CN112613030A - 一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法及系统 - Google Patents

一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法及系统，包括：安全认证平台获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值；在物联网燃气表MCU程序每次运行前，物联网燃气表MCU将当前物联网燃气表MCU程序发送至安全芯片；安全芯片根据签名值以及平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行。本发明根据初始物联网燃气表MCU程序生成签名值，通过签名值对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，实现物联网燃气表MCU程序的可信安全启动，保证了物联网燃气表内的MCU程序的完整性不被破坏。

Description

一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法及系统
技术领域
本发明涉及燃气技术领域，尤其涉及的是一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法及系统。
背景技术
物联网燃气表是在现有物联网技术的基础上发展起来的新型智能燃气表，需要将远程传输技术与互联网技术相结合使用才能完成数据交换。物联网燃气表需要实时、安全、有效的交换路径来实现与燃气公司的售气管理系统进行数据交换，完成相关的远程抄表，远程充值，远程控制以及燃气表实时连接互联网络等功能。
物联网燃气表MCU程序是实现物联网燃气表各项功能的基础，现有物联网燃气表MCU程序启动时缺失信息安全确认，无主动防御功能，容易被黑客入侵燃气表系统，导致燃气表系统出现无法自主可控的风险。
因此，现有技术还有待改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法及系统，旨在解决现有物联网燃气表MCU程序启动时缺失信息安全确认，无主动防御功能，容易被黑客入侵燃气表系统，导致燃气表系统出现无法自主可控的问题。
本发明解决问题所采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其中，应用于基于物联网燃气表的可信安全启动系统，所述可信安全启动系统包括物联网燃气表及所述物联网燃气表连接的安全认证平台，所述物联网燃气表包括与所述安全认证平台连接的安全芯片，与所述安全芯片连接的物联网燃气表MCU，所述可信安全启动方法包括：
所述安全认证平台获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值，并将所述签名值以及预先存储的平台公钥发送至所述安全芯片进行存储；
在物联网燃气表MCU程序每次运行前，所述物联网燃气表MCU将当前物联网燃气表MCU程序发送至所述安全芯片；
所述安全芯片根据所述签名值以及所述平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其中，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的加密机，所述安全认证平台根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值的步骤包括：
所述安全认证平台调用所述加密机中预先存储的标准国密签名算法，根据所述标准国密签名算法和预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其中，所述安全芯片根据所述签名值以及所述平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证的步骤包括：
所述安全芯片调用标准国密验签算法，并根据所述标准国密验签算法、所述平台公钥以及所述签名值对当前物联网燃气表MCU程序进行验证。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其中，所述标准国密签名算法和所述标准国密验签算法为SM2非对称加密算法。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其中，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的IoT平台，所述物联网燃气表还包括与所述安全芯片连接的通信模块，所述安全认证平台和所述安全芯片通过所述IoT平台和所述通信模块连接，所述可信安全启动方法还包括：
当验证失败后，所述安全芯片产生安全警告信息，并通过所述通信模块和所述IoT平台将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台。
第二方面，本发明实施还提供一种基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其中，所述可信安全启动系统包括物联网燃气表及所述物联网燃气表连接的安全认证平台，所述物联网燃气表包括与所述安全认证平台连接的安全芯片，与所述安全芯片连接的物联网燃气表MCU；
所述安全认证平台用于获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值，并将所述签名值以及预先存储的平台公钥发送至所述安全芯片进行存储；
所述物联网燃气表MCU用于在物联网燃气表MCU程序每次运行前，将当前物联网燃气表MCU程序发送至所述安全芯片；
所述安全芯片用于根据所述签名值以及所述平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其中，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的加密机，所述加密机内存储有供所述安全认证平台调用的标准国密签名算法；所述安全认证平台用于调用所述标准国密签名算法，根据所述标准国密签名算法和预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其中，所述安全芯片内存储有标准国密验签算法，所述安全芯片用于调用所述标准国密验签算法，并根据所述标准国密验签算法、所述平台公钥以及所述签名值对当前物联网燃气表MCU程序进行验证；其中，所述标准国密签名算法和所述标准国密验签算法为SM2非对称加密算法。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其中，所述安全芯片还用于在所述当前物联网燃气表MCU程序验证失败时，产生警告信息，并将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其中，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的IoT平台，所述物联网燃气表还包括与所述安全芯片连接的通信模块，所述安全认证平台和所述安全芯片通过所述IoT平台和所述通信模块连接；
所述IoT平台和所述通信模块用于将所述签名值以及所述平台公钥发送至所述安全芯片进行存储，以及将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台。
本发明的有益效果：本发明实施例首先安全认证平台获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值，并将签名值以及预先存储的平台公钥发送至安全芯片进行存储，然后，在物联网燃气表MCU程序每次运行前，物联网燃气表MCU将当前物联网燃气表MCU程序发送至所述安全芯片，最后，安全芯片根据签名值以及平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行。本实施例中根据初始物联网燃气表MCU程序生成签名值，物联网燃气表MCU程序每次运行前，通过签名值以及平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，实现物联网燃气表MCU程序的可信安全启动，提高了物联网燃气表MCU程序启动的安全性，保证了物联网燃气表内的MCU程序的完整性不被破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于物联网燃气表的可信安全启动系统的功能原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。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。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
物联网燃气表MCU程序是实现物联网燃气表各项功能的基础，现有物联网燃气表MCU程序启动时缺失信息安全确认，无主动防御功能，容易被黑客入侵燃气表系统，导致燃气表系统出现无法自主可控的风险。
可信启动即基于数字签名对可信链依次进行完整性验证，验证通过后才进行程序启动。近年来，随着物联网的蓬勃发展，物联网燃气表得到广泛应用，但现有燃气物联网行业中尚未存在相关物联网燃气表内的可信安全启动方式的应用。
为了解决现有技术的问题，本实施例提供了一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法，通过所述方法可以实现物联网燃气表MCU程序的可信安全启动，提高了物联网燃气表MCU程序启动的安全性，保证了物联网燃气表内的MCU程序的完整性不被破坏。具体实施时，首先安全认证平台获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值，并将签名值以及预先存储的平台公钥发送至安全芯片进行存储，然后，在物联网燃气表MCU程序每次运行前，物联网燃气表MCU将当前物联网燃气表MCU程序发送至所述安全芯片，最后，安全芯片根据签名值以及平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行，因此，根据初始物联网燃气表MCU程序生成签名值，物联网燃气表MCU程序每次运行前，通过签名值和平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，实现物联网燃气表MCU程序的可信安全启动，提高了物联网燃气表MCU程序启动的安全性，保证了物联网燃气表内的MCU程序的完整性不被破坏。
示例性方法
本实施例提供一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法，该方法可以应用于基于物联网燃气表的可信安全启动系统。具体如图1所示，所述方法包括：
步骤S100、所述安全认证平台获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值，并将所述签名值以及预先存储的平台公钥发送至所述安全芯片进行存储。
具体地，本实施例中的基于物联网燃气表的可信安全启动方法应用于基于物联网燃气表的可信安全启动系统，所述基于物联网燃气表的可信安全启动系统包括物联网燃气表及所述物联网燃气表连接的安全认证平台，所述物联网燃气表包括与所述安全认证平台连接的安全芯片，与所述安全芯片连接的物联网燃气表MCU，所述安全芯片的型号为国民技术Nation N32S032系列。
为了实现物联网燃气表内的可信安全启动，本实施例中预先将初始物联网燃气表MCU程序导入安全认证平台，所述初始物联网燃气表MCU程序是经过确认的完整真实的物联网燃气表MCU程序，初始物联网燃气表MCU程序通过线下外部设备导入安全认证平台，如安全USB等。所述安全认证平台中拥有一对平台公私钥，其获取到初始物联网燃气表MCU程序后，通过平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值。然后通过串口通信的方式将所述签名值以及平台公钥发送至安全芯片进行存储，以便后续物联网燃气表MCU程序运行时，安全芯片对物联网燃气表MCU程序执行可信安全启动。
在一具体实施方式中，步骤S100中所述安全认证平台根据预先存储的平台私钥对真实的物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值的步骤包括：
S110、所述安全认证平台调用所述加密机中预先存储的标准的国密签名算法，根据所述签名算法和预先存储的平台私钥对真实的物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值。
具体地，本实施例中的可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的加密机，所述加密机中预先存储有供安全认证平台对初始物联网燃气表MCU程序进行签名的标准国密签名算法。安全认证平台获取到初始物联网燃气表MCU程序后，调用所述加密机中的标准国密签名算法，并根据所述标准国密签名算法和预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值。
在一具体实施例中，为了加快物联网燃气表MCU程序的可信安全启动过程，本实施例中对初始物联网燃气表MCU程序进行签名具体是对初始物联网燃气表MCU程序中的flash文件进行签名，即安全认证平台获取初始物联网燃气表MCU程序对应的初始flash文件，调用加密机中的标准国密签名算法，并根据所述标准国密签名算法和预先存储的平台私钥对初始flash文件进行签名，生成签名值。
步骤S200、在物联网燃气表MCU程序每次运行前，所述物联网燃气表MCU将当前物联网燃气表MCU程序发送至所述安全芯片。
具体地，当前物联网燃气表MCU程序为当前物联网燃气表需要运行的MCU程序，物联网燃气表每次需要运行物联网燃气表MCU程序时，都需要将其当前的物联网燃气表MCU程序发送至安全芯片进行验证，以便物联网燃气表每次运行的MCU程序都是完整正确的，从而保证了物联网燃气表内的MCU程序的完整性不被破坏。
步骤S300、所述安全芯片根据所述签名值以及所述平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行。
具体地，当安全芯片接收到物联网燃气表MCU发送的当前物联网燃气表MCU程序后，根据安全认证平台生成的签名值以及平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，验证通过，则表明当前需要运行的物联网燃气表MCU程序为完整正确的MCU程序，授权当前物联网燃气表MCU程序运行。
在一具体实施例中，步骤S300中所述安全芯片根据所述签名值以及所述平台公钥对当前的物联网燃气表MCU程序进行验证的步骤包括：
步骤S310、所述安全芯片调用标准国密验签算法，并根据所述标准国密验签算法、所述平台公钥以及所述签名值对当前物联网燃气表MCU程序进行验证。
具体地，安全芯片中预先存储有标准国密验签算法，安全芯片接收到物联网燃气表MCU发送的当前物联网燃气表MCU程序后，调用自身的标准国密验签算法，并根据所述标准国密验签算法、所述平台公钥以及所述签名值对当前物联网燃气表MCU程序进行验证。在一具体实施例中，所述标准国密签名算法和所述标准国密验签算法为SM2非对称加密算法。
在一具体实施方式中，所述可信安全启动方法还包括：
步骤S400、当验证失败后，所述安全芯片产生安全警告信息，并通过所述通信模块和所述IoT平台将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台。
具体地，本实施例中所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的IoT平台，所述物联网燃气表还包括与所述安全芯片连接的通信模块，所述安全认证平台和所述安全芯片通过所述IoT平台和所述通信模块连接。当前物联网燃气表MCU程序验证失败后，安全芯片产生安全警告信息，并通过所述通信模块和所述IoT平台将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台。
进一步地，前述步骤中安全认证平台将签名值以及预先存储的平台公钥发送至安全芯片进行存储，也是通过IoT平台和通信模块进行发送，从而提高物联网燃气表MCU程序启动的安全性。
示例性设备
基于上述实施例，本发明还提供了一种基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其原理框图可以如图2所示。该可信安全启动系统包括物联网燃气表及所述物联网燃气表连接的安全认证平台100，所述物联网燃气表包括与所述安全认证平台100连接的安全芯片200，与所述安全芯片200连接的物联网燃气表MCU 300。
所述安全认证平台100用于获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值，并将所述签名值以及预先存储的平台公钥发送至所述安全芯片200进行存储；具体如方法实施例所示。
所述物联网燃气表MCU 300用于在物联网燃气表MCU程序每次运行前，将当前物联网燃气表MCU程序发送至所述安全芯片200；具体如方法实施例所示。
所述安全芯片200用于根据所述签名值以及所述平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行；具体如方法实施例所述。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其中，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台100连接的加密机400，所述加密机400内存储有供所述安全认证平台100调用的标准国密签名算法；所述安全认证平台100用于调用所述标准国密签名算法，根据所述标准国密签名算法和预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值；具体如方法实施例所述。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其中，所述安全芯片200内存储有标准国密验签算法，所述安全芯片200用于调用所述标准国密验签算法，并根据所述标准国密验签算法、所述平台公钥以及所述签名值对当前物联网燃气表MCU程序进行验证；其中，所述标准国密签名算法和所述标准国密验签算法为SM2非对称加密算法；具体如方法实施例所述。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其中，所述安全芯片200还用于在所述当前物联网燃气表MCU程序验证失败时，产生警告信息，并将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台100；具体如方法实施例所述。
所述的基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其中，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台100连接的IoT平台500，所述物联网燃气表还包括与所述安全芯片200连接的通信模块600，所述安全认证平台100和所述安全芯片200通过所述IoT平台500和所述通信模块600连接；
所述IoT平台500和所述通信模块600用于将所述签名值以及所述平台公钥发送至所述安全芯片200进行存储，以及将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台100；具体如方法实施例所述。
综上所述，本发明公开了一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法及系统，所述方法包括：安全认证平台获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值，并将签名值以及预先存储的平台公钥发送至安全芯片进行存储；在物联网燃气表MCU程序每次运行前，物联网燃气表MCU将当前物联网燃气表MCU程序发送至所述安全芯片；安全芯片根据签名值以及平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行。本发明根据初始物联网燃气表MCU程序生成签名值，物联网燃气表MCU程序每次运行前，通过签名值以及平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，实现物联网燃气表MCU程序的可信安全启动，提高了物联网燃气表MCU程序启动的安全性，保证了物联网燃气表内的MCU程序的完整性不被破坏。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其特征在于，应用于基于物联网燃气表的可信安全启动系统，所述可信安全启动系统包括物联网燃气表及所述物联网燃气表连接的安全认证平台，所述物联网燃气表包括与所述安全认证平台连接的安全芯片，与所述安全芯片连接的物联网燃气表MCU，所述可信安全启动方法包括：
所述安全认证平台获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值，并将所述签名值以及预先存储的平台公钥发送至所述安全芯片进行存储；
在物联网燃气表MCU程序每次运行前，所述物联网燃气表MCU将当前物联网燃气表MCU程序发送至所述安全芯片；
所述安全芯片根据所述签名值以及所述平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行。
2.根据权利要求1所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其特征在于，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的加密机，所述安全认证平台根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值的步骤包括：
所述安全认证平台调用所述加密机中预先存储的标准国密签名算法，根据所述标准国密签名算法和预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值。
3.根据权利要求2所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其特征在于，所述安全芯片根据所述签名值以及所述平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证的步骤包括：
所述安全芯片调用标准国密验签算法，并根据所述标准国密验签算法、所述平台公钥以及所述签名值对当前物联网燃气表MCU程序进行验证。
4.根据权利要求3所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其特征在于，所述标准国密签名算法和所述标准国密验签算法为SM2非对称加密算法。
5.根据权利要求1所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其特征在于，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的IoT平台，所述物联网燃气表还包括与所述安全芯片连接的通信模块，所述安全认证平台和所述安全芯片通过所述IoT平台和所述通信模块连接，所述可信安全启动方法还包括：
当验证失败后，所述安全芯片产生安全警告信息，并通过所述通信模块和所述IoT平台将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台。
6.一种基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其特征在于，所述可信安全启动系统包括物联网燃气表及所述物联网燃气表连接的安全认证平台，所述物联网燃气表包括与所述安全认证平台连接的安全芯片，与所述安全芯片连接的物联网燃气表MCU；
所述安全认证平台用于获取初始物联网燃气表MCU程序，根据预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值，并将所述签名值以及预先存储的平台公钥发送至所述安全芯片进行存储；
所述物联网燃气表MCU用于在物联网燃气表MCU程序每次运行前，将当前物联网燃气表MCU程序发送至所述安全芯片；
所述安全芯片用于根据所述签名值以及所述平台公钥对当前物联网燃气表MCU程序进行验证，并在验证通过后授权当前物联网燃气表MCU程序运行。
7.根据权利要求6所述的基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其特征在于，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的加密机，所述加密机内存储有供所述安全认证平台调用的标准国密签名算法；所述安全认证平台用于调用所述标准国密签名算法，根据所述标准国密签名算法和预先存储的平台私钥对初始物联网燃气表MCU程序进行签名，生成签名值。
8.根据权利要求7所述的基于物联网燃气表的可信安全启动方法，其特征在于，所述安全芯片内存储有标准国密验签算法，所述安全芯片用于调用所述标准国密验签算法，并根据所述标准国密验签算法、所述平台公钥以及所述签名值对当前物联网燃气表MCU程序进行验证；其中，所述标准国密签名算法和所述标准国密验签算法为SM2非对称加密算法。
9.根据权利要求6所述的基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其特征在于，所述安全芯片还用于在所述当前物联网燃气表MCU程序验证失败时，产生警告信息，并将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台。
10.根据权利要求9所述的基于物联网燃气表的可信安全启动系统，其特征在于，所述可信安全启动系统还包括与所述安全认证平台连接的IoT平台，所述物联网燃气表还包括与所述安全芯片连接的通信模块，所述安全认证平台和所述安全芯片通过所述IoT平台和所述通信模块连接；
所述IoT平台和所述通信模块用于将所述签名值以及所述平台公钥发送至所述安全芯片进行存储，以及将所述安全警告信息发送至所述安全认证平台。
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