CN112383882A - 一种蓝牙换电中的数据传输方法及换电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蓝牙换电中的数据传输方法及换电系统，属于换电领域。本发明蓝牙换电中的数据传输方法包括如下步骤：开始换电，换电柜利用本机的换电柜SN进行蓝牙广播；换电柜通过蓝牙获取智能设备的鉴权请求；换电柜鉴权通过，换电柜与智能设备建立蓝牙连接；换电柜通过智能设备与换电服务器进行数据交互。本发明的有益效果为：在换电柜离线的情况下，提供了一种安全有效的蓝牙数据传输方式，避免数据被篡改和重放攻击。

Description

一种蓝牙换电中的数据传输方法及换电系统

技术领域

本发明涉及换电领域，尤其涉及一种蓝牙换电中的数据传输方法，还涉及一种实现所述蓝牙换电中的数据传输方法的换电系统。

背景技术

如图1所示，现有技术中，换电柜都是通过4G网络和服务器通信，但是由于4G网络和基站会因为各种干扰和基站问题，导致网络不稳定，经常出现丢包和网络不稳定的情况，这样就没有办法建立稳定的数据传输连接，用户在换电的时候会经常出现设备离线，数据发送或者接收超时的问题。

一般用户手机的网络都比较稳定，在换电柜网络不稳定的情况下，可以考虑利用用户的手机的网络(4G/5G网络和蓝牙)和换电柜通信，完成整个换电流程。如果数据经过了手机，那么数据的安全性就可能会被手机中的恶意程序读取并且破坏，可能会形成恶意攻击，因此，如果保证数据安全性也是值得考虑的技术难点。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种蓝牙换电中的数据传输方法。

本发明蓝牙换电中的数据传输方法包括如下步骤：

S1：开始换电，换电柜利用本机的换电柜SN进行蓝牙广播；

S2：换电柜通过蓝牙获取智能设备的鉴权请求；

S3：换电柜鉴权通过，换电柜与智能设备建立蓝牙连接；

S4：换电柜通过智能设备与换电服务器进行数据交互，其中，换电柜根据蓝牙协议封装数据和解析数据，与智能设备通过蓝牙协议通信，智能设备与换电服务器通过TCP协议通信。

本发明作进一步改进，步骤S2和步骤S3中，所述智能设备的鉴权请求为：智能设备发送由换电服务器获取的该换电柜的通信密钥DODSN，所述换电柜验证所述通信密钥DODSN，验证通过，则蓝牙连接成功。

本发明作进一步改进，所述换电柜服务器内存有与对应的换电柜相同的加密密钥DSN，且每个换电柜的加密密钥DSN不同，所述通信密钥DODSN由所述加密密钥DSN生成。

本发明作进一步改进，所述换电柜采用蓝牙协议发送数据前，对数据进行加密，然后按照设定的蓝牙协议发送，所述换电柜设定的蓝牙通信协议定义如下：

其中，加密数据Token是根据byte数组中的数据长度DataLength，数据传输序列号DataTransferSeqNo，换电柜编码DeviceSn，数据信息RawData，进行加密生成，所述数据信息RawData是基于原TCP通信协议通信时的数据信息生成；协议标志位用于区分是蓝牙通信协议还是TCP通信协议；数据传输序列号DataTransferSeqNo和换电柜SN用于解密时数据验证。

本发明作进一步改进，所述换电柜或智能设备在传输数据前，采用shoco压缩算法对byte数组进行处理，shoco压缩算法的处理方法为：判断压缩之后的数组长度是否大于原始字符串，如果是，不做压缩处理，如果否，对原始字符串进行压缩处理，所述蓝牙协议中byte 1的第4位是否压缩是区分所述byte数组是否进行压缩。

本发明作进一步改进，步骤S4中，当所述换电柜收到智能设备发送的数据时，会进行数据验证，所述数据验证的处理方法为：

S41：根据蓝牙协议，解析对应的数据DataLength、Token、DataTransferSeqNo、DeviceSn、RawData；

S42：判断蓝牙协议中的压缩标志是否为1，如果是，解压RawData；

S43：根据生成加密数据Token的过程，计算解析后的加密数据Token对应的加密数据calToken，验证加密数据calToken是否和数据中的Token是否一致，如果不一致，说明数据有错误，验证失败，换电结束，如果一致，验证通过，执行步骤S44；

S44：根据RawData，解析TCP协议支持的Json字符串，得到TCP协议数据中的换电柜SN json.deviceSn和数据传输系列号jons.dataTransferSeqNo，验证它们是否和蓝牙协议数组中的换电柜DeviceSn，DataTransferSeqNo一致，如果不一致，验证失败，如果一致，验证成功，执行相应的命令。

本发明作进一步改进，包括换电柜、智能设备和换电服务端，所述智能设备分别与换电柜好换电服务端通信连接，其中，换电柜与智能设备通过蓝牙协议通信，智能设备与换电服务器通过TCP协议通信。

本发明作进一步改进，所述智能设备的换电处理过程为：

(1)智能设备向换电服务端发起换电流程，其中参数包括换电柜编码DeviceSn；

(2)判断是否收到换电服务端返回的换电柜对应的通信密钥DODSN，如果是，执行下一步，如果否，流程结束；

(3)智能设备利用所述通信密钥DODSN，尝试连接对应换电柜的蓝牙服务，如果没有找到，流程结束，如果找到，但是没有连接或者没有鉴权成功，提示用户流程结束，如果连接成功并鉴权成功，继续执行下一步；

(4)接收、处理并转发换电柜发出的同步时间命令，等换电服务器回复；

(5)如果没有收到换电服务端的同步时间命令响应和换电命令，提示用户，流程结束，否则继续；

(6)处理并转发换电服务端同步时间命令响应和换电命令给换电柜。

本发明作进一步改进，步骤(6)中，当换电柜收到同步时间命令响应和换电命令，验证命令是否有效，如果有效，开始执行对应的命令，否则返回智能设备失败消息，流程结束。

本发明作进一步改进，每个换电柜的加密密钥DSN不同，换电柜使用前，需要与换电柜服务器同步所述加密密钥DSN，使所述换电柜服务器内存有与对应的换电柜相同的加密密钥DSN，同步的过程为：

(1)换电柜在生产的时候，每个换电柜的控制器都会生成唯一的序列号DSN，所述DSN为原始密钥；

(2)根据原始密钥DSN生成通讯密钥DODSN，通过https数据接口将DSN，DODSN同步到换电服务端；

(3)设置换电柜编码DeviceSn，换电柜将换电柜编码DeviceSn通过https数据接口同步到换电服务端，同步后，换电柜编码对应的换电柜处于启用状态，如果换电柜编码对应的换电柜已经启用，那么数据同步失败。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：数据传输链路稳定性好，用户在换电的时候不会出现设备离线、数据发送或者接收超时的问题；兼容原来的通信协议并能够很好的控制数据的安全性，其中包括：

1.数据不可篡改。数据经过了严格加密和验证，有效避免数据被篡改之后进行攻击的情况；

2.防数据重放攻击。通过同步时间命令，能够保证数据重放攻击对于整个系统无效；

3.数据长度大幅降低，根据本领域的数据，采用了合适的压缩算法，压缩率可以达到3％，如果采用通用压缩算法，压缩率20％，实现了更小的数据长度。

另外由于数据采用了压缩算法，导致即使拿到数据，想破解和分析数据的难度大大增大。

附图说明

图1为现有技术通讯链路结构示意图；

图2为本发明换电系统通讯链路结构示意图；

图3为本发明换电柜数据传输方法路程图；

图4为本发明换电系统数据传输方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

如图2和图3所示，本发明的换电柜采用与手机蓝牙通信方式，实现换电，具体的，本例的换电柜的数据传输方法包括如下步骤：

S1：开始换电，换电柜利用本机的换电柜SN进行蓝牙广播；

S2：换电柜通过蓝牙获取智能设备的鉴权请求；

S3：换电柜鉴权通过，换电柜与智能设备建立蓝牙连接；

S4：换电柜通过智能设备与换电服务器进行数据交互，其中，换电柜根据蓝牙协议封装数据和解析数据，与智能设备通过蓝牙协议通信，智能设备与换电服务器通过TCP协议通信。

本例的智能设备也可以采用平板等支持App交互的其他智能设备，在正常换电的通信链路中，由于换电柜和换电服务端的通信是直接通过4G网络通信，这样数据被中间人篡改和重放的可能性比较小，但是由于在蓝牙换电通信链路中，数据会通过手机中转，这样对应的数据被篡改和重放攻击的可能性就大大增大，必须对蓝牙协议通讯做安全处理。换电服务端和用户手机一直用https通信，https就保证了基本的数据安全。

所以，本例的换电柜采用蓝牙协议发送数据前，对数据进行加密，然后按照设定的蓝牙协议发送，从而保证数据的安全性。

本例简单说明下现有技术通信采用的协议，也就是原有的协议，其特点如下：

1)基于TCP协议传输；

2)数据内容是json字符串，中间不含\n,\t等空白字符；

3)每次命令都有一个字段是数据传输序列号(DataTransferSeqNo，DSN),类型是int64，用来唯一标识在换电柜执行的命令id。

本例的数据内容是byte数组，新的蓝牙通信协议定义如下：

其中，所述加密数据Token是根据byte数组[数据长度DataLength，数据传输序列号DataTransferSeqNo，换电柜编码DeviceSn，数据信息RawData]进行加密生成，加密算法可以采用现有的加密算法，比如：sha256加密算法。所述数据信息RawData是基于原TCP通信协议通信时的数据信息生成。

本例的蓝牙协议中的byte 4-35为加密数据Token，也即是说，在传输前，会对数据进行加密处理。本例的加密操作会同时发生在换电柜服务端和换电柜中，对应的加密算法是一致的。从而保证数据在传输过程中，保证安全的同时，能够有效的被识别。

本例的生成加密数据Token的生成方法为：

1)根据原有协议生成对应的数据信息RawData(可以是压缩或者不压缩)，其中里面包含了换电柜SN(DeviceSn)，数据传输序列号DataTransferSeqNo和数据信息长度RawDataLength；

2)计算整个包的数据长度DataLength＝RawDataLength+72，其中72包含了固定头的信息(Token，DataTransferSeqNo，DeviceSn)；

3)如果是服务端，根据DeviceSn可以找到对应的DODSN和DSN；

4)生成byte数组UnEncryptedData，其中包括[DSN，DataLength,DataTransferSeqNo,DeviceSn,RawData]，利用sha256算法计算加密数据Token。

构造本发明的蓝牙协议是兼容原有协议的，并且保证加密和解密的安全性。本发明蓝牙协议的创新点如下：

(1)协议标志位是byte数组的最高位，协议标志位用于区分是蓝牙通信协议还是TCP通信协议；由于原来的json数据都是ASCII字符，对应的值都是最高位为0的数据，本例将最高位设置为1，那么就可以知道这个数据和原来的不一样，容易区分。

(2)增加了压缩位来标识出数据是否经过压缩，用于决定是否解压数据部分；

(3)增加了协议版本号的字段，方便后面的协议升级，4个bit，可以有16个版本，当前版本是2；

(4)增加数据传输序列号和换电柜SN字段，主要是为了解密的时候对于数据验证，如果解密之后对应的数据中，这两个字段不一致，会认为数据有误，不会执行。

所述换电柜或智能设备在传输数据前，采用压缩算法对byte数组进行处理，从而降低通信开销，由于本例的byte数组与TCP协议数据不同，本例基本都是字母和数字，对比了几种压缩算法，本例优选shoco压缩算法，基本上可以把一次完整上报的数据压缩到原来长度的3％。Shoco压缩算法项目的详细介绍可以参考网站，网站地址：http://ed-von-schleck.github.io/shoco/。

本例的压缩算法最大的优势是：如果发现压缩之后的长度大于原始字符串的时候，就不会压缩，这样有效的处理了短字符串的压缩，至少保证和原来长度一致，降低了最坏情况的压缩数据长度。所述蓝牙协议中byte 1的第4位是否压缩是区分所述byte数组是否进行压缩。Byte数组中，数据信息RawData默认是压缩的，优选Shoco压缩算法，从而能够起到部分内容加密的功能，保证数据的安全性。

在步骤S4中，当所述换电柜收到智能设备发送的数据时，会进行数据验证，所述数据验证的处理方法为：

S41：根据蓝牙协议，解析对应的数据DataLength、Token、DataTransferSeqNo、DeviceSn、RawData；

S42：判断蓝牙协议中的压缩标志是否为1，如果是，解压RawData；

S43：根据生成加密数据Token的过程，计算解析后的加密数据Token对应的加密数据calToken，验证加密数据calToken是否和数据中的Token是否一致，如果不一致，说明数据有错误，验证失败，换电结束，如果一致，验证通过，执行步骤S44；

S44：根据RawData，解析TCP协议支持的Json字符串，得到TCP协议数据中的换电柜SN json.deviceSn和数据传输系列号jons.dataTransferSeqNo，验证它们是否和蓝牙协议数组中的换电柜DeviceSn，DataTransferSeqNo一致，如果不一致，验证失败，如果一致，验证成功，执行相应的命令。

同样，换电服务端也会采用步骤S43-S44的验证方法对通过手机端收到的换电柜数据进行验证，如果验证通过，就返回命令，如果验证失败，换电结束，并通知手机端。

如图4所示，本例的换电系统包括相互配合的换电柜、智能设备和换电服务端，所述智能设备分别与换电柜好换电服务端通信连接，其中，换电柜与智能设备通过蓝牙协议通信，智能设备与换电服务器通过TCP协议通信。

本例的换电系统的换电过程为：

(1)开始换电，智能设备向换电服务端发起换电流程，其中参数包括换电柜编码DeviceSn；

(2)换电服务端判断是使用蓝牙通信还是4G通信换电，如果是蓝牙通信，返回手机端换电柜对应的DODSN；

(3)判断是否收到换电服务端返回的换电柜对应的通信密钥DODSN，如果是，执行下一步，如果否，流程结束；

(4)智能设备利用所述通信密钥DODSN，尝试连接对应换电柜的蓝牙服务，如果没有找到，流程结束，如果找到，但是没有连接或者没有鉴权成功，提示用户流程结束，如果连接成功并鉴权成功，继续执行下一步；

(4)换电柜将同步时间命令及可以换电的数据转换成蓝牙协议支持的数组，加密后通过蓝牙发送给手机；

(5)手机将数据换换为TCP协议数据，再转发将数据转发给换电服务端等换电服务器回复；

(6)换电服务端验证数据，如果没有问题，则返回同步时间命令响应和换电命令，如果设定时间内没有收到换电服务端的同步时间命令响应和换电命令，提示用户，流程结束，否则继续；

(7)手机收到换电服务端返回的同步时间命令响应和换电命令，将其转换为蓝牙协议支持的数据格式，然后转发给换电柜；

(8)换电柜收到同步时间命令响应和换电命令，验证命令是否有效，如果有效，开始执行对应的命令，否则返回智能设备失败消息，流程结束。

本例的数据经过了严格加密和验证，有效避免数据被篡改之后进行攻击的情况，从而保证数据在传输过程中不可篡改。

此外，通过同步时间，能够保证数据重放攻击对于整个系统无效，能有效抵御数据重放攻击。

本例每个换电柜的加密密钥DSN不同，换电柜使用前，需要与换电柜服务器同步所述加密密钥DSN，使所述换电柜服务器内存有与对应的换电柜相同的加密密钥DSN，同步的过程为：

(1)换电柜在生产的时候，每个换电柜的控制器都会生成唯一的序列号DSN，所述DSN为原始密钥；

(2)根据原始密钥DSN生成通讯密钥DODSN，通过https数据接口将DSN，DODSN同步到换电服务端；

(3)设置换电柜编码DeviceSn，换电柜将换电柜编码DeviceSn通过https数据接口同步到换电服务端，同步后，换电柜编码对应的换电柜处于启用状态，如果换电柜编码对应的换电柜已经启用，那么说明换电柜和换电服务端已经同步完成，本次数据同步失败。

以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种蓝牙换电中的数据传输方法，其特征在于,包括如下步骤：

S1：开始换电，换电柜利用本机的换电柜SN进行蓝牙广播；

S2：换电柜通过蓝牙获取智能设备的鉴权请求；

S3：换电柜鉴权通过，换电柜与智能设备建立蓝牙连接；

S4：换电柜通过智能设备与换电服务器进行数据交互，其中，换电柜根据蓝牙协议封装数据和解析数据，与智能设备通过蓝牙协议通信，智能设备与换电服务器通过TCP协议通信。

2.根据权利要求1所述的蓝牙换电中的数据传输方法，其特征在于：步骤S2和步骤S3中，所述智能设备的鉴权请求为：智能设备发送由换电服务器获取的该换电柜的通信密钥DODSN，所述换电柜验证所述通信密钥DODSN，验证通过，则蓝牙连接成功。

3.根据权利要求2所述的蓝牙换电中的数据传输方法，其特征在于：所述换电柜服务器内存有与对应的换电柜相同的加密密钥DSN，且每个换电柜的加密密钥DSN不同，所述通信密钥DODSN由所述加密密钥DSN生成。

4.根据权利要求3所述的蓝牙换电中的数据传输方法，其特征在于：所述换电柜采用蓝牙协议发送数据前，对数据进行加密，然后按照设定的蓝牙协议发送，所述换电柜设定的蓝牙通信协议定义如下：

其中，加密数据Token是根据byte数组中的数据长度DataLength，数据传输序列号DataTransferSeqNo，换电柜编码DeviceSn，数据信息RawData，进行加密生成，所述数据信息RawData是基于原TCP通信协议通信时的数据信息生成；协议标志位用于区分是蓝牙通信协议还是TCP通信协议；数据传输序列号DataTransferSeqNo和换电柜SN用于解密时数据验证。

5.根据权利要求4所述的蓝牙换电中的数据传输方法，其特征在于：所述换电柜或智能设备在传输数据前，采用shoco压缩算法对byte数组进行处理，shoco压缩算法的处理方法为：判断压缩之后的数组长度是否大于原始字符串，如果是，不做压缩处理，如果否，对原始字符串进行压缩处理，所述蓝牙协议中byte 1的第4位是否压缩是区分所述byte数组是否进行压缩。

6.根据权利要求5所述的蓝牙换电中的数据传输方法，其特征在于：步骤S4中，当所述换电柜收到智能设备发送的数据时，会进行数据验证，所述数据验证的处理方法为：

S41：根据蓝牙协议，解析对应的数据DataLength、Token、DataTransferSeqNo、DeviceSn、RawData；

S42：判断蓝牙协议中的压缩标志是否为1，如果是，解压RawData；

S43：根据生成加密数据Token的过程，计算解析后的加密数据Token对应的加密数据calToken，验证加密数据calToken是否和数据中的Token是否一致，如果不一致，说明数据有错误，验证失败，换电结束，如果一致，验证通过，执行步骤S44；

S44：根据RawData，解析TCP协议支持的Json字符串，得到TCP协议数据中的换电柜SNjson.deviceSn和数据传输系列号jons.dataTransferSeqNo，验证它们是否和蓝牙协议数组中的换电柜DeviceSn，DataTransferSeqNo一致，如果不一致，验证失败，如果一致，验证成功，执行相应的命令。

7.一种实现权利要求1-5任一项所述的蓝牙换电中的数据传输方法的换电系统，其特征在于：包括换电柜、智能设备和换电服务端，所述智能设备分别与换电柜好换电服务端通信连接，其中，换电柜与智能设备通过蓝牙协议通信，智能设备与换电服务器通过TCP协议通信。

8.根据权利要求7所述的换电系统，其特征在于：所述智能设备的换电处理过程为：

(1)智能设备向换电服务端发起换电流程，其中参数包括换电柜编码DeviceSn；

(2)判断是否收到换电服务端返回的换电柜对应的通信密钥DODSN，如果是，执行下一步，如果否，流程结束；

(3)智能设备利用所述通信密钥DODSN，尝试连接对应换电柜的蓝牙服务，如果没有找到，流程结束，如果找到，但是没有连接或者没有鉴权成功，提示用户流程结束，如果连接成功并鉴权成功，继续执行下一步；

(4)接收并转发换电柜发出的同步时间命令，等换电服务器回复；

(5)如果没有收到换电服务端的同步时间命令响应和换电命令，提示用户，流程结束，否则继续；

(6)转发换电服务端同步时间命令响应和换电命令给换电柜。

9.根据权利要求8所述的蓝牙换电中的数据传输方法，其特征在于：步骤(6)中，当换电柜收到同步时间命令响应和换电命令，验证命令是否有效，如果有效，开始执行对应的命令，否则返回智能设备失败消息，流程结束。

10.根据权利要求7所述的蓝牙换电中的数据传输方法，其特征在于：每个换电柜的加密密钥DSN不同，换电柜使用前，需要与换电柜服务器同步所述加密密钥DSN，使所述换电柜服务器内存有与对应的换电柜相同的加密密钥DSN，同步的过程为：

(1)换电柜在生产的时候，每个换电柜的控制器都会生成唯一的序列号DSN，所述DSN为原始密钥；

(2)根据原始密钥DSN生成通讯密钥DODSN，通过https数据接口将DSN，DODSN同步到换电服务端；

(3)设置换电柜编码DeviceSn，换电柜将换电柜编码DeviceSn通过https数据接口同步到换电服务端，同步后，换电柜编码对应的换电柜处于启用状态，如果换电柜编码对应的换电柜已经启用，那么数据同步失败。

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