁，所述操作信息包括开门命令与用户自定密码；
H5、用户APP接收蓝牙锁发送的开锁成功信息；
H6、用户APP断开与蓝牙锁的连接；
H7、用户APP上报用户根密钥密文给服务器存储。
在本发明的一个具体实施例中，不同类型的钥匙生成方法相同，采用AES或其他对称算法进行加密，区别在于，在生成钥匙过程中，不同类型的钥匙携带的原始数据(Data)(12字节)意义不同，使用的根密钥也不同。
具体地，工厂钥匙的生成包括如下步骤：
S31、将工厂根密钥拆分成两段工厂根密钥A和工厂根密钥B；工厂根密钥A包括12字节，工厂根密钥B包括4字节；
S32、将工厂原始数据(Data)与工厂根密钥B拼合在一起后，用工厂根密钥加密后，得到的数据为工厂参数钥匙(Param Key)，包括16个字节；
S33、将工厂参数钥匙(Param Key)拆分成两段,工厂参数钥匙A(Param Key A)和工厂参数钥匙B(Param Key B),工厂参数钥匙A包括4字节，工厂参数钥匙B包括12字节；
S34、将工厂参数钥匙A与工厂根密钥A拼合在一起后，再用工厂根密钥加密，得到的数据为工厂认证钥匙,包括16个字节；
S35、将工厂参数钥匙与工厂认证钥匙拼合在一起，得到的数据即为工厂钥匙，包括32个字节。
同样地，按键钥匙的生成包括如下步骤：
S41、将按键根密钥拆分成两段按键根密钥A和按键根密钥B，按键根密钥A包括12字节，按键根密钥B包括4字节；
S42、将按键原始数据与按键根密钥B拼合在一起后，用按键根密钥加密后，得到的数据为按键参数钥匙,包括16个字节；
S43、将按键参数钥匙拆分成两段按键参数钥匙A和按键参数钥匙B，按键参数钥匙A包括4字节，按键参数钥匙B包括12字节；
S44、将按键参数钥匙A与按键根密钥A拼合在一起后，再用按键根密钥加密，得到的数据为按键认证钥匙,包括16个字节；
S45、将按键参数钥匙与按键认证钥匙拼合在一起，得到的数据即为按键钥匙。
同样地，用户根密钥生成所述用户钥匙，包括以下步骤：
S51、将用户根密钥拆分成两段，用户根密钥A和用户根密钥B，用户根密钥A包括12字节，用户根密钥B包括4字节；
S52、将用户原始数据与用户根密钥B拼合在一起后，用用户根密钥加密后，得到的数据为用户参数钥匙；
S53、将用户参数钥匙拆分成两段，用户参数钥匙A和用户参数钥匙B，用户参数钥匙A包括4字节，用户参数钥匙B包括12字节；
S54、将用户参数钥匙A与用户根密钥A拼合在一起后，再用用户根密钥加密，得到的数据为用户认证钥匙；
S55、将用户参数钥匙与用户认证钥匙拼合在一起，得到的数据即为用户钥匙。
在本发明的一个具体实施例中，不论哪种钥匙，蓝牙锁与钥匙的认证方法相同，不同点是钥匙后续操作的权限。例如工厂钥匙(Factory Key)不可以开门，用户钥匙(UserKey)不可以添加“用户根密钥”等。
如图6所示，蓝牙锁与用户钥匙进行认证的过程中，用户APP的工作过程，包括如下步骤：
R1、用户APP连接蓝牙锁；
R2、用户APP采用用户钥匙向蓝牙锁发送请求认证(Auth)；
R3、用户APP接收蓝牙锁发起的挑战，用认证钥匙(Auth Key)解密并解析挑战(Challenge)数据，再利用挑战(Challenge)数据更新加密密钥，此时相当于协商出了通讯加密用的通讯密钥；
R4、用户APP向蓝牙锁回复挑战，并发送需要进行的操作给蓝牙锁；
R5、用户钥匙认证过程结束。
蓝牙锁与用户钥匙进行认证的过程中，蓝牙锁的工作过程，包括如下步骤：
R11、蓝牙锁收到请求认证后，首先会生成认证钥匙(Auth Key)，解密请求认证数据包后部分并校验，再解密参数钥匙(Param Key)获取并校验，若校验成功则会发起挑战，即产生挑战(Challenge)随机数后，生成挑战数据包并用认证钥匙(Auth Key)加密发送给用户APP。
由钥匙生成过程可知，利用未加密的参数钥匙(Param Key)及锁内部存储的根密钥，可以算出认证钥匙(Auth Key)。
其中，
步骤R2中，请求认证数据包结构，如表1所示：
表1:
Figure GDA0003296403570000181
请求认证数据包，包括：参数钥匙、密钥类型、随机数、校验位，其中，参数钥匙包括16个字节，密钥类型包括1个字节，随机数包括2个字节、校验位包括1个字节，参数钥匙的前4个字节不加密，对参数钥匙的后12个字节、密钥类型、随机数、校验位用验证钥匙加密。
步骤R11中，挑战数据包结构，如表2所示：
表2：
Figure GDA0003296403570000191
挑战数据包，包括：认证回复(Auth Respond)、挑战数据(Challenge Data)1、挑战数据(Challenge Data)2、随机数、校验位，其中，认证回复包括2个字节、挑战数据1包括4个字节、挑战数据2包括8个字节、随机数包括5个字节、校验位包括1个字节，对认证回复、挑战数据1、挑战数据2、随机数的前2个字节用验证钥匙加密，对随机数的后3个字节、校验位不进行处理。
步骤R3中，通讯密钥结构，如表3所示：
表3：
Figure GDA0003296403570000192
通讯密钥，包括挑战数据(Challenge Data)2、认证钥匙(Auth Key)的后半部分；其中，挑战数据2包括8个字节、认证钥匙的后半部分包括后8个字节。
步骤R4中，回复挑战与操作数据包结构，如表4所示:
表4：
Figure GDA0003296403570000201
回复挑战与操作数据包，包括挑战数据1、命令(Command)段、校验位，其中，挑战数据1包括4个字节、命令段包括15个字节、校验位包括1字节，回复挑战与操作数据包的命令段、校验位用通讯密钥加密，对挑战数据1不处理。
至此蓝牙认证过程结束。
可见通讯过程中，未将钥匙数据的原文暴露在通讯过程中，保证了通过无线抓包方式无法获取到钥匙。同时每次连接均重新协商了使用的通讯密钥，防止了重放攻击的可能。使用中间人攻击时，中间人获取不到通讯密钥，也无法进行数据篡改。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种个人用蓝牙钥匙系统，其特征在于：蓝牙锁根密钥包括工厂根密钥、用户根密钥、按键根密钥，蓝牙锁内部具有按键，在所述按键被按下后的设定时间内，使用按键钥匙进行认证并生成用户根密钥；在更新用户根密钥的过程中，采用工厂根密钥进行验证与加密；用户根密钥用于生成用户开门操作所用的用户钥匙，按键根密钥用于生成按键钥匙，工厂根密钥用于生成工厂钥匙；对于具有生成用户根密钥权限的钥匙，蓝牙锁内部按键被按下，在设定时间内用固定按键钥匙进行认证并重新生成用户根密钥；根密钥存储于服务器；工厂根密钥和用户根密钥为蓝牙锁随机生成的，按键根密钥为固定的；蓝牙锁在添加用户根密钥时，要求用户填写一个自定义开门密码，并存储于蓝牙锁和APP中，不上传到云端服务器；用户APP中钥匙分两部分，分别为用于验证的验证钥匙和用于验证权限信息的参数钥匙。
2.根据权利要求1所述蓝牙钥匙系统，其特征在于：蓝牙锁生成用户根密钥的过程，服务器工作包括以下步骤：
S1、服务器接收用户APP发送的账号密码登陆请求后，进行账号验证，若账号密码一致，则发送登陆成功信息给用户APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
S2、服务器接收用户APP发送的用户根密钥密文，进行解密并存储。
3.根据权利要求1所述蓝牙钥匙系统，其特征在于：蓝牙锁生成用户根密钥的过程，用户APP工作包括以下步骤：
A1、用户APP发送账号密码登陆请求给服务器，并接收服务器发送的登陆成功信息，其中，账号密码是通过HTTPS方式发送；
A2、用户APP接收蓝牙锁广播的密码ID、C端标识信息；
A3、用户APP实现与蓝牙锁的连接；并与蓝牙锁进行按键钥匙认证，发送生成用户根密钥指令发送给蓝牙锁；
A4、用户APP接收蓝牙锁发送的用户根密钥密文，并上报给服务器；
A5、用户APP断开与蓝牙锁的连接。
4.根据权利要求1所述蓝牙钥匙系统，其特征在于：蓝牙锁按键被按下后的设定时间内，使用按键钥匙进行认证并生成用户根密钥，蓝牙锁工作包括以下步骤：
B1、蓝牙锁按键被按下；
B2、蓝牙锁广播密码ID、C端标识信息给用户APP；
B3、蓝牙锁建立与用户APP的连接；并与用户APP进行按键钥匙认证；
B4、蓝牙锁接收用户APP发送的生成用户根密钥指令；
B5、蓝牙锁随机生成新的用户根密钥，更新用户根密钥并存储，并采用工厂根密钥加密用户根密钥，形成用户根密钥密文，并上报给用户APP；
B6、蓝牙锁断开与用户APP的连接。
5.根据权利要求1所述蓝牙钥匙系统，其特征在于：蓝牙锁初始化过程，服务器工作包括以下步骤：
C1、服务器接收出厂APP发送的账号密码登陆请求后，验证账号权限和生产数量，若账号密码一致，则发送登陆成功信息给出厂APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
C2、服务器接收出厂APP上报的MAC地址，进行MAC查重，生成蓝牙锁ID和密码ID,并记录相关数据；
C3、服务器发送蓝牙锁ID和密码ID给出厂APP；
C4、服务器接收出厂APP发送的工厂根密钥密文，进行解密并存储。
6.根据权利要求1所述蓝牙钥匙系统，其特征在于：蓝牙锁初始化过程，出厂APP工作包括以下步骤：
D1、出厂APP发送账号密码登陆请求给服务器，并接收服务器发送的登陆成功信息，其中，账号密码是通过HTTPS方式发送；
D2、出厂APP接收蓝牙锁的广播MAC地址，并上报给服务器；
D3、出厂APP接收服务器发送的蓝牙锁ID和密码ID；
D4、出厂APP实现与蓝牙锁的连接；并与蓝牙锁进行工厂钥匙认证，将蓝牙锁ID、密码ID、B/C端标识写入蓝牙锁；
D5、出厂APP接收蓝牙锁发送的写入成功信息，并发送初始化工厂根密钥指令给蓝牙锁；
D6、出厂APP接收蓝牙锁发送的工厂根密钥密文，并上报工厂根密钥密文给服务器；
D7、出厂APP断开与蓝牙锁的连接。
7.根据权利要求1所述蓝牙钥匙系统，其特征在于：蓝牙锁初始化过程，蓝牙锁工作包括以下步骤：
E1、蓝牙锁发送广播发送MAC地址给出厂APP；
E2、蓝牙锁建立与出厂APP的连接；与出厂APP进行工厂钥匙认证；
E3、蓝牙锁写入蓝牙锁ID、密码ID、B/C端标识；写入操作成功后，发送操作成功信息给出厂APP；
E4、蓝牙锁接收出厂APP发送的初始化工厂根密钥指令，随机生成新的工厂根密钥并存储，随机选择密钥加密工厂根密钥后，发送工厂根密钥密文给出厂APP；
E5、蓝牙锁断开与出厂APP的连接。
8.根据权利要求1所述蓝牙钥匙系统，其特征在于：当蓝牙锁具有用户根密钥之后，计算出钥匙，服务器下发用户钥匙给用户APP的过程具体包括如下步骤：
F1、服务器接收用户APP发送的账号密码登陆信息后，进行账号验证，若验证成功，则发送登陆成功信息给用户APP，其中，账号密码是通过HTTPS加密方式发送；
F2、服务器下发用户钥匙给用户APP。
9.根据权利要求1所述蓝牙钥匙系统，其特征在于：蓝牙锁认证开锁，只有有权限的用户钥匙可以进行认证开锁，开锁时需要判断用户开锁信息，蓝牙锁工作包括以下步骤：
G1、蓝牙锁广播密码ID给用户APP；
G2、蓝牙锁建立与用户APP的连接；
G3、蓝牙锁与用户APP进行用户钥匙验证；
G4、蓝牙锁接收用户APP发送的操作信息，所述操作信息包括开门命令与用户自定密码；
G5、蓝牙锁开锁成功后，上报开锁成功信息给用户APP；
G6、蓝牙锁断开与用户APP的连接。
10.根据权利要求1所述蓝牙钥匙系统，其特征在于：蓝牙锁认证开锁中，用户APP工作包括以下步骤：
H1、用户APP接收蓝牙锁的广播密码ID；
H2、用户APP建立与蓝牙锁的连接；
H3、用户APP与蓝牙锁进行用户钥匙验证；
H4、用户APP发送操作信息给蓝牙锁，所述操作信息包括开门命令与用户自定密码；
H5、用户APP接收蓝牙锁发送的开锁成功信息；
H6、用户APP断开与蓝牙锁的连接；
H7、用户APP上报用户根密钥密文给服务器存储。
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