CN112202801A - 一种云密钥系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种云密钥系统，包括服务器，采用多个服务器搭建微服务架构，统一对外提供黑名单和密钥服务，系统可以根据场站数量动态调整服务器数量，容量过限时只需要增加服务器即可，密钥的获取采用PSAM卡或PCI卡获取，采用PSAM卡需要外接PSAM读取设备，采用PCI加密卡可以直接使用服务器的PCI接口安装，每个PCI卡支持十个通道的并行密钥计算，PSAM卡的单交易流程不支持并行。本发明采用先进的云计算及物联网技术，通过云/边/端的架构体系，稳定、安全、高效的完成云密钥的并发和响应。

Description

一种云密钥系统
技术领域
本发明涉及密钥技术领域，具体是一种云密钥系统。
背景技术
密钥，即秘钥，在密码学中，密钥(key，又常称金钥)是指某个用来完成加密、解密、完整性验证等密码学应用的秘密信息。在对称密码学(或称密钥密码学)中，加密和解密用的是同一个钥匙，因此钥匙需要保密。而在公钥密码学(或称非对称密码学)中，加密和解密用的钥匙不同：通常一个是公开的，称为公钥；另一个保密，称为私钥。
由于实体密钥卡与设备是一一绑定的，而采用云密钥之后，设备侧无需存放实体密钥卡，所需密钥通过云端访问，在此种情况下，对云密钥产品的并发和实时响应具有一定要求，既要能够满足大量ETC设备的并发访问，又要能够实时返回结果；由于不同级别的客户，在使用云密钥时，可申请的密钥卡略有差异，高速运营方可直接获得PCIe，而中小型场景服务商只能获取PSAM卡；当期，各类ETC应用场景使用的均为实体密钥卡(PSAM)。因此，本领域技术人员提供了一种云密钥系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种云密钥系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种云密钥系统，包括服务器，采用多个服务器搭建微服务架构，统一对外提供黑名单和密钥服务，系统可以根据场站数量动态调整服务器数量，容量过限时只需要增加服务器即可；
密钥的获取采用PSAM卡或PCI卡获取，采用PSAM卡需要外接PSAM读取设备，采用PCI加密卡可以直接使用服务器的PCI接口安装，每个PCI卡支持十个通道的并行密钥计算，PSAM卡的单交易流程不支持并行。
作为本发明进一步的方案：多台所述服务器并行对外提供密钥服务、黑名单服务和黑名单同步，交易申请到达时先校验黑名单，校验通过后提供交易密钥服务；
场站端的ETC-POS是ETC交易中间件，对停车场系统提供ETC交易指令封装，可以使用硬件盒子方案，也可以采用软实现方案，使得停车场系统可以不关注具体ETC交易流程，直接得到交易结果。
作为本发明再进一步的方案：所述
在一个ETC停车场发起交易时，流程如下；
1、停车场车道发起交易，向ETC-POS请求ETC扣费；
2、ETC-POS驱动对应车道的RSU唤醒OBU，并读取OBU的相关信息；
3、ETC-POS驱动RSU进行OBU的初始化消费，获取随机数。至此前置准备工作完成，开始请求云交易平台；
4、ETC-POS请求云交易平台获取密钥，云交易平台认证通信合法，在集群内通过服务发现迅速锁定本次密钥服务的承载节点，并将请求转发至其上；
5、服务节点查询黑名单信息，并锁定当前空闲的PCI密钥卡，请求获取密钥；
6、ETC-POS收到云交易平台计算的MAC1，驱动RSU对OBU进行消费，获取OBU返回的TAC码等信息；至此整个前端交易流程结束，车道软件控制车辆抬杆放行；
7、ETC-POS异步将ETC交易结果上传至云交易平台；
8、云交易平台将OBU交易结果上传至省联网中心，等待清分结果。
作为本发明再进一步的方案：所述密钥服务：通过PCI密钥卡提供快速、安全的密钥服务，包括OBU车辆信息解密用于验证OBU合法性、交易MAC1计算；
所述黑名单服务：在线密钥计算过程中，直接快速查询黑名单，拦截黑名单OBU车辆；
所述黑名单同步：从省联网中心获取全国黑名单数据，并冗余存储在Redis集群中，为交易过程中提供黑名单数据支持。
作为本发明再进一步的方案：每台所述服务器上都安装有相同的软件，通过集群协同工作。
作为本发明再进一步的方案：所述微服务框架的核心是服务注册中心，每台服务器均包含有一个服务管理节点，从而组成一个服务注册中心集群，每台服务器上的ETC服务以REST服务方式暴露，并向注册中心注册；
当外部请求到来时，任何一个节点都能够进行响应，首先从服务注册中心集群中获取一个服务，然后进行实际业务操作。
作为本发明再进一步的方案：所述Key-Value数据库，属于NoSQL技术的一种，能够对关系数据库起到很好的补充作用，提供了多种语言/平台的客户端，使用很方便，该存储技术支持主从同步，数据可以从主服务器向任意数量的从服务器上同步，从服务器可以是关联其他从服务器的主服务器，这使得该技术可执行单层树复制，存盘可以有意无意的对数据进行写操作，由于完全实现了发布/订阅机制，使得从数据库在任何地方同步树时，可订阅一个频道并接收主服务器完整的消息发布记录，同步对读取操作的可扩展性和数据冗余很有帮助。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明采用先进的云计算及物联网技术，通过云/边/端的架构体系，稳定、安全、高效的完成云密钥的并发和响应。
2、本发明中云密钥的基础密钥支撑会兼容PSAM卡和PCIe卡，根据场景要求，也可混用PSAM矩阵和PCIe矩阵，以提供完备的云密钥的服务能力。
3、本发明采用云技术及物联网技术构建云密钥体系，使用户无需申请实体密钥卡，即可使用ETC服务，但会存在实体密钥卡和云密钥共存的方式，本项目可兼容云密钥和实体密钥卡的使用，在同一场景下两种密钥方式可共存，且可按需替换。
附图说明
图1为一种云密钥系统的业务架构图。
图2为一种云密钥系统的系统架构图。
图3为一种云密钥系统的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种云密钥系统，包括服务器，采用多个服务器搭建微服务架构，统一对外提供黑名单和密钥服务，系统可以根据场站数量动态调整服务器数量，容量过限时只需要增加服务器即可。
由于交通部目前没有对各省下发网络密钥服务，所以无法使用网络加密机，密钥的获取采用PSAM卡或PCI卡获取，采用PSAM卡需要外接PSAM读取设备，采用PCI加密卡可以直接使用服务器的PCI接口安装，每个PCI卡支持十个通道的并行密钥计算，PSAM卡的单交易流程不支持并行。
多台服务器并行对外提供密钥服务和黑名单服务，交易申请到达时先校验黑名单，校验通过后提供交易密钥服务。
场站端的ETC-POS是ETC交易中间件，对停车场系统提供ETC交易指令封装，可以使用硬件盒子方案，也可以采用软实现方案。使得停车场系统可以不关注具体ETC交易流程，直接得到交易结果。
系统架构采用分布式集群服务的形式。每台服务器插入若干张PCI密钥卡，运行相同的软件，由服务器集群技术协同工作，共同提供ETC停车场云交易服务，同时具有良好的性能、容错性、可用性、伸缩性和扩展性。
云交易服务主要包括如下的业务功能：
1、密钥服务：通过PCI密钥卡提供快速、安全的密钥服务，包括OBU车辆信息解密(用于验证OBU合法性)、交易MAC1计算等。
2、黑名单服务：在线密钥计算过程中，直接快速查询黑名单，拦截黑名单OBU车辆。
3、黑名单同步：从省联网中心获取全国黑名单数据，并冗余存储在Redis集群中，为交易过程中提供黑名单数据支持。
系统架构采取分布式设计。基于上述架构，在一个ETC停车场发起交易时，流程描述如下：
1、停车场车道发起交易，向ETC-POS请求ETC扣费；
2、ETC-POS驱动对应车道的RSU唤醒OBU，并读取OBU的相关信息；
3、ETC-POS驱动RSU进行OBU的初始化消费，获取随机数。至此前置准备工作完成，开始请求云交易平台；
4、ETC-POS请求云交易平台获取密钥。云交易平台认证通信合法，在集群内通过服务发现迅速锁定本次密钥服务的承载节点，并将请求转发至其上；
5、服务节点查询黑名单信息，并锁定当前空闲的PCI密钥卡，请求获取密钥(MAC1)
6、ETC-POS收到云交易平台计算的MAC1，驱动RSU对OBU进行消费，获取OBU返回的TAC码等信息；至此整个前端交易流程结束，车道软件控制车辆抬杆放行；
7、ETC-POS异步将ETC交易结果上传至云交易平台；
8、云交易平台将OBU交易结果上传至省联网中心，等待清分结果。
考虑一般的网络延时，即使在高并发的场景下，整个交易过程也能控制在1s以内，能够满足实际停车场的需要。
本申请采用一套成熟且易用的微服务架构，它易于开发集成，并有效的简化了分布式系统基础设施的开发，如服务发现注册、配置中心、消息总线、负载均衡、断路器、数据监控等。本项目中的微服务框架将比较成熟、经得起实际考验的服务组件正好，通过统一风格进行再封装屏蔽掉了复杂的配置和实现原理，最终给开发者留出了一套简单易懂、易部署和易维护的分布式系统开发工具包。
本申请中的微服务框架的核心是服务注册中心，每台服务器均包含有一个服务管理节点，从而组成一个服务注册中心集群。每台服务器上的ETC服务以REST服务方式暴露，并向注册中心注册。
当外部请求到来时，任何一个节点都能够进行响应。首先从服务注册中心(集群)中获取一个服务，然后进行实际业务操作。通过这种动态分配方式，能够实现：
1、服务的线性扩展：当集群性能不足时，只需要线性增加服务器数量即可，不需要额外配置。
2、负载均衡：当高并发请求到达时(例如高峰时期ETC交易密集时)，能够将负载分摊到不同的服务器上，从而保证单个响应的快速高效。
3、高可用性：当单个节点宕机时，注册中心迅速切换到其他可用服务，从而保证整体的高可用性，不会因为单个节点的问题而影响到整体服务质量。
本申请采用高性能的Key-Value数据库，属于NoSQL技术的一种，能够对关系数据库起到很好的补充作用，特别是在大数据的情况下，能够对一般查询实现快速响应。它提供了多种语言/平台的客户端，使用很方便。该存储技术支持主从同步。数据可以从主服务器向任意数量的从服务器上同步，从服务器可以是关联其他从服务器的主服务器。这使得该技术可执行单层树复制。存盘可以有意无意的对数据进行写操作。由于完全实现了发布/订阅机制，使得从数据库在任何地方同步树时，可订阅一个频道并接收主服务器完整的消息发布记录。同步对读取操作的可扩展性和数据冗余很有帮助。
本申请中，使用高性能Key-Value存储技术集群存储庞大的黑名单数据。通过存储集群的分片和冗余，能够实现黑名单数据的高效存储，在交易过程中，能够迅速地查询黑名单数据。并且由集群一定的冗余来保证数据安全，不会因为单点故障而引起数据丢失或查询失败。
由于前端OBU交易必须保证一定的效率，需要在毫秒级完成整个云交易支持。ETC云交易平台对外提供服务，不采用互联网流行的HTTP/REST方式，而采用TCP/IP长连接方式。同时叠加密钥协商和3DES加密算法，在保证安全的前提下，提高加解密效率。所有场站端的ETC-POS终端均和服务集群中的某台服务器建立长连接线，并维持心跳。当某节点发生故障时，通过浮动IP技术确保迅速恢复连接到其他服务器节点。
从上面的论述中，可以看出，本申请都是基于集群化考虑的。但集群并非简单机械地堆积，需要能够协同工作，特别是有些事务性要求的操作，例如高管局的数据上报、黑名单数据同步等。在本项目中，采用基于Fast Paxos算法的集群技术来进行集群中各个节点服务的协同。
本申请中的分布式集群协同技术为分布式应用提供一致性服务的软件，提供的功能包括：配置维护、域名服务、分布式同步、组服务等。
在申请中，通过分布式集群协同服务来协同和管理整个集群服务器的状态，并选举出用于承担事务性强、实时性要求低的“主服务器”来承担。同时，分布式集群协同服务组件本身也做了集群化，从而避免单点故障引起的整体服务不可用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种云密钥系统，包括服务器，其特征在于，采用多个服务器搭建微服务架构，统一对外提供黑名单和密钥服务，系统可以根据场站数量动态调整服务器数量，容量过限时只需要增加服务器即可；
密钥的获取采用PSAM卡或PCI卡获取，采用PSAM卡需要外接PSAM读取设备，采用PCI加密卡可以直接使用服务器的PCI接口安装，每个PCI卡支持十个通道的并行密钥计算，PSAM卡的单交易流程不支持并行。
2.根据权利要求1所述的一种云密钥系统，其特征在于，多台所述服务器并行对外提供密钥服务、黑名单服务和黑名单同步，交易申请到达时先校验黑名单，校验通过后提供交易密钥服务；
场站端的ETC-POS是ETC交易中间件，对停车场系统提供ETC交易指令封装，可以使用硬件盒子方案，也可以采用软实现方案，使得停车场系统可以不关注具体ETC交易流程，直接得到交易结果。
3.根据权利要求2所述的一种云密钥系统，其特征在于，
在一个ETC停车场发起交易时，流程如下；
1)停车场车道发起交易，向ETC-POS请求ETC扣费；
2)ETC-POS驱动对应车道的RSU唤醒OBU，并读取OBU的相关信息；
3)ETC-POS驱动RSU进行OBU的初始化消费，获取随机数。至此前置准备工作完成，开始请求云交易平台；
4)ETC-POS请求云交易平台获取密钥，云交易平台认证通信合法，在集群内通过服务发现迅速锁定本次密钥服务的承载节点，并将请求转发至其上；
5)服务节点查询黑名单信息，并锁定当前空闲的PCI密钥卡，请求获取密钥；
6)ETC-POS收到云交易平台计算的MAC1，驱动RSU对OBU进行消费，获取OBU返回的TAC码等信息；至此整个前端交易流程结束，车道软件控制车辆抬杆放行；
7)ETC-POS异步将ETC交易结果上传至云交易平台；
8)云交易平台将OBU交易结果上传至省联网中心，等待清分结果。
4.根据权利要求1所述的一种云密钥系统，其特征在于，所述密钥服务：通过PCI密钥卡提供快速、安全的密钥服务，包括OBU车辆信息解密用于验证OBU合法性、交易MAC1计算；
所述黑名单服务：在线密钥计算过程中，直接快速查询黑名单，拦截黑名单OBU车辆；
所述黑名单同步：从省联网中心获取全国黑名单数据，并冗余存储在Redis集群中，为交易过程中提供黑名单数据支持。
5.根据权利要求1所述的一种云密钥系统，其特征在于，每台所述服务器上都安装有相同的软件，通过集群协同工作。
6.根据权利要求1所述的一种云密钥系统，其特征在于，所述微服务框架的核心是服务注册中心，每台服务器均包含有一个服务管理节点，从而组成一个服务注册中心集群，每台服务器上的ETC服务以REST服务方式暴露，并向注册中心注册；
当外部请求到来时，任何一个节点都能够进行响应，首先从服务注册中心集群中获取一个服务，然后进行实际业务操作。
7.根据权利要求1所述的一种云密钥系统，其特征在于，所述Key-Value数据库，属于NoSQL技术的一种，能够对关系数据库起到很好的补充作用，提供了多种语言/平台的客户端，使用很方便，该存储技术支持主从同步，数据可以从主服务器向任意数量的从服务器上同步，从服务器可以是关联其他从服务器的主服务器，这使得该技术可执行单层树复制，存盘可以有意无意的对数据进行写操作，由于完全实现了发布/订阅机制，使得从数据库在任何地方同步树时，可订阅一个频道并接收主服务器完整的消息发布记录，同步对读取操作的可扩展性和数据冗余很有帮助。
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