CN113015158B - 增强无线网络安全的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增强无线网络安全的方法，包括：分别在数据发送端对待发送数据进行应用层加密和网络密钥加密，获得第一加密数据；在所述数据发送端的第一安全芯片对第一加密数据进行加密，获得第二加密数据，并将所述第二加密数据发送至数据接收端；在所述数据接收端的第二安全芯片对第二加密数据进行解密，获得第一解密数据；分别在所述数据接收端对所述第一解密数据进行应用层解密和网络密钥解密，获得第二解密数据，所述第二解密数据对应于所述待发送数据。

Description

增强无线网络安全的方法和装置

技术领域

本发明主要涉及网络安全领域，尤其涉及一种增强无线网络安全的方法和装置。

背景技术

智能家居(smart home)系统中，智能网络设备(例如门窗传感器、人体红外探测传感器、温湿度传感器、智能开关)通过物联网技术(Internet of Things,IoT)组建成智能家居网络，用户可以对智能家居网络中的智能网络设备进行远程控制、联动控制以及其它自动化配置等，从而实现家居生活的智能化和自动化。

网关与广域网之间、网关与智能网络设备之间通常采用无线网络连接，以避免家居系统中复杂的布线。现有技术通过加密算法对数据进行加密，以提升无线连接的网络安全。然而，由于加密解密使用的密钥是固定的，在智能设备之间传输的数据容易被破解和窃取，导致在智能家居系统中使用无线连接具有较大的网络安全风险。

发明内容

本发明旨在提供一种增强无线网络安全的方法和装置，以提高无线连接网络中数据传输的安全性。

为实现上述目的，本发明提出了一种增强无线网络安全的方法，包括：分别在数据发送端对待发送数据进行应用层加密和网络密钥加密，获得第一加密数据；在所述数据发送端的第一安全芯片对第一加密数据进行加密，获得第二加密数据，并将所述第二加密数据发送至数据接收端；在所述数据接收端的第二安全芯片对第二加密数据进行解密，获得第一解密数据；分别在所述数据接收端对所述第一解密数据进行应用层解密和网络密钥解密，获得第二解密数据，所述第二解密数据对应于所述待发送数据。本发明的实施例提供了一种增强无线网络安全的方法，分别进行应用层加密解密，网络密钥加密解密，安全芯片加密解密，结合了硬件和软件的方式对传输数据进行加密解密，增加了加密解密的流程，提高了加密解密的复杂性，使得数据不易被破解，提高了数据传输的安全性。

在本发明的一实施例中，所述网络密钥来自云服务器，所述云服务器提供可更新的所述网络密钥。通过云服务器提供可更新的网络密钥，避免了固定密钥的使用，使得密钥不易被破解，提高了数据传输的安全性。

在本发明的一实施例中，所述云服务器提供周期性更新的所述网络密钥。周期性更新的网络密钥可以自动更新，无需用户手动更新，提高了自动化程度。

在本发明的一实施例中，在所述数据发送端的第一安全芯片对第一加密数据进行加密的步骤包括：向第一加密数据中添加数据发送端ID、第一安全芯片ID以及数字签名。数据发送端ID为数据发送端的唯一ID标识，第一安全芯片ID为第一安全芯片的唯一ID标识，使得破解的难度加大，进一步提高了数据传输的安全性。

在本发明的一实施例中，所述第一安全芯片与所述第二安全芯片为相同的安全芯片。通过使用相同的第一安全芯片与第二安全芯片，可以提高验证的速度，提升无线网络连接的认证效率。

在本发明的一实施例中，所述待发送数据为智能家居系统中的协调器、网关或智能网络设备生成的数据。如此，使得本发明的实施例中的增强无线网络安全的方法可以适用于智能家居无线网络中，提高了智能家居无线网络的安全性。

在本发明的一实施例中，还包括：响应于固件升级指令，对所述第一安全芯片和/或第二安全芯片进行固件升级。通过对第一安全芯片和/或第二安全芯片进行固件升级，可以更新安全芯片的固件版本，防御新出的硬件攻击，进一步提高了无线网络的安全性。

本发明还提出一种增强无线网络安全的装置，包括：第一加密单元，分别在数据发送端对待发送数据进行应用层加密和网络密钥加密，获得第一加密数据；第二加密单元，在所述数据发送端的第一安全芯片对第一加密数据进行加密，获得第二加密数据，并将所述第二加密数据发送至数据接收端；第一解密单元，在所述数据接收端的第二安全芯片对第二加密数据进行解密，获得第一解密数据；第二解密单元，分别在所述数据接收端对所述第一解密数据进行应用层解密和网络密钥解密，获得第二解密数据，所述第二解密数据对应于所述待发送数据。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在被运行时执行如上所述的方法。

本发明还提出一种电子设备，包括处理器、存储器和存储在所述存储器中的指令，其中所述指令被所述处理器执行时实现如上所述的方法。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1是一种智能家居环境的示意图；

图2是根据本发明的一实施例的增强无线网络安全的方法的流程图；

图3是根据本发明的一实施例的增强无线网络安全的装置的框图。

附图标记列表

110云服务器

120路由器

130网关

140用户设备

150网络设备

210,220,230,240步骤

300增强无线网络安全的装置

310第一加密单元

320第二加密单元

330第一解密单元

340第二解密单元

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

图1是根据一种智能家居环境的示意图。如图1所示，智能家居环境包括云服务器110、路由器120、网关130、用户设备140和网络设备150。其中，网关130和网络设备150固定地位于住宅内部，构成本发明的实施例中的智能家居系统。

云服务器110可以是由多台服务器构成的服务器集群，也可以是由多台服务器构成的云计算中心。云服务器110可以是为用户提供后台服务的计算机设备，后台服务可以是网络攻击检测服务等。云服务器110可以基于路由器120通过无线网络连接至网关130和用户设备140，以在云服务器110与网关130之间、云服务器110与用户设备140之间进行数据交互。

网关130连接至家庭内网(包括多个网络设备150)与家庭外网(包括广域网、蜂窝无线网络)，作为家庭内网与家庭外网之间枢纽，实现家庭内网与家庭外网之间的通信。网关130可以通过有线网络或无线网络连接至路由器120，从而与家庭外网之间进行数据交互，实现智能家居的远程控制、联动控制以及其它自动化配置等功能。

用户设备140可以通过局域网直接连接至路由器120，也可以通过广域网(例如云服务器110)实现与路由器120之间的连接。用户设备140用于与用户之间进行交互，用户通过无线设备140可以基于网关130与网关130进行无线通信。用户设备140可以是台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、可穿戴电子设备等，此处不做限定。

网络设备150至少连接至一个网关130，作为智能家居系统的执行器。多个网络设备150组成智能家居网络。一个网关130可以与多个网络设备150连接，多个网关130也可以与一个网络设备150连接。同一时间一个网络设备150只与一个网关130进行通信，同一时间一个网关130可以与多个网络设备150进行通信。网关130与网络设备150之间可以通过蓝牙协议、Wi-Fi协议或ZigBee协议等方式进行连接和通信。网络设备150包括但不限于门窗传感器、人体红外探测传感器、烟雾传感器、温湿度传感器、智能开关、灯、空调、电视、报警器等。

本发明提出一种增强无线网络安全的方法，该方法可以在图1所示的智能家居环境中执行，也可以在其它通用通信设备之间执行。图2是根据本发明的一实施例的增强无线网络安全的方法的流程图，如图2所示，该增强无线网络安全的方法包括：

步骤210，分别在数据发送端对待发送数据进行应用层加密和网络密钥加密，获得第一加密数据。

数据发送端可以是台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、可穿戴电子设备、网关、ZigBee网络设备等各种通信设备，此处不做限定。待发送数据可以是文本、声音、图像、视频等各类数据，此处不做限定。

在本发明的实施例中，应用层加密指的是在开放式系统互联(OSI)模型中的应用层对待发送数据加密。可以使用对称密钥加密算法对对待发送数据进行应用层加密，也可以使用非对称加密算法对待发送数据进行应用层加密。对称密钥加密算法可以是DES加密算法、AES加密算法等。非对称加密算法可以是RSA加密算法等。

网络密钥加密指的是使用来自网络的密钥对待发送数据进行加密。网络可以外部广域网，也可以是内部局域网。作为一个非限制性的示例，网络密钥可以来自云服务器，云服务器提供可更新的网络密钥。通过云服务器提供可更新的网络密钥，避免了固定密钥的使用，使得密钥不易被破解，提高了数据传输的安全性。

云服务器可以提供周期性更新的网络密钥，例如每隔5分钟向数据发送端提供更新的网络密钥。周期性更新的网络密钥可以自动更新，无需用户手动更新，提高了自动化程度。云服务器可以提供非周期性更新的网络密钥，例如响应特定触发动作(如用户指令)提供更新的网络密钥。非周期性更新的网络密钥可以响应于用户操作进行更新，提高了灵活性。

可以对待发送数据进行应用层加密之后，再进行网络密钥加密。也可以对待发送数据进行网络密钥加密之后，再进行应用层加密。经过步骤210，待发送数据经过应用层加密和网络密钥加密，生成第一加密数据。

步骤220，在数据发送端的第一安全芯片对第一加密数据进行加密，获得第二加密数据，并将第二加密数据发送至数据接收端。

第一安全加密芯片可以集成到数据发送端中。第一安全芯片对第一加密数据进行的加密可以包括向第一加密数据中添加数据发送端ID、第一安全芯片ID、数字签名等信息。数据发送端ID为数据发送端的唯一ID标识，第一安全芯片ID为第一安全芯片的唯一ID标识。数字签名由随机因子(通过随机数发生器产生)与数据发送端ID，结合预置在第一安全芯片的产品密钥计算得到。

在本发明的实施例中，还可以对第一安全芯片进行固件升级。第一安全芯片可以在接受到固件升级指令后，进行固件升级。固件升级指令可以用户操作生成的。用户操作可以是用户直接对第一安全芯片进行操作，生成固件升级指令，也可以是用户利用与第一安全芯片连接的固件升级终端等进行交互，生成对应的固件升级指令。通过对第一安全芯片进行固件升级，可以更新第一安全芯片的固件版本，防御新出的硬件攻击，进一步提高了无线网络的安全性。

使用第一安全芯片对第一加密数据进行加密之后，获得第二加密数据，将该第二加密数据通过无线连接网络发送至数据接收端。可以使用射频单元将第二加密数据通过无线连接网络发送出去。第二加密数据经过了应用层加密、网络密钥加密和第一安全芯片加密，结合了硬件和软件的方式，使得数据不易被破解，提高了数据传输的安全性。

步骤230，在数据接收端的第二安全芯片对第二加密数据进行解密，获得第一解密数据。

第二安全芯片可以集成到数据接收端中。第二安全芯片可以是与第一安全芯片相同的安全芯片，也可以进行固件升级。在此步骤中，第二安全芯片解密的过程与第一安全芯片加密的过程正好相反。第二安全芯片在接收到第二加密数据之后，根据数据发送端ID找到对应的产品密钥，通过随机因子、数据发送端ID结合产品密钥计算数字签名，并与收到的数字签名进行对比验证，若验证成功，则表示第二加密数据是由数据发送端发送的合法数据，可以进入下一步解密。相反，若验证失败，则返回错误信息给数据发送端。若连续验证出错次数大于设定阈值次数，则发出警告。

步骤240，分别在数据接收端对第一解密数据进行应用层解密和网络密钥解密，获得第二解密数据，第二解密数据对应于待发送数据。

在此步骤中，应用层解密与网络密钥解密的过程与步骤210中的应用层加密与网络密钥加密的过程正好相反，此处不再赘述。

在此使用了流程图用来说明根据本发明的实施例的方法所执行的操作。应当理解的是，前面的操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。例如，可以先执行步骤220，再执行步骤210。

本发明的实施例提供了种增强无线网络安全的方法，分别进行应用层加密解密，网络密钥加密解密，安全芯片加密解密，结合了硬件和软件的方式对传输数据进行加密解密，增加了加密解密的流程，提高了加密解密的复杂性，使得数据不易被破解，提高了数据传输的安全性。

本发明的实施例中的待发送数据可以为智能家居系统中的协调器、网关或智能网络设备生成的数据。如此，使得本发明的实施例中的增强无线网络安全的方法可以适用于智能家居无线网络中，提高了智能家居无线网络的安全性。下面以智能家居网络设备作为数据发送端，网关作为数据接收端为例，结合图1和图2对本发明的实施例中的增强无线网络安全的方法进行示例性说明。

网络设备150(温度传感器)产生的温度数据，在网络设备150的应用层使用AES加密算法进行加密，使用来自云服务器的网络密钥进行加密，获得第一加密温度数据。网络设备150的第一安全加密芯片对第一加密温度数据添加网络设备ID、第一安全芯片ID、数字签名信息，获得第二加密温度数据，然后通过射频单元将第二加密温度数据发送至网关130。

网关130在接收到第二加密温度数据之后，根据网络设备ID找到对应的产品密钥，通过随机因子、网络设备ID结合产品密钥计算数字签名，并与收到的数字签名进行对比验证。验证成功之后，获得第一温度解密数据。使用应用层密钥和网络密钥对第一温度解密数据进行应用层解密和网络密钥解密，获得第二温度解密数据，该第二温度解密数据与网络设备150(温度传感器)产生的温度数据相对应。

本发明还提出一种增强无线网络安全的装置。图3是根据本发明的一实施例的一种增强无线网络安全的装置300的框图，如图3所示，增强无线网络安全的装置300包括：

第一加密单元310，分别在数据发送端对待发送数据进行应用层加密和网络密钥加密，获得第一加密数据。

第二加密单元320，在数据发送端的第一安全芯片对第一加密数据进行加密，获得第二加密数据，并将第二加密数据发送至数据接收端。

第一解密单元330，在数据接收端的第二安全芯片对第二加密数据进行解密，获得第一解密数据。

第二解密单元340，分别在数据接收端对第一解密数据进行应用层解密和网络密钥解密，获得第二解密数据，第二解密数据对应于待发送数据。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令在被运行时执行根据上文的增强无线网络安全的方法。

本发明还提出一种电子设备，包括处理器、存储器和存储在存储器中的指令，其中指令被处理器执行时实现如上文的增强无线网络安全的方法。

应该理解，上文所描述的实施例仅是示意。本文描述的实施例可在硬件、软件、固件、中间件、微码或者其任意组合中实现。对于硬件实现，处理单元可以在一个或者多个特定用途集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器和/或设计为执行本文所述功能的其它电子单元或者其结合内实现。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种增强无线网络安全的方法，包括：

分别在数据发送端对待发送数据进行应用层加密和网络密钥加密，获得第一加密数据(210)；

在所述数据发送端的第一安全芯片对第一加密数据进行加密，获得第二加密数据，并将所述第二加密数据发送至数据接收端(220)；

在所述数据接收端的第二安全芯片对第二加密数据进行解密，获得第一解密数据(230)；

分别在所述数据接收端对所述第一解密数据进行应用层解密和网络密钥解密，获得第二解密数据，所述第二解密数据对应于所述待发送数据(240)。

2.如权利要求1所述的增强无线网络安全的方法，其特征在于，所述网络密钥来自云服务器，所述云服务器提供可更新的所述网络密钥。

3.如权利要求2所述的增强无线网络安全的方法，其特征在于，所述云服务器提供周期性更新的所述网络密钥。

4.如权利要求1所述的增强无线网络安全的方法，其特征在于，在所述数据发送端的第一安全芯片对第一加密数据进行加密的步骤包括：

向第一加密数据中添加数据发送端ID、第一安全芯片ID以及数字签名。

5.如权利要求1所述的增强无线网络安全的方法，其特征在于，所述第一安全芯片与所述第二安全芯片为相同的安全芯片。

6.如权利要求1所述的增强无线网络安全的方法，其特征在于，所述待发送数据为智能家居系统中的协调器、网关或智能网络设备生成的数据。

7.如权利要求1所述的增强无线网络安全的方法，其特征在于，还包括：响应于固件升级指令，对所述第一安全芯片和/或第二安全芯片进行固件升级。

8.一种增强无线网络安全的装置(300)，包括：

第一加密单元(310)，分别在数据发送端对待发送数据进行应用层加密和网络密钥加密，获得第一加密数据；

第二加密单元(320)，在所述数据发送端的第一安全芯片对第一加密数据进行加密，获得第二加密数据，并将所述第二加密数据发送至数据接收端；

第一解密单元(330)，在所述数据接收端的第二安全芯片对第二加密数据进行解密，获得第一解密数据；

第二解密单元(340)，分别在所述数据接收端对所述第一解密数据进行应用层解密和网络密钥解密，获得第二解密数据，所述第二解密数据对应于所述待发送数据。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在被运行时执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种电子设备，包括处理器、存储器和存储在所述存储器中的指令，其中所述指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的方法。