CN112383917A - 一种基于商密算法的北斗安全通信方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于商密算法的北斗安全通信方法和系统。包括：初始化连接；终端与服务端进行密钥协商，如协商成功进行加密通信，终端发送其设备信息至服务端，以对终端进行身份认证，如认证成功进行加密通信，如加密通信成功，继续对应用程序进行加密通信，否则过程结束。本发明通过设置北斗短报文通信系统及其对应的通信终端、安全接入方式实现基于北斗短报文通信方式的传输；通过信息加密安全、通道安全和终端认证等多方面的安全防护单元的设计来保证安全通信；结合管理措施防范从外部监听发起对业务终端的攻击。信息加密安全对风险进行针对性的设计，防止数据被他人截获和监听，保证安全传输。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于商密算法的北斗安全通信方法和系统。
背景技术
电力企业泛指国家电网相关的电力生产和电力管理企业，包含各个省市的供电单位和电力管理单位；近年来，为了解决偏于地区的电力数据传输问题，基于北斗卫星的电力传输数据运用而生。但是，电力数据传输安全性非常重要，安全防护技术对于电力企业的生产控制大区和管理信息大区尤为重要，为防止被不法人员监听篡改电力数据，所以需要研究一种新型的加密技术。随着北斗短报文通信技术的民用推广，以及北斗技术的战略重要性的增加，设计基于北斗短报文通信方式的电力数据传输安全防护系统非常重要，一方面北斗短报文通信可以不受地理环境的限制，另一方面，北斗技术的战略重要性和固有的优势也能够让电力数据传输的安全防护达到更优的效果。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于商密算法的北斗安全通信方法和系统。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
在第一方面，本发明提供了一种基于商密算法的北斗安全通信方法，包括以下步骤：
步骤1：初始化连接；
步骤2，终端与服务端进行密钥协商，如协商成功则进入步骤3，否则过程结束，重新进行步骤1；
步骤3，终端与服务端进行加密通信，终端发送其设备信息至服务端，以对终端进行身份认证，如认证成功则进入步骤4，否则过程结束，重新进行步骤1；
步骤4，客户端应用程序进行加密通信，如加密通信成功，继续对应用程序进行加密通信，否则过程结束，重新进行步骤1。
进一步的，所述密钥协商包括以下步骤：
步骤201：获取终端ID1、北斗时间T1、位置信息L1和设备状态信息S1，产生初始包序号N1，产生一个随机数R1；有M1＝N1|T1|L1|S1；
步骤202：使用预置密钥K1使用KDF产生认证密钥Ka：Ka＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)；使用HMAC算法对T1、R1和消息M1计算H1＝HMAC(Ka，ID1|R1|M1)；
步骤203：做信息私密性保护：使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID1|R1)，使用Kp对消息M，H进行加密；C1＝Encrypt(Kp，M|H)；
步骤204：将包含ID的包头、R1|C1发送服务端；
步骤205：服务端收到包含ID的包头、R1|C1，通过ID查找终端的预置密钥K1；
步骤206：服务端解密隐私信息，使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID|R1)；
步骤207，服务端解密密文C1，得出消息M|H，M1|H1＝Decrypt(C，Kp)得到M1＝N1|T1|L1|S1；
步骤208，服务端使用KDF产生认证密钥Ka’：Ka’＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)使用HMAC算法对T1、R1和消息M1计算H1’＝HMAC(Ka’，ID1|R1|M1)，判断H1’是否等于收到的H1，是，则协商成功；
步骤209：服务端发送协商结果至终端，同时，按照终端发送的报文格式，发送服务端的协商包。
在第二方面，本发明提供了一种基于商密算法的北斗安全通信系统，包括终端和服务端，所述终端在初始化连接后与服务端进行密钥协商，在密钥协商成功后发送其设备信息至服务端，以对终端进行身份认证，在身份认证成功以后再进行后续的数据加密通信。
进一步的，所述密钥协商包括：获取终端ID1、北斗时间T1、位置信息L1和设备状态信息S1，产生初始包序号N1，产生一个随机数R1；有M1＝N1|T1|L1|S1，使用预置密钥K1使用KDF产生认证密钥Ka：Ka＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)，做信息私密性保护：使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID1|R1)，使用Kp对消息M，H进行加密；C1＝Encrypt(Kp，M|H)，将包含ID的包头、R1|C1发送服务端；
服务端收到包含ID的包头、R1|C1，通过ID查找终端的预置密钥K1，服务端解密隐私信息，使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID|R1)，解密密文C1，得出消息M|H，M1|H1＝Decrypt(C，Kp)得到M1＝N1|T1|L1|S1，使用KDF产生认证密钥Ka’：Ka’＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)使用HMAC算法对T1、R1和消息M1计算H1’＝HMAC(Ka’，ID1|R1|M1)，判断H1’是否等于收到的H1，是，则协商成功，服务端发送协商结果至终端，同时，按照终端发送的报文格式，发送服务端的协商包。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明通过设置北斗短报文通信系统及其对应的通信终端、安全接入方式实现基于北斗短报文通信方式的传输；
2、通过信息加密安全、通道安全和终端认证等多方面的安全防护单元的设计来保证安全通信；结合管理措施防范从外部监听发起对业务终端的攻击。
3、信息加密安全对风险进行针对性的设计，防止数据被他人截获和监听，保证安全传输。
附图说明
图1是基于商密算法的北斗安全通信方法流程示意图；
图2是基于商密算法的北斗安全通信系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1和2所示，本申请的基于商密算法的北斗安全通信方法，包括以下步骤：
步骤1：初始化连接。
步骤2，终端与服务端进行密钥协商，如协商成功则进入步骤3，否则过程结束，重新进行步骤1。
其中，密钥协商包括以下步骤：
步骤201：获取终端ID1、北斗时间T1、位置信息L1和设备状态信息S1，产生初始包序号N1，产生一个随机数R1；有M1＝N1|T1|L1|S1。M1的作用使N1、T1、L1、S1融成一个有自己传递格式的消息。
步骤202：使用预置密钥K1使用KDF产生认证密钥Ka：Ka＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)；使用HMAC算法对T1、R1和消息M1计算H1＝HMAC(Ka，ID1|R1|M1)，(即使用KEY对消息M计算HMAC)；
步骤203：做信息私密性保护(部分信息隐藏)：使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，D1|R1)，使用Kp对消息M，H进行加密；C1＝Encrypt(Kp，M|H)；
步骤204：将包含ID的包头、R1|C1发送服务端。
步骤205：服务端收到包含ID的包头、R1|C1，通过ID查找终端的预置密钥K1。
步骤206：服务端解密隐私信息，使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID|R1)。
步骤207，服务端解密密文C1，得出消息M|H，M1|H1＝Decrypt(C，Kp)得到M1＝N1|T1|L1|S1。
步骤208，服务端使用KDF产生认证密钥Ka’：Ka’＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)使用HMAC算法对T1、R1和消息M1计算H1’＝HMAC(Ka’，ID1|R1|M1)，判断H1’是否等于收到的H1，是，则协商成功。
步骤209：服务端发送协商结果至终端，同时，按照终端发送的报文格式，发送服务端的协商包。
步骤3，终端与服务端进行加密通信，终端发送其设备信息至服务端，以对终端进行身份认证，如认证成功则进入步骤4，否则过程结束，重新进行步骤1。
步骤4，客户端应用程序进行加密通信，如加密通信成功，继续对应用程序进行加密通信，否则过程结束，重新进行步骤1。
进而，本安全通信协议的客户端在建立初始化连接之后，需要立即与服务端进行基于SM2算法和SM3算法的会话密钥协商，只有协商好会话密钥之后，才能进行后续的数据加密通信，在密钥协商完成之前，不得进行任何其他数据信息(非密钥协商的数据信息)的发送，否则，初始化连接将被关闭。
如图2所示，基于以上实施例，本领域技术人员可以理解，本发明还提供了一种基于商密算法的北斗安全通信系统，该系统包括终端和服务端，终端在初始化连接后与服务端进行密钥协商，在密钥协商成功后发送其设备信息至服务端，以对终端进行身份认证，在身份认证成功以后再进行后续的数据加密通信。
具体的，本发明实施例的密钥协商包括：获取终端ID1、北斗时间T1、位置信息L1和设备状态信息S1，产生初始包序号N1，产生一个随机数R1；有M1＝N1|T1|L1|S1，使用预置密钥K1使用KDF产生认证密钥Ka：Ka＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)，做信息私密性保护：使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID1|R1)，使用Kp对消息M，H进行加密；C1＝Encrypt(Kp，M|H)，将包含ID的包头、R1|C1发送服务端。
服务端收到包含ID的包头、R1|C1，通过ID查找终端的预置密钥K1，服务端解密隐私信息，使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID|R1)，解密密文C1，得出消息M|H，M1|H1＝Decrypt(C，Kp)得到M1＝N1|T1|L1|S1，使用KDF产生认证密钥Ka’：Ka’＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)使用HMAC算法对T1、R1和消息M1计算H1’＝HMAC(Ka’，ID1|R1|M1)，判断H1’是否等于收到的H1，是，则协商成功，服务端发送协商结果至终端，同时，按照终端发送的报文格式，发送服务端的协商包。
进而，本安全通信协议的客户端在建立初始化连接之后，需要立即与服务端进行基于SM2算法和SM3算法的会话密钥协商，只有协商好会话密钥之后，才能进行后续的数据加密通信，在密钥协商完成之前，不得进行任何其他数据信息(非密钥协商的数据信息)的发送，否则，初始化连接将被关闭。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于商密算法的北斗安全通信方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：初始化连接；
步骤2，终端与服务端进行密钥协商，如协商成功则进入步骤3，否则过程结束，重新进行步骤1；
步骤3，终端与服务端进行加密通信，终端发送其设备信息至服务端，以对终端进行身份认证，如认证成功则进入步骤4，否则过程结束，重新进行步骤1；
步骤4，客户端应用程序进行加密通信，如加密通信成功，继续对应用程序进行加密通信，否则过程结束，重新进行步骤1。
2.根据权利要求1所述的基于商密算法的北斗安全通信方法，其特征在于：所述密钥协商包括以下步骤：
步骤201：获取终端ID1、北斗时间T1、位置信息L1和设备状态信息S1，产生初始包序号N1，产生一个随机数R1；有M1＝N1|T1|L1|S1；
步骤202：使用预置密钥K1使用KDF产生认证密钥Ka：Ka＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)，使用HMAC算法对T1、R1和消息M1计算H1＝HMAC(Ka，ID1|R1|M1)；
步骤203：做信息私密性保护：使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1,ID1|R1)，使用Kp对消息M，H进行加密；C1＝Encrypt(Kp，M|H)；
步骤204：将包含ID的包头、R1|C1发送服务端；
步骤205：服务端收到包含ID的包头、R1|C1，通过ID查找终端的预置密钥K1；
步骤206：服务端解密隐私信息，使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID|R1)；
步骤207，服务端解密密文C1，得出消息M|H，M1|H1＝Decrypt(C，Kp)得到M1＝N1|T1|L1|S1；
步骤208，服务端使用KDF产生认证密钥Ka’：Ka’＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)使用HMAC算法对T1、R1和消息M1计算H1’＝HMAC(Ka’，ID1|R1|M1)，判断H1’是否等于收到的H1，是，则协商成功；
步骤209：服务端发送协商结果至终端，同时，按照终端发送的报文格式，发送服务端的协商包。
3.一种基于商密算法的北斗安全通信系统，包括终端和服务端，其特征在于：所述终端在初始化连接后与服务端进行密钥协商，在密钥协商成功后发送其设备信息至服务端，以对终端进行身份认证，在身份认证成功以后再进行后续的数据加密通信。
4.根据权利要求3所述的基于商密算法的北斗安全通信系统，其特征在于：所述密钥协商包括：获取终端ID1、北斗时间T1、位置信息L1和设备状态信息S1，产生初始包序号N1，产生一个随机数R1；有M1＝N1|T1|L1|S1，使用预置密钥K1使用KDF产生认证密钥Ka：Ka＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)，做信息私密性保护：使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID1|R1)，使用Kp对消息M，H进行加密；C1＝Encrypt(Kp，M|H)，将包含ID的包头、R1|C1发送服务端；
服务端收到包含ID的包头、R1|C1，通过ID查找终端的预置密钥K1，服务端解密隐私信息，使用预置密钥K1产生保护密钥Kp：Kp＝KDF(K1，ID|R1)，解密密文C1，得出消息M|H，M1|H1＝Decrypt(C，Kp)得到M1＝N1|T1|L1|S1，使用KDF产生认证密钥Ka’：Ka’＝KDF(K1，ID1|R1|N1|T1)使用HMAC算法对T1、R1和消息M1计算H1’＝HMAC(Ka’，ID1|R1|M1)，判断H1’是否等于收到的H1，是，则协商成功，服务端发送协商结果至终端，同时，按照终端发送的报文格式，发送服务端的协商包。
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