CN113950049A

CN113950049A - 基于sim卡的物联网量子安全方法、系统、装置及介质

Info

Publication number: CN113950049A
Application number: CN202111144954.6A
Authority: CN
Inventors: 彭昭; 李小刚; 曾祥宇; 王芸; 陆玉兰; 刘鹏飞
Original assignee: Tianyi IoT Technology Co Ltd
Current assignee: Tianyi IoT Technology Co Ltd
Priority date: 2021-09-28
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2022-01-18
Anticipated expiration: 2041-09-28
Also published as: CN113950049B

Abstract

本发明公开了一种基于SIM卡的物联网量子安全方法、系统、装置及介质。该方法通过获取SIM卡的卡内密钥以及卡号；同时，获取真随机数；再根据所述真随机数以及所述SIM卡卡号，获取量子密钥；最后，根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行加密或者解密。通过本发明的方法能够将传统充注的量子密钥方式转变为线上，在保证安全性的同时，提升了密钥的灵活性。本发明可广泛应用于物联网安全技术领域内。

Description

基于SIM卡的物联网量子安全方法、系统、装置及介质

技术领域

本发明涉及物联网安全技术领域，尤其是一种基于SIM卡的物联网量子安全方法、系统、装置及介质。

背景技术

量子安全是利用量子力学特性来保证通信安全性。它使通信的双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥，通过该密钥来加密和解密消息。目前安全在物联网应用中主要涉及量子密钥获取与安全硬件充注，都需要将密钥预设在SIM卡或者安全芯片中，分发方式不够灵活，且安全性也有待提高。

发明内容

本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明实施例的一个目的在于提供基于SIM卡的物联网量子安全方法、系统、装置及介质，其能够通过SIM卡密钥加密后的量子密钥对数据进行加密，从而提高了终端数据的安全性。

为了达到上述技术目的，本发明实施例所采取的技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供了一种基于SIM卡的物联网量子安全方法，包括以下步骤：

获取SIM卡的卡内密钥以及卡号；

获取真随机数；

根据所述真随机数以及所述SIM卡卡号，获取量子密钥；

根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行加密或者解密。

进一步地，所述根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行加密，包括：

通过所述卡内密钥对所述量子密钥进行加密；

通过加密后的所述量子密钥对所述SIM卡对应的待加密数据进行加密。

进一步地，所述根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行解密，包括：

根据所述SIM卡的卡号获取所述卡内密钥和加密后的量子密钥；

通过所述卡内密钥对加密后的量子密钥进行解密；

通过解密后的量子密钥对所述SIM卡对应的待解密数据进行解密，所述待解密数据为所述待加密数据加密后的数据。

进一步地，基于SIM卡的物联网量子安全方法还包括以下步骤：

通过软件开发包调用机卡通道获取所述量子密钥。

第二方面，本发明实施例提出了一种基于SIM卡的物联网量子安全方法系统，包括：

第一模块，用于获取SIM卡的卡内密钥以及卡号；

第二模块，用于获取真随机数；

第三模块，用于根据所述真随机数以及所述SIM卡卡号，获取量子密钥；

第四模块，用于根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行加密或者解密。

通过所述卡内密钥对所述量子密钥进行加密；

通过所述卡内密钥对加密后的量子密钥进行解密；

进一步地，基于SIM卡的物联网量子安全方法系统还包括：

软件开发包，用于调用机卡通道获取所述量子密钥。

第三方面，本发明实施例提供了一种基于SIM卡的物联网量子安全方法装置，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器实现所述的基于SIM卡的物联网量子安全方法。

第四方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现所述的基于SIM卡的物联网量子安全方法。

本发明公开了一种基于SIM卡的物联网量子安全方法，具备如下有益效果：

本实施例通过获取SIM卡的卡内密钥以及卡号，同时获取真随机数；再根据真随机数以及SIM卡卡号，获取量子密钥；然后根据量子密钥和卡内密钥对数据进行加密或者解密。通过这种方法能够将传统充注的量子密钥方式转变为线上，在保证安全性的同时，提升了获取密钥的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于SIM卡的物联网量子安全方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于SIM卡的物联网量子安全系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于SIM卡的物联网量子安全装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基于SIM卡的物联网量子安全方法的加密过程流程图；

图5为本发明实施例提供的一种基于SIM卡的物联网量子安全方法的解密过程流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

参照图1，本发明实施例提供了基于SIM卡的物联网量子安全方法。本方案可应用于各种装有SIM卡的移动终端中。具体地，本实施例通过获取SIM卡的卡内密钥以及卡号；同时，随机获取真随机数；再根据所述真随机数以及所述SIM卡卡号，获取量子密钥；最后，根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行加密或者解密。通过这种方法能够将传统充注的量子密钥方式转变为线上，在保证安全性的同时，提升了密钥的灵活性。

基于量子密钥分发的量子保密网络正在向人们走来，可以预见其应用场景会不断扩大。但是目前量子通信依然存在传输距离较短以及量子设备尺寸较大等难题，这些技术难题限制了量子通信的进一步发展。尤其是在移动终端上，量子通信表现出较大的局限性，因为目前比较成熟的量子通信技术往往依赖于光纤进行量子信号的传输，虽然也已经有了在自由空间进行量子通信的一些实验，但是在自由空间中需要解决量子光信号的准直问题，两个固定的终端之间可能还比较容易实现信号的准直，但是移动终端往往是不固定的，可能在室内室外等多种复杂环境，所以很难保证移动终端和量子通信基站等设备之间的准直，所以也就限制了量子通信在移动终端上的直接应用。

目前人们采用在移动终端中采用间接的量子通信方法来解决上述难题，比如通过在移动终端中存储量子密钥，这样就可以实现移动终端和远程服务器之间实现共享量子密钥，于是移动终端就可以通过该预先存储的量子密钥实现数据的加密通信，进而实现较高的安全通信。

但是，由于移动终端需要预先存储量子密钥，并且使用过的量子密钥往往不能再次使用，所以就需要不断的更新移动终端中的量子密钥，进而移动终端就需要经常连接到密钥更新设备上，非常不便。

基于上述情况，本发明实施例提供一种基于SIM卡的物联网量子安全方法，有利于在保证通信安全性的同时，提升获取密钥的灵活性。

具体地，如图1所示，本实施例包括以下步骤：

步骤101、获取SIM卡的卡内密钥以及卡号。

在本申请实施例中，通过装有SIM卡的移动终端，对SIM卡进行检测，并获取该SIM卡的卡内密钥以及卡号。其中，SIM卡的卡号为SIM卡的ICCID，即：Integrate circuit cardidentity集成电路卡识别码，ICCID为SIM卡的唯一识别号码，共有20位字符组成，每一张SIM卡都只有唯一的ICCID；而SIM卡的卡内密钥即SIM卡的PIN码，SIM卡设置PIN码后，可以防止他人将该SIM卡插入其他终端进行使用。

需要说明的是，PIN码分为PIN1和PIN2的，但是PIN2码一般是不向用户提供的，常用的是PIN1码。SIM卡设置PIN1码之后，终端在刚开机的时候或者是插入SIM卡之后，均需要输入PIN码，输入正确后才可以进行数据通讯。在输入错误三次之后卡将会被锁住，这时需要输入运营商提供的PUK码(8位数)，若输入错误10次之后，SIM卡将报废，

步骤102、获取真随机数。

在本申请实施例中，获取真随机数，如：156213、4841425等完全随机的数。可以理解的是，真随机数的获取可以通过终端本身进行生成来实现，也可以通过接收远端服务器生成的真随机数来实现。真随机数的生成需要通过真随机数生成器，真随机数生成器可以设置在终端上，也可以设置在远端的服务器中。在计算过程中，真随机数生成器是从物理过程而不是计算机程序生成随机数的设备。这种装置通常基于产生低电平，统计随机“噪声”信号的微观现象，例如热噪声，涉及分束器的光电效应和其他量子现象。从理论上讲，这些随机过程是完全不可预测的。通过重复采样随机变化的信号，可以获得一系列随机数。

步骤103、根据真随机数以及SIM卡卡号，获取量子密钥。

在本申请实施例中，根据真随机数以及SIM卡卡号，获取量子密钥。可以理解的是，量子密钥可以通过量子密码机进行生成。具体地，将获取到的真随机数以及SIM卡卡号输入至量子密码机中，量子密码机根据预设的算法生成量子密钥。其中，量子密码机可设置在移动终端上，也可以设置在远端的服务器上，通过数据传输的方式将生成量子密钥发送至移动终端上。

步骤104、根据量子密钥和卡内密钥对数据进行加密或者解密。

在本申请实施例中，量子密钥还需要通过卡内密钥加密后，再使用加密后的量子密钥对待加密的数据进行加密。具体地，参照图4，本实施例提供的一种基于SIM卡的物联网量子安全方法的加密过程流程图。首先需要获取SIM卡的卡内密钥以及卡号；同时，获取真随机数；再根据真随机数以及SIM卡卡号，获取量子密钥；若量子密钥通过远端服务器进行生成，则还需要根据SIM卡卡号，分发量子密钥至对应的SIM卡中；接着，根据卡内密钥对量子密钥进行加密，并将加密后的量子密钥保存在SIM卡中，最后再使用加密后的量子密钥对数据进行加密。通过这种方法能够将传统充注的量子密钥方式转变为线上，在保证安全性的同时，提升了获取密钥的灵活性。

在本申请实施例中，量子密钥还需要通过卡内密钥解密，再使用解密后的量子密钥对待解密的数据进行解密。具体地，参照图5，本实施例提供的一种基于SIM卡的物联网量子安全方法的解密过程流程图。在解密过程在中，需要先根据SIM卡卡号获取对应的卡内密钥以及加密后的量子密钥，然后通过卡内密钥对量子密钥进行解密，最后再用解密后的量子密钥对待解密的数据进行解密。

在另一些实施例中，当需要使用到量子密钥时，可以通过SDK调用机卡通道来获取量子密钥。其中，SDK是软件开发工具包，可以用于提供应用程序接口API。

下面以一个应用例子，阐述前面实施例在量子密钥分发和应用的数据处理过程：

SIM卡的认证管理平台有SIM卡的秘钥，量子密钥分发平台通过SIM卡的秘钥对量子密钥进行加密，这样能够保证量子密钥在线分发时的安全性，加密后的量子秘钥推送到SIM卡侧的终端进行保存，在需要时，通过在SIM卡侧的卡秘钥解密后使用。

SIM卡接收到加密后的量子密钥会直接存储，只有在使用时，才用会用该SIM卡上的卡密钥进行解密。

当终端需要进行数据传输时，使用SIM卡卡号和量子秘钥对数据进行加密传输，平台侧接收到数据后会根据携带的ICCID号查询到对应的SIM卡及对应的量子秘钥，通过量子秘钥对数据进行解密；

另外，当平台侧保留了ICCID号对应的量子秘钥时，可不需要解密加密量子秘钥即可使用量子密钥对数据进行加解密。

参照图2，本发明实施例提出的一种基于SIM卡的物联网量子安全系统，包括：

第一模块，用于获取SIM卡的卡内密钥以及卡号；

第二模块，用于获取真随机数；

上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

参照图3，本发明实施例提供了一种基于SIM卡的物联网量子安全装置，包括：

至少一个处理器301；

至少一个存储器302，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器301执行时，使得所述至少一个处理器301实现图1所示的基于SIM卡的物联网量子安全方法。

上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。

本发明实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现图1所示基于SIM卡的物联网量子安全方法。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种基于SIM卡的物联网量子安全方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取SIM卡的卡内密钥以及卡号；

获取真随机数；

根据所述真随机数以及所述SIM卡卡号，获取量子密钥；

2.根据权利要求1所述的基于SIM卡的物联网量子安全方法，其特征在于，所述根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行加密，包括：

通过所述卡内密钥对所述量子密钥进行加密；

3.根据权利要求2所述的基于SIM卡的物联网量子安全方法，其特征在于，所述根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行解密，包括：

通过所述卡内密钥对加密后的量子密钥进行解密；

4.根据权利要求2所述的基于SIM卡的物联网量子安全方法，其特征在于，还包括以下步骤：

通过软件开发包调用机卡通道获取所述量子密钥。

5.基于SIM卡的物联网量子安全系统，其特征在于，包括：

第一模块，用于获取SIM卡的卡内密钥以及卡号；

第二模块，用于获取真随机数；

6.根据权利要求5所述的基于SIM卡的物联网量子安全系统，其特征在于，所述根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行加密，包括：

通过所述卡内密钥对所述量子密钥进行加密；

7.根据权利要求5所述的基于SIM卡的物联网量子安全系统，其特征在于，所述根据所述量子密钥和所述卡内密钥对数据进行解密，包括：

通过所述卡内密钥对加密后的量子密钥进行解密；

8.根据权利要求6所述的基于SIM卡的物联网量子安全系统，其特征在于，还包括：

软件开发包，用于调用机卡通道获取所述量子密钥。

9.基于SIM卡的物联网量子安全装置，其特征在于，包括：

至少一个处理器；

至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-4中任一项所述的基于SIM卡的物联网量子安全方法。

10.一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于实现如权利要求1-4中任一项所述的基于SIM卡的物联网量子安全方法。