CN111881463A - 一种串口通信加密方法、系统及串口设备 - Google Patents

一种串口通信加密方法、系统及串口设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种串口通信加密方法、系统及串口设备，用于在第一串口设备和第二串口设备之间进行通信加密，所述方法包括：所述第一串口设备和所述第二串口设备开始建立通信连接后，所述第二串口设备在收到所述第一串口设备发出的版本号请求数据包后，生成动态密钥和干扰密钥并将所述动态密钥和所述干扰密钥混合在一个版本号数据包中返回给所述第一串口设备；所述第一串口设备使用约定的算法对返回的版本号数据包进行解析，得到所述动态密钥，并采用所述动态密钥在所述第一串口设备和所述第二串口设备之间建立加密通信连接。采用本发明的技术方案，可以提高串口通信的安全性。

Description

一种串口通信加密方法、系统及串口设备
技术领域
本发明涉及串口通信技术领域，尤其涉及一种串口通信加密方法、系统及串口设备。
背景技术
串口通信(Serial Communication)，是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。串口通信基于外设和计算机之间的通信协议，通过该通信协议即可控制外设或获取外设的数据。
现有的串口通信方式，可以通过串口监听助手，将外设与计算机之间的通信协议全部监听出来。如果通讯协议没有经过加密，将会很容易被人抄袭、仿造，自己生产的外设产品也很容易就被他人控制。即使使用了加密技术，监听出来的密文也是可以有效使用的，安全性仍然不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种串口通信加密方法、系统及串口设备，从而可以提高串口通信的安全性。
本发明实施例中，提供了一种串口通信加密方法，用于在第一串口设备和第二串口设备之间进行通信加密，所述方法包括：
所述第一串口设备和所述第二串口设备开始建立通信连接后，所述第二串口设备在收到所述第一串口设备发出的版本号请求数据包后，生成动态密钥和干扰密钥并将所述动态密钥和所述干扰密钥混合在一个版本号数据包中返回给所述第一串口设备；
所述第一串口设备使用约定的算法对返回的版本号数据包进行解析，排除所述干扰密钥，得到所述动态密钥，并采用所述动态密钥在所述第一串口设备和所述第二串口设备之间建立加密通信连接。
本发明实施例中，所述的串口通信加密方法还包括：
所述第一串口设备和所述第二串口设备一开始建立物理连接时，所述第一串口设备和所述第二串口设备之间采用一个固定密钥进行加密通信连接。
本发明实施例中，所述第一串口设备和所述第二串口设备采用所述固定密钥建立加密通信连接时，所述第一串口设备一直发送版本号请求数据包给所述第二串口设备，如果在设定的时间内未接收到所述第二串口设备返回的版本号数据包，则需重新使用所述固定密钥与所述第二串口设备建立加密通信连接。
本发明实施例中，所述版本号数据包中包括硬件设备号、硬件版本号、软件版本号、动态密钥和干扰密钥。
本发明实施例中，所述干扰密钥与所述动态密钥设置于所述版本号协议包中的设定位置。
本发明实施例中，所述第一串口设备和所述第二串口设备采用DES对称加密算法进行加密通信。
本发明实施例中，还提供了一种串口通信加密系统，其包括第一串口设备和第二串口设备，所述第一串口设备和所述第二串口设备进行通信时，采用上述的串口通信加密方法。
本发明实施例中，还提供了一种串口设备，其包括：
密钥生成模块，用于在接到与所述串口通信设备连接的另一个串口设备发出的版本号请求数据包后，生成动态密钥和干扰密钥；
数据包生成模块，用于将所述动态密钥和所述干扰密钥混合在一个版本号数据包中并返回给所述另一个串口设备，
通信连接模块，用于在所述另一个串口设备从所述版本号数据包中解析出所述动态密钥后，采用所述动态密钥与所述另一个串口通信设备建立加密通信连接。
与现有技术相比较，采用本发明的串口通信加密方法及系统，所述第一串口设备和所述第二串口设备开始建立通信连接后，采用固定密钥进行加密通信，所述第二串口设备在收到所述第一串口设备发出的版本号请求数据包后，生成动态密钥和干扰密钥并返回给所述第一串口设备，所述第一串口解析出所述动态密钥后，采用所述动态密钥在所述第一串口设备和所述第二串口设备之间建立加密通信连接，将固定密钥、干扰密钥、动态密钥结合起来，使得通信协议不仅仅是加密的，而且是临时的、动态的，就算被监听出来，也是无效地通信协议，提高了所述第一串口设备和所述第二串口设备之间通信的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例的串口通信加密系统的结构示意图。
图2是本发明实施例的串口通信加密方法的流程图。
图3是本发明实施例的串口设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例中，提供了一种串口通信加密系统，其包括通过串口进行通信连接的第一串口设备和第二串口设备。需要说明的是，所述第一串口设备和所述第二串口设备可以是具有串口的计算机设备，也可以是具有串口的计算机外设。
如图2所示，所述串口通信加密系统中，所述第一串口设备和所述第二串口设备的加密通信过程包括步骤S1-步骤S5。下面分别进行说明。
步骤S1：所述第一串口设备和所述第二串口设备通过串口建立物理连接后，建立通信连接；
步骤S2：所述第一串口设备向所述第二串口设备发出的版本号请求数据包，请求获得所述第二串口设备的版本号；
步骤S3：所述第二串口设备在收到所述第一串口设备发出的版本号请求数据包后，生成动态密钥和干扰密钥并将所述动态密钥和所述干扰密钥混合在一个版本号数据包中返回给所述第一串口设备；
步骤S4：所述第一串口设备使用约定的算法对返回的版本号数据包进行解析，排除所述干扰密钥，得到所述动态密钥；
步骤S5：所述第一串口设备和所述第二串口设备采用所述动态密钥建立加密通信连接。
需要说明的是，本发明实施例中，在所述第一串口设备和所述第二串口设备建立物理连接后，可以采用一个固定密钥进行加密通信连接，从而确保通信的安全性。在步骤S2和S3中，所述第一串口设备和所述第二串口设备的通信数据包中，都采用了所述固定密钥进行加密。
例如，加密前串口协议数据包的格式如下：
数据头 索引 功能单元 命令字 长度高位 长度低位 数据 CRC
0xF5 1Byte 1Byte 1Byte 1Byte 1Byte N Byte 1Byte
加密后的串口协议数据包的格式如下：
Figure BDA0002589442220000041
所述固定密钥可以是8个字节:"a"、"b"、"c"、"d"、"e"、"f"、"g"、"h"，所述第一串口设备和所述第二串口设备采用所述固定密钥建立加密通信连接后，所述第一串口设备一直发送版本号请求数据包给所述第二串口设备，如果在设定的时间内(例如5秒)未接收到所述第二串口设备返回的版本号数据包，则需重新使用所述固定密钥与所述第二串口设备建立加密通信连接。
所述版本号数据包中包括硬件设备号、硬件版本号、软件版本号、动态密钥和干扰密钥，如下表所示：
本发明实施例中，未经过所述固定密钥加密前，所述版本号数据包的数据格式如下：
数据头 索引 功能单元 命令字 长度高位 长度低位 数据 CRC
0xF5 Xx 0x00 0x00 0x00 12 18Byte CRC
其中，所述版本号数据包中，18Byte的数据内容如下：
硬件设备号 硬件版本号 软件版本号 干扰密钥 动态密钥
2Byte 2Byte 2Byte 4Byte 8Byte
需要说明的是，本发明实施例中，所述动态密钥和所述干扰密钥都是随机生成的，每一次所述第一串口设备和所述第二串口设备开始建立连接时，都需要采用一个新的动态密钥进行连接。所述干扰密钥与所述动态密钥可以设置于所述版本号协议包中的设定位置，可以相互混杂设置于设定的位置，由于每一次建立连接时，所述动态密钥和所述干扰密钥都是变化的，在所述干扰密钥的干扰下，监听者无法获取到所述动态密钥；即使所述动态密钥被监听出来，在下一次连接时，所述动态密钥又发生了变化，从而提高所述第一串口设备和所述第二串口设备之间通信的安全性。
本发明实施例中，所述第一串口设备和所述第二串口设备采用DES对称加密算法进行加密通信。DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式,有两种：加密或解密。所述第一串口设备和所述第二串口设备采用所述固定密钥进行加密通信时，Key即为所述固定密钥。所述第一串口设备和所述第二串口设备采用所述固定密钥进行加密通信时，Key即为所述动态密钥。
如图3所示，本发明实施例中，还提供了一种串口设备，其包括密钥生成模块1、数据包生成模块2和通信连接模块3。下面分别进行说明。
所示密钥生成模块1，用于在接到与所述串口通信设备连接的另一个串口设备发出的版本号请求数据包后，生成动态密钥和干扰密钥。
所示数据包生成模块2，用于将所述动态密钥和所述干扰密钥混合在一个版本号数据包中并返回给所述另一个串口设备。
所示通信连接模块3，用于在所述另一个串口设备从所述版本号数据包中解析出所述动态密钥后，采用所述动态密钥与所述另一个串口通信设备建立加密通信连接。
综上所述，采用本发明的串口通信加密方法及系统，所述第一串口设备和所述第二串口设备开始建立通信连接后，采用固定密钥进行加密通信，所述第二串口设备在收到所述第一串口设备发出的版本号请求数据包后，生成动态密钥和干扰密钥并返回给所述第一串口设备，所述第一串口解析出所述动态密钥后，采用所述动态密钥在所述第一串口设备和所述第二串口设备之间建立加密通信连接，将固定密钥、干扰密钥、动态密钥结合起来，使得通信协议不仅仅是加密的，而且是临时的、动态的，就算被监听出来，也是无效地通信协议，提高了所述第一串口设备和所述第二串口设备之间通信的安全性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种串口通信加密方法，用于在第一串口设备和第二串口设备之间进行通信加密，其特征在于，所述方法包括：
所述第一串口设备和所述第二串口设备开始建立通信连接后，所述第二串口设备在收到所述第一串口设备发出的版本号请求数据包后，生成动态密钥和干扰密钥并将所述动态密钥和所述干扰密钥混合在一个版本号数据包中返回给所述第一串口设备；
所述第一串口设备使用约定的算法对返回的版本号数据包进行解析，排除所述干扰密钥，得到所述动态密钥，并采用所述动态密钥在所述第一串口设备和所述第二串口设备之间建立加密通信连接。
2.如权利要求1所述的串口通信加密方法，其特征在于， 所述第一串口设备和所述第二串口设备一开始建立物理连接时，所述第一串口设备和所述第二串口设备之间采用一个固定密钥进行加密通信连接。
3.如权利要求2所述的串口通信加密方法，其特征在于，所述第一串口设备和所述第二串口设备采用所述固定密钥建立加密通信连接时，所述第一串口设备一直发送版本号请求数据包给所述第二串口设备，如果在设定的时间内未接收到所述第二串口设备返回的版本号数据包，则需重新使用所述固定密钥与所述第二串口设备建立加密通信连接。
4.如权利要求1所述的串口通信加密方法，其特征在于，所述版本号数据包中包括硬件设备号、硬件版本号、软件版本号、动态密钥和干扰密钥。
5.如权利要求4所述的串口通信加密方法，其特征在于，所述干扰密钥与所述动态密钥设置于所述版本号协议包中的设定位置。
6.如权利要求1所述的串口通信加密方法，其特征在于，所述第一串口设备和所述第二串口设备采用DES对称加密算法进行加密通信。
7.一种串口通信加密系统，其特征在于，包括第一串口设备和第二串口设备，所述第一串口设备和所述第二串口设备进行通信时，采用如权利要求1-6任一项所述的串口通信加密方法。
8.一种串口设备，其特征在于，包括：
密钥生成模块，用于在接到与所述串口通信设备连接的另一个串口设备发出的版本号请求数据包后，生成动态密钥和干扰密钥；
数据包生成模块，用于将所述动态密钥和所述干扰密钥混合在一个版本号数据包中并返回给所述另一个串口设备，
通信连接模块，用于在所述另一个串口设备从所述版本号数据包中解析出所述动态密钥后，采用所述动态密钥与所述另一个串口通信设备建立加密通信连接。
9.如权利要求8所述的串口设备，其特征在于，所述版本号数据包中包括硬件设备号、硬件版本号、软件版本号、动态密钥和干扰密钥。
10.如权利要求9所述的串口设备，其特征在于，所述干扰密钥与所述动态密钥设置于所述版本号协议包中的设定位置。
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