CN111698794B - 一种无线音频共享方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线音频共享方法。现有方法一般是音频数据先从无线音源设备传输到其中一个无线音频播放设备，再转发到其他无线音频播放设备中。本发明方法无线音源设备与第一音频设备通过经典蓝牙无线连接，发送接收数据封包和控制信息，第二音频设备通过监听获取数据封包和控制信息。本发明方法首先建立无线链路，然后建立加密过程，最后传输数据封包和控制信息。本发明方法采用第二音频设备直接参与加密请求中的随机数产生，使得双方能够计算出相同的Link Key和加密密钥。利用本发明方法，第一和第二音频设备共享无线音源设备的加密数据封包和控制信息，可以在保证监听方数据完整性的前提下，有效降低带宽的占用，减少功耗的消耗。

Description

一种无线音频共享方法
技术领域
本发明属于无线通讯技术领域，具体是音频无线传输技术领域，一种无线音频共享方法，应用于三个无线音频器件的复杂网络拓扑结构，实现低功耗的无线音频传输。
背景技术
经典蓝牙BR/EDR协议中，一个微微网(Piconet)只有一个主器件(Master)，并可以带最多七个从器件(Slave)，每个主器件和每个从器件组成一条蓝牙链路进行数据传输。典型的保证数据传输正确性的ACL链路只能在主器件和从器件的蓝牙链路上传输；主器件可以进行多个从器件都可以接收的广播，但是广播内容不能被每一个从器件分别确认，因此不能保证每一个从器件都能准确收到。
在很多实际的应用场合，比如蓝牙音箱组，TWS蓝牙耳机，都存在类似的一个无线音频源，多个无线音频播放设备。而通常的无线音频源，如智能手机、平板电脑、笔记本电脑等，都只支持经典蓝牙功能。如果按照经典蓝牙的拓扑结构将所有无线器件进行连接，则音频数据只能先从无线音源设备传输到其中一个无线音频播放设备，再由此无线音频播放设备转发到其他的无线音频播放设备中，这样相当于一份数据内容需要转发多次，造成无线带宽资源和功耗的浪费，还会使得音源延迟严重，用户体验差。
现有设计中，通常由和无线音频源设备连接的无线播放设备，告知另外的无线播放设备其连接参数(包括Link Key和自适应跳频表等信息)，使得另外的无线播放设备可以进行有效监听。无线音频源设备和其中一个无线音频播放设备进行正常的蓝牙连接，而其他的无线音频播放设备对上述无线链路进行监听，间接获得从无线音频源中发送出来的数据。而蓝牙链路通常是需要经过加密的，其安全性要求连接双方各自掌握自己的随机私钥，进而计算出一个Link Key，并计算加密密钥，用于数据包的加解密工作。如果双方不告知第三方自己的随机私钥或者Link Key，通过监听空中包是不能获取信息明文的。
发明内容
本发明的目的就是提供一种无线音频共享方法。
本发明方法实现无线音源设备与无线音频设备的通信；所述的无线音源设备包括智能手机、平板电脑或笔记本电脑，所述的无线音频设备包括蓝牙耳机或蓝牙音箱；所述的无线音频设备由第一音频设备和第二音频设备组成，第一音频设备与第二音频设备进行无线通信。
所述的无线音源设备与第一音频设备通过经典蓝牙无线连接，发送接收数据封包和控制信息，控制信息含有连接参数。
所述的第一音频设备与第二音频设备通过蓝牙或自行设定的通信协议进行无线通信。
所述的第二音频设备通过监听的方式获取第一音频设备与无线音源设备通信的数据封包和控制信息；第一音频设备与无线音源设备的连接参数不发送第二音频设备；
第二音频设备参与第一音频设备与无线音源设备的加密过程，第一音频设备在加密过程中需要用到随机数时，向第二音频设备发起取数请求；第二音频设备通过计算得到信道信息，所述信道信息包括链路密钥(Link Key)。为了保证随机数的安全，第二音频设备包括一个加密单元，第一音频设备包括一个解密单元，加密单元和解密单元配置成可逆的过程，以密文形式传输数据。
无线音频共享方法具体是：
(1).建立无线链路，包括：
a.第一音频设备与第二音频设备之间建立第一无线链路；
b.无线音源设备与第一音频设备之间建立第二无线链路；所述的第二无线链路为经典蓝牙连接，无线音源设备和第一音频设备中的一个作为第二无线链路的主设备，另一个为从设备；
第二音频设备通过监听第二无线链路的建立过程，获取第二无线链路主设备蓝牙地址和第二无线链路的蓝牙时钟，得到加密前第二无线链路全部特征，完成对第二无线链路的跟随；
(2).建立加密过程，包括：
c.无线音源设备产生随机的第一私钥A1，根据第一私钥A1生成第一公钥B1；
d.无线音源 设备向第一音频设备发起包含第一公钥B1的加密请求；
e.第一音频设备获得第一公钥B1；
f.第二音频设备通过无加密监听，获得第一公钥B1；
g.第一音频设备通过第一无线链路，向第二音频设备发送随机数请求；
h.第二音频设备收到随机数请求，产生随机数明文C；
第二音频设备利用随机数明文C，以及第一音频设备与第二音频设备约定的私钥方案产生第二私钥A2；
i.第二音频设备将随机数明文C加密，产生随机数密文D；
j.第二音频设备通过第一无线链路，向第一音频设备发送随机数密文D；
k.第一音频设备将所述随机数密文D解密，还原出随机数明文C；
l.第一音频设备利用随机数明文C，以及第一音频设备与第二音频设备约定的私钥方案产生第二私钥A2，通过第二私钥A2生成第二公钥B2；
m.第一音频设备将第二公钥B2作为应答，通过第二无线链路发送给无线音源设备；
n.无线音源设备根据自身的第一私钥A1和接收到的第二公钥B2、第一音频设备根据自身的第二私钥A2和接收到的第一公钥B1、第二音频设备根据自身的第二私钥A2和接收到的第一公钥B1，计算得到第二无线链路的加密Link Key和加密密钥K；
(3).数据封包和控制信息传输，包括：
o.无线音源设备使用加密密钥K对发送内容进行加密，将加密后的数据封包和控制信息通过第二无线链路发送到第一音频设备；第一音频设备接收得到加密后的数据封包和控制信息，使用密钥K进行解密，获得数据明文；
p.第二音频设备监听得到加密后的数据封包和控制信息，使用密钥K进行解密，获得数据明文。
本发明方法不需要通过第一音频设备向第二音频设备发送连接参数，而是让第二音频设备直接参与加密请求中的随机数产生，使得双方可以计算出相同的Link Key和通信链路加密密钥。第二音频设备计算得到第一音频设备和无线音源设备之间加密使用的密钥，可以解密通信链路上的任何数据。利用本发明方法，第一音频设备和第二音频设备共享无线音源设备的加密数据封包和控制信息，可以在保证监听方数据完整性的前提下，有效的降低带宽的占用，减少功耗的消耗。
附图说明
图1为本发明使用的无线网络结构图；
图2为本发明方法的流程图。
具体实施方式
一种无线音频共享方法，实现无线音源设备与无线音频设备的通信。
如图1所示，无线音源设备包括智能手机、平板电脑或笔记本电脑，无线音频设备包括蓝牙耳机或蓝牙音箱。无线音频设备由第一音频设备和第二音频设备组成(例如耳机的左耳机和右耳机)，第一音频设备与第二音频设备进行无线通信。
无线音源设备与第一音频设备通过经典蓝牙无线连接，发送接收数据封包和控制信息，控制信息含有连接参数。经典蓝牙为蓝牙核心协议的BR/EDR部分。
第一音频设备与第二音频设备通过蓝牙或自行设定的通信协议进行无线通信。
第二音频设备通过监听的方式获取第一音频设备与无线音源设备通信的数据封包和控制信息；第一音频设备与无线音源设备的连接参数不发送第二音频设备。
第二音频设备参与第一音频设备与无线音源设备的加密过程，第一音频设备在加密过程中需要用到随机数时，向第二音频设备发起取数请求；第二音频设备通过计算得到信道信息，所述信道信息包括链路密钥(Link Key)。为了保证随机数的安全，第二音频设备包括一个加密单元，第一音频设备包括一个解密单元，加密单元和解密单元配置成可逆的过程，以密文形式传输数据。
如图2所示，无线音频共享方法具体是：
(1).建立无线链路，包括：
a.第一音频设备与第二音频设备之间建立第一无线链路；
b.无线音源设备与第一音频设备之间建立第二无线链路；第二无线链路为经典蓝牙连接，无线音源设备和第一音频设备中的一个作为第二无线链路的主设备，另一个为从设备；
第二音频设备通过监听第二无线链路的建立过程，获取第二无线链路主设备蓝牙地址和第二无线链路的蓝牙时钟，得到加密前第二无线链路全部特征，完成对第二无线链路的跟随；由于此时还未进行加密，加密前第二无线链路特征由第二无线链主设备蓝牙地址以及第二无线链路的蓝牙时钟决定；
(2).建立加密过程，包括：
c.无线音源设备产生随机的第一私钥A1，根据第一私钥A1生成第一公钥B1；
d.无线音源 设备向第一音频设备发起包含第一公钥B1的加密请求；
e.第一音频设备获得第一公钥B1；
f.第二音频设备通过无加密监听，获得第一公钥B1；
g.第一音频设备通过第一无线链路，向第二音频设备发送随机数请求；
h.第二音频设备收到随机数请求，产生随机数明文C；
第二音频设备利用随机数明文C，以及第一音频设备与第二音频设备约定的私钥方案产生第二私钥A2；
i.第二音频设备将随机数明文C加密，产生随机数密文D；
j.第二音频设备通过第一无线链路，向第一音频设备发送随机数密文D；
k.第一音频设备将所述随机数密文D解密，还原出随机数明文C；
l.第一音频设备利用随机数明文C，以及第一音频设备与第二音频设备约定的私钥方案产生第二私钥A2，通过第二私钥A2生成第二公钥B2；
m.第一音频设备将第二公钥B2作为应答，通过第二无线链路发送给无线音源设备；
n.无线音源设备根据自身的第一私钥A1和接收到的第二公钥B2、第一音频设备根据自身的第二私钥A2和接收到的第一公钥B1、第二音频设备根据自身的第二私钥A2和接收到的第一公钥B1，计算得到第二无线链路的加密Link Key和加密密钥K；
(3).数据封包和控制信息传输，包括：
o.无线音源设备使用加密密钥K对发送内容进行加密，将加密后的数据封包和控制信息通过第二无线链路发送到第一音频设备；第一音频设备接收得到加密后的数据封包和控制信息，使用密钥K进行解密，获得数据明文；
p.第二音频设备监听得到加密后的数据封包和控制信息，使用密钥K进行解密，获得数据明文。
即完成第一音频设备和第二音频设备共享了无线音频设备发送的音频数据。

Claims (3)

1.一种无线音频共享方法，实现无线音源设备与无线音频设备的通信，所述的无线音频设备由第一音频设备和第二音频设备组成；其特征在于：
所述的无线音源设备与第一音频设备通过经典蓝牙无线连接，发送接收数据封包和控制信息，控制信息含有连接参数；
所述的第二音频设备通过监听的方式获取第一音频设备与无线音源设备通信的数据封包和控制信息；第一音频设备与无线音源设备的连接参数不发送第二音频设备；
所述的第二音频设备参与第一音频设备与无线音源设备的加密过程，第一音频设备在加密过程中需要用到随机数时，向第二音频设备发起取数请求；第二音频设备通过计算得到信道信息；
具体方法是：
(1).建立无线链路，包括：
a.第一音频设备与第二音频设备之间建立第一无线链路；
b.无线音源设备与第一音频设备之间建立第二无线链路；所述的第二无线链路为经典蓝牙连接，无线音源设备和第一音频设备中的一个作为第二无线链路的主设备，另一个为从设备；
第二音频设备通过监听第二无线链路的建立过程，获取第二无线链路主设备蓝牙地址和第二无线链路的蓝牙时钟，得到加密前第二无线链路全部特征，完成对第二无线链路的跟随；
(2).建立加密过程，包括：
c.无线音源设备产生随机的第一私钥A1，根据第一私钥A1生成第一公钥B1；
d.无线音源 设备向第一音频设备发起包含第一公钥B1的加密请求；
e.第一音频设备获得第一公钥B1；
f.第二音频设备通过无加密监听，获得第一公钥B1；
g.第一音频设备通过第一无线链路，向第二音频设备发送随机数请求；
h.第二音频设备收到随机数请求，产生随机数明文C；
第二音频设备利用随机数明文C，以及第一音频设备与第二音频设备约定的私钥方案产生第二私钥A2；
i.第二音频设备将随机数明文C加密，产生随机数密文D；
j.第二音频设备通过第一无线链路，向第一音频设备发送随机数密文D；
k.第一音频设备将所述随机数密文D解密，还原出随机数明文C；
l.第一音频设备利用随机数明文C，以及第一音频设备与第二音频设备约定的私钥方案产生第二私钥A2，通过第二私钥A2生成第二公钥B2；
m.第一音频设备将第二公钥B2作为应答，通过第二无线链路发送给无线音源设备；
n.无线音源设备根据自身的第一私钥A1和接收到的第二公钥B2、第一音频设备根据自身的第二私钥A2和接收到的第一公钥B1、第二音频设备根据自身的第二私钥A2和接收到的第一公钥B1，计算得到第二无线链路的加密Link Key和加密密钥K；
(3).数据封包和控制信息传输，包括：
o.无线音源设备使用加密密钥K对发送内容进行加密，将加密后的数据封包和控制信息通过第二无线链路发送到第一音频设备；第一音频设备接收得到加密后的数据封包和控制信息，使用密钥K进行解密，获得数据明文；
p.第二音频设备监听得到加密后的数据封包和控制信息，使用密钥K进行解密，获得数据明文。
2.如权利要求1所述的一种无线音频共享方法，其特征在于：所述的第一音频设备与第二音频设备通过蓝牙或自行设定的通信协议进行无线通信。
3.如权利要求1所述的一种无线音频共享方法，其特征在于：第二音频设备包括一个加密单元，第一音频设备包括一个解密单元，加密单元和解密单元配置成可逆的过程，以密文形式传输数据。
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