CN111740949A - 一种机器人系统加密控制方法、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种机器人系统加密控制方法，包括：第一设备接收来自第二设备的消息报文，所述消息报文的帧结构中包括加密控制片段；对所述消息报文进行解析，获取所述加密控制片段中的加密控制信息；根据所述加密控制信息对来自第二设备的消息报文进行解密；其中，所述第一设备和第二设备包括机器人、控制终端和/或服务器；所述加密控制片段包括加密类型字段、加密填充类型字段、随机关键字字段和加密初始向量字段。本公开使得机器人系统中的设备间的信息传输安全得到保障，也能够兼容不同厂商的机器人终端安全方案，降低了机器人普及应用的成本。
Description
技术领域
本公开涉及通信技术领域，特别地，涉及一种机器人系统加密控制方法、设备及存储介质。
背景技术
随着机器人技术和通信技术的发展，机器人在各行各业得到越来越多的应用，从事机器人制造的企业数量也急剧增长，在例如应急救援、消防、物流配送等一些大空间的应用场景中，往往需要大量机器人协同工作，为了保障系统中机器人及设备的通讯安全，加密及密钥控制等安全管理成为机器人系统通讯安全的重点，而目前机器人的安全设置由各生厂商自行定义，普遍缺乏通用性和兼容性。
发明内容
本公开旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，在本公开的第一方面，提供了一种机器人系统加密控制方法，包括：
第一设备接收来自第二设备的消息报文，所述消息报文的帧结构中包括加密控制片段；
对所述消息报文进行解析，获取所述加密控制片段中的加密控制信息；
根据所述加密控制信息对来自第二设备的消息报文进行解密；
其中，所述第一设备和第二设备包括机器人、控制终端和/或服务器；
所述加密控制片段包括加密类型字段、加密填充类型字段、随机关键字字段和加密初始向量字段。
进一步地，所述加密控制片段还包括片段类型字段和长度字段；所述片段类型字段用于表示该片段为加密控制片段；所述长度字段用于表示所述加密控制片段的长度。
进一步地，所述加密控制片段还包括流向字段，用于表示所述消息的流向，包括设置、更新和应答。
进一步地，所述加密控制片段还包括随机值字段和/或生效时间字段；所述随机值字段用于表示加密中使用的随机数据值；所述生效时间字段用于表示加密控制信息的生效时间。
根据本公开的第二方面，提供了一种机器人系统加密控制方法，包括：
第二设备获取加密控制信息；
根据所述加密控制信息封装消息报文，所述消息报文的帧结构中包括承载加密控制信息的加密控制片段；
向第一设备发送所述消息报文；
其中，所述第一设备和第二设备包括机器人、控制终端和/或服务器；
所述加密控制片段包括加密类型字段、加密填充类型字段、随机关键字字段和加密初始向量字段。
进一步地，所述加密控制片段还包括片段类型字段和长度字段；所述片段类型字段用于表示该片段为加密控制片段；所述长度字段用于表示所述加密控制片段的长度。
进一步地，所述加密控制片段还包括流向字段，用于表示所述消息的流向，包括设置、更新和应答。
进一步地，所述加密控制片段还包括随机值字段和/或生效时间字段；所述随机值字段用于表示加密中使用的随机数据值；所述生效时间字段用于表示加密控制信息的生效时间。
根据本公开的第三方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中所述的方法。
根据本公开的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如第一方面中所述的方法。
本公开实施例的提出的上述方案中，通过定义机器人系统中消息报文的帧结构，利用加密控制片段承载加密方式、密钥参数等加密控制信息，使得系统中的机器人、控制终端、服务器等设备之间的信息传输安全得到保障，同时也能够兼容不同厂商的机器人终端安全方案，降低了机器人普及应用的成本；而且，加密控制片段中的字段设置能够以较小的数据量满足机器人系统通信场景下的典型情形，易于实施。
本公开的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
本公开的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本公开实施例的方法的应用场景示意图；
图2是根据本公开第一实施例的机器人系统加密控制方法的流程图；
图3是根据本公开第二实施例的机器人系统加密控制方法的流程图；
图4是根据本公开实施例的帧结构中加密控制片段的示意图；
图5是能够实施本公开实施例的示例性电子设备的方框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本公开进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但是，本公开还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本公开的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了本发明的方法的示例性应用场景。在该场景中，机器人系统包括机器人、服务器、控制终端等多种设备。所述机器人包括多种类型的机器人101，包括大中型机器人、小型机器人、可移动机器人、固定节点机器人、地面机器人和/或空中机器人等。所述机器人在进入现场前或进入现场后开机，启动网络通信模块连接至通信网络102，启动传感器和摄像头等设备以采集温度、气体成分、视音频等现场信息，将所采集的现场信息通过通信网络发送至服务器104或控制终端103，并且接收来自服务器104或控制终端103的指令信息，根据所述指令信息进行行动或操作。所述服务器104可选地位于远程监控中心，可对系统中的其它设备进行控制和管理。所述控制终端103可选地包括手机、平板电脑等便携设备，可在现场对机器人进行控制。
参考图2，其示出了根据本公开第一实施例的一种机器人系统加密控制方法，由接收设备执行，该方法包括：
S210、第一设备接收来自第二设备的消息报文，所述消息报文的帧结构中包括加密控制片段；
S220、对所述消息报文进行解析，获取所述加密控制片段中的加密控制信息；
S230、根据所述加密控制信息对来自第二设备的消息报文进行解密。
其中，所述第一设备和第二设备包括机器人、控制终端和/或服务器；
所述加密控制片段包括加密类型字段、加密填充类型字段、随机关键字字段和加密初始向量字段。
所述加密类型字段用于表示所述消息报文采用的加密方式和类型；
所述加密填充类型字段用于表示加密的填充方式；
所述随机关键字字段用于表示加密所使用的关键字，其是从预置的关键字列表中随机抽取的。
所述加密初始向量字段用于表示初始的加密向量参数，例如加密时的日期、时间。
可选地，所述加密控制片段还包括片段类型字段和长度字段；所述片段类型字段用于表示该片段为加密控制片段；所述长度字段用于表示所述加密控制片段的长度。
可选地，所述加密控制片段还包括流向字段，用于表示所述消息的流向，包括设置、应答和更新。
可选地，所述加密控制片段还包括随机值字段和/或生效时间字段；所述随机值字段用于表示加密中使用的随机数据值；所述生效时间字段用于表示加密控制信息的生效时间。
参考图3，其示出了根据本公开第二实施例的一种机器人系统加密控制方法，由发送设备执行，该方法包括：
S310、第二设备获取加密控制信息；
S320、根据所述加密控制信息封装消息报文，所述消息报文的帧结构中包括承载加密控制信息的加密控制片段；
S330、向第一设备发送所述消息报文；
其中，所述第一设备和第二设备包括机器人、控制终端和/或服务器；
所述加密控制片段包括加密类型字段、加密填充类型字段、随机关键字字段和加密初始向量字段。
所述加密类型字段用于表示所述消息报文采用的加密方式和类型；
所述加密填充类型字段用于表示加密的填充方式；
所述随机关键字字段用于表示加密所使用的关键字，其是从预置的关键字列表中随机抽取的。
所述加密初始向量字段用于表示初始的加密向量参数，例如加密时的日期、时间。
可选地，所述加密控制片段还包括片段类型字段和长度字段；所述片段类型字段用于表示该片段为加密控制片段；所述长度字段用于表示所述加密控制片段的长度。
可选地，所述加密控制片段还包括流向字段，用于表示所述消息的流向，包括设置、应答和更新。
可选地，所述加密控制片段还包括随机值字段和/或生效时间字段；所述随机值字段用于表示加密中使用的随机数据值；所述生效时间字段用于表示加密控制信息的生效时间。
在本发明实施例提出的分别由发送设备和接收设备执行的方法中，消息报文的帧结构包括加密控制片段，以承载加密方式、密钥参数等加密控制信息，使得系统中的机器人、控制终端、服务器等设备之间的信息传输安全得到保障，同时也能够兼容不同厂商的机器人终端安全方案，降低了机器人普及应用的成本；而且，加密控制片段中的字段设置能够以较小的数据量满足机器人系统通信场景下的典型情形，易于实施。
下面结合一个具体示例阐释本公开的加密控制方法。在该示例中，传输的消息报文具有预设帧结构，参照图4，所述预定的帧结构中包括帧头、帧尾以及承载加密控制信息的加密控制片段，具体包括片段类型字段、长度字段、流向字段、加密类型字段、加密填充类型字段、随机关键字字段、加密初始向量字段、随机值字段和生效时间字段中的一个或多个。表示如下：
其中，片段类型字段SectionType用于表示该片段的类型，数值0x21表示该片段为加密控制片段。
长度字段Length用于表示所述加密控制片段的长度，即长度字段后到该加密控制片段结束的比特数。
流向字段RequestOrResponse用于表示所述消息的流向，包括设置、更新和应答。该字段的值为0x02则表明为“设置”流向，例如从服务器或控制终端等设备发送至机器人终端以告知系统所采用的加密方式等信息。值为0x05表明为“更新”流向，例如从服务器或控制终端等设备发送至机器人终端，以对已有的加密控制信息进行更新。值为0x03表明为“应答”流向，例如机器人终端响应于“设置”流向的消息报文的接收，发送消息报文至服务器或控制终端等设备。
加密类型字段EncryptType用于表示所述消息报文采用的加密方式和类型。例如定义如下：
| 值 | 描述 |
| 0x0 | 保留 |
| 0x1 | AES-128-CBC |
| 0x2～0xF | 保留 |
也即当前的机器人系统仅支持AES-128-CBC加密方式，消息中该字段的值为0x1。其它值保留用于系统扩展，系统增加了支持的加密方式后设定其它的值用于表示。
加密填充类型字段EncryptPadding用于表示加密的填充方式。例如定义如下：
| 值 | 描述 |
| 0x0 | 保留 |
| 0x1 | NoPadding |
| 0x2 | PKCSPadding-5 |
| 0x3 | PKCSPadding-7 |
| 0x4 | ISO10126Padding |
| 0x5 | PaddingMode.Zeros |
| 0x6～0xF | 保留 |
其中不同的字段值表示传输的消息所采用的加密填充方式。
随机关键字字段RandomKey_fromKeyList用于表示加密所使用的关键字，其是从预置的关键字列表中随机抽取的。所述关键字列表为基础密钥表的一部分，所述基础密钥表为预先定义并存储在系统各设备中的，用于消息的加密和解密处理。
加密初始向量字段EncryptIV用于表示初始的加密向量参数，例如加密时的日期、时间，在例如AES-128-CBC的一些加密方式中，需要使用该加密向量参数，对于不需要加密初始向量的加密方式，该字段空白。
随机值字段RandomValue_actionName用于表示加密中使用的随机数据值，通过引入外部随机值可以提高加密质量，例如当地坐标、任务代号、当天气温等随机数据。
生效时间字段UpdateDateTime用于表示加密控制信息的生效时间。如果该值小于接收设备的当前时间，则该加密控制信息立即生效。
需要说明的是，当流向字段RequestOrResponse表示该消息为“应答”消息时，则表明其是响应于接收到的“设置”消息和/或“更新”消息而发送的，将采用所接收到的“设置”消息和/或“更新”消息中指示的加密控制信息，该“应答”消息中的加密类型等其它字段无内容。可选地，帧结构中还包括错误码ErrorCode字段，当无法执行“设置”或“更新”消息中的加密控制方式时，通过在“应答”消息中错误码ErrorCode字段的值告知错误发生和/或所发生的错误情形。
可选地，当流向字段RequestOrResponse表示该消息为“更新”消息时，仅填写发生变化的加密控制信息对应的字段。例如仅改变随机关键字和加密初始向量的情况下，“更新”消息中的加密类型字段和加密填充类型字段为空白。
基于该帧结构的加密控制过程示例如下：
示例1
系统中的机器人启动后向服务器注册；
服务器根据预设的策略确定通信的加密控制信息并封装消息报文。所述消息报文可以仅用于加密控制，而不携带其它的信息，也可以在具有加密控制片段的同时包括其它的片段以携带其它信息。所述消息报文帧结构的加密控制片段中，片段类型字段SectionType为0x21以表示该片段的类型为加密控制片段；流向字段RequestOrResponse为0x02以表示该消息报文为“设置”流向，即用于设置所述机器人；所述加密类型字段EncryptType、加密填充类型字段EncryptPadding、随机关键字字段RandomKey_fromKeyList、加密初始向量字段EncryptIV、随机值字段RandomValue_actionName、生效时间字段UpdateDateTime的值均基于所确定的加密控制信息设置。
服务器将所述消息报文发送至该机器人；
机器人解析所接收到的消息报文，基于片段类型字段SectionType的值0x21确定报文中该片段为加密控制片段，流向字段RequestOrResponse的值0x02确定为“设置”流向的消息报文，即该机器人应按照该消息报文的信息而进行设置。所述机器人根据加密类型字段EncryptType、加密填充类型字段EncryptPadding、随机关键字字段RandomKey_fromKeyList、加密初始向量字段EncryptIV、随机值字段RandomValue_actionName、生效时间字段UpdateDateTime的值确定后续通信应采用的加密控制信息，包括采取何种加密类型、何种填充方式、加密采用的随机关键字、初始向量和随机值，以及上述加密控制信息什么时间开始生效。
机器人向服务器发送包括加密消息片段的消息报文，该加密消息片段的片段类型字段SectionType的值0x21，流向字段RequestOrResponse的值0x03，表明为“应答”流向的报文，不再包括其它加密控制信息。服务器接收到机器人发送的流向字段RequestOrResponse的值为0x03的消息报文，确定机器人已收到上述加密控制信息。在生效时间到达后，机器人与服务器以及与系统中其它设备的通信过程中，采用上述加密控制信息对传输的信息进行加密和解密。
示例2
系统中的机器人与服务器进行通信；
服务器根据预设的策略确定通信的加密控制信息需要更新，则获取新的加密控制信息并封装消息报文。与示例1不同的是，加密控制片段中的流向字段RequestOrResponse值为0x05以表示该消息报文为“更新”流向，即用于更新所述机器人当前使用的加密控制信息；加密控制片段中仅包括需更新的随机关键字字段RandomKey_fromKeyList、加密初始向量字段EncryptIV，以及生效时间字段UpdateDateTime。
机器人解析所接收到的消息报文，基于片段类型字段SectionType的值0x21确定报文中该片段为加密控制片段，流向字段RequestOrResponse的值0x05确定为“更新”流向的消息报文，即该机器人应按照该消息报文中的信息而更新已有的加密控制信息。
机器人向服务器发送包括加密消息片段的消息报文，该加密消息片段的片段类型字段SectionType的值0x21，流向字段RequestOrResponse的值0x03，表明为“应答”流向的报文，不再包括其它加密控制信息。服务器接收到机器人发送的流向字段RequestOrResponse的值为0x03的消息报文，确定机器人已收到上述加密控制信息。
在生效时间字段UpdateDateTime的值对应的生效时间到达后，机器人与服务器以及与系统中其它设备的通信过程中，采用原加密类型、填充类型和随机值，以及上述消息报文中随机关键字字段RandomKey_fromKeyList的随机关键字和加密初始向量字段EncryptIV的初始向量对传输的信息进行加密和解密。
上述示例1和2以服务器和机器人之间的通信场景为例而阐释，但该所述加密控制过程也可以在控制终端与机器人之间、机器人之间、服务器与控制终端之间、控制终端之间实施，例如由已注册并与服务器通信的机器人向新加入系统的机器人发送包括加密控制片段的消息报文，从而实现加密控制。
根据本公开的又一个实施例，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例所述的方法。
根据本公开的又一个实施例，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述实施例所述的方法。
图5示出了可以用来实施本公开的实施例的电子设备500的示意性框图。如图所示，设备500包括中央处理单元(CPU)501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的计算机程序指令或者从存储单元508加载到随机访问存储器(RAM)503中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还可以存储设备500操作所需的各种程序和数据。CPU 501、ROM 502以及RAM 503通过总线504彼此相连。输入/输出(I/O)接口505也连接至总线504。
设备500中的多个部件连接至I/O接口505，包括：输入单元506，例如键盘、鼠标等；输出单元507，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元508，例如磁盘、光盘等；以及通信单元509，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元509允许设备500通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
处理单元501执行上文所描述的各个方法和处理。例如，在一些实施例中，方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元508。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 502和/或通信单元509而被载入和/或安装到设备500上。当计算机程序加载到RAM 503并由CPU 501执行时，可以执行上文描述的方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU 501可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法。
本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)等等。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种机器人系统加密控制方法，其特征在于，包括：
第一设备接收来自第二设备的消息报文，所述消息报文的帧结构中包括加密控制片段；
对所述消息报文进行解析，获取所述加密控制片段中的加密控制信息；
根据所述加密控制信息对来自第二设备的消息报文进行解密；
其中，所述第一设备和第二设备包括机器人、控制终端和/或服务器；
所述加密控制片段包括加密类型字段、加密填充类型字段、随机关键字字段和加密初始向量字段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加密控制片段还包括片段类型字段和长度字段；所述片段类型字段用于表示该片段为加密控制片段；所述长度字段用于表示所述加密控制片段的长度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加密控制片段还包括流向字段，用于表示所述消息的流向，包括设置和更新。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述加密控制片段还包括随机值字段和/或生效时间字段；所述随机值字段用于表示加密中使用的随机数据值；所述生效时间字段用于表示加密控制信息的生效时间。
5.一种机器人系统加密控制方法，其特征在于，包括：
第二设备获取加密控制信息；
根据所述加密控制信息封装消息报文，所述消息报文的帧结构中包括承载加密控制信息的加密控制片段；
向第一设备发送所述消息报文；
其中，所述第一设备和第二设备包括机器人、控制终端和/或服务器；
所述加密控制片段包括加密类型字段、加密填充类型字段、随机关键字字段和加密初始向量字段。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述加密控制片段还包括片段类型字段和长度字段；所述片段类型字段用于表示该片段为加密控制片段；所述长度字段用于表示所述加密控制片段的长度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述加密控制片段还包括流向字段，用于表示所述消息的流向，包括设置和更新。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加密控制片段还包括随机值字段和/或生效时间字段；所述随机值字段用于表示加密中使用的随机数据值；所述生效时间字段用于表示加密控制信息的生效时间。
9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～8中任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一项所述的方法。
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