CN114024724B - 一种基于物联网的对称密钥动态生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网的对称密钥动态生成方法，采用生成byte字节数组作为部分对称加密密钥，将密钥与终端SN，版本号对应持久化保存在云端，终端预制保存该部分对称加密密钥和版本号，另外一部分密钥动态生成与密文同时附带版本号传输到达云端或终端。使用密钥时，动态密钥与之前的静态密钥合并成完整密钥进行解密。本发明采用密钥动态生成与提前预制部分密钥结合，可以实现不同终端差异化的密钥，防止一个终端密钥被破解后其余终端密文均可获取，保障了密文的安全性。

Description

一种基于物联网的对称密钥动态生成方法
技术领域
本发明涉及加密技术领域，具体的说，是一种基于物联网的对称密钥动态生成方法。
背景技术
目前终端和服务器间的通信很多采用对称加密，而对称加密的密钥很多都是明文字符串常量直接写在终端和云端代码中，而且这个密钥很多都长期不变，且一个系统所有对接的终端都采用一个密钥。这样的对称加密安全设计非常简单，密钥较易破解，如中间人攻击，密钥可以采用暴力破解，或者反编译弱终端(单片机，物联网终端等)的应用，未加固防和反编译措施的android应用等。这样密钥一旦泄露就造成了所有与该云端对接的终端或应用传输的密文均被破解。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的对称密钥动态生成方法，用于解决现有技术中终端采用同一个密钥，一旦泄露则与该终端传输的密文均被破解的问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种基于物联网的对称密钥动态生成方法，包括：
步骤S100：云端随机生成byte字节数组，将byte字节数组转换为可视化密钥字符串作为静态密钥，将静态密钥、终端SN和静态密钥版本号关联保存至云端；
步骤S200：将云端存储的静态密钥和静态密钥的版本号预制于对应的终端中；
步骤S300：终端向云端发送请求前，生成byte字节数组的动态密钥，将预制于终端的静态密钥转换为byte字节数组再与该动态密钥拼接成完整密钥，调用对称加密算法，用该完整密钥将业务数据加密成密文；
步骤S400：终端向云端发送业务数据请求，业务数据请求包括密文、设备类型号、设备SN、静态密钥版本号和动态密钥；
步骤S500：云端收到终端业务数据请求后，解析终端的设备类型号，确定终端SN长度，将业务数据请求解析成终端SN、静态密钥版本号、动态密钥和密文，云端根据终端SN和静态密钥版本号获取对应的静态密钥，将静态密钥转换为byte字节数组并与动态密钥拼接成完整密钥，调用对称加密算法用该完整密钥将密文解密成明文；
步骤S600：云端处理完业务后，随机生成byte字节数组的动态密钥，再根据反馈终端SN和静态密钥版本号查获取静态密钥，将静态密钥转换成byte字节数组与动态密钥拼接成完整密钥，再调用对称加密算法用该完整密钥将反馈业务数据加密成密文，将密文加上静态密钥版本号和动态密钥后反馈至终端。
所述终端SN与静态密钥版本号是一对多的关系，静态密钥与静态密钥版本号是一对一的关系。
采用hex或base64编码将byte字节数组转换为可视化密钥字符串。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明用byte字节数组作为对称加密密钥，一部分动态生成(动态密钥)，一部分预制在终端(或终端的第三方应用)中(静态密钥)。预制在终端的静态密钥，云端将终端SN号，静态密钥版本号对应持久化保存在云端。密钥动态生成与提前预制部分密钥结合，可以实现不同终端差异化的密钥，防止一个终端密钥被破解后其余终端密文均可获取，保障了密文的安全性。
(2)本发明的密钥分为动态和静态，实现了密钥的可变，同时动态密钥不通过网络传递，可防止中间人劫持等攻击。静态预制密钥与设备SN号，静态密钥版本号对应保存，可以实现终端密钥差异化，实现云端与不同终端加密密钥不同，且可变。
附图说明
图1为本发明的业务数据请求的数据格式；
图2为本发明的反馈数据的数据格式；
图3为物联网布局示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
结合附图1所示，一种基于物联网的对称密钥动态生成方法，采用生成byte字节数组作为部分对称加密密钥，密钥与终端SN，版本号对应持久化保存在云端，该终端预制保存该部分对称密钥和版本号，另外一部分密钥随机动态生成，与密文同时附带版本号通过网络传输到达云端或终端。使用密钥时，动态密钥与之前的静态密钥合并成完整密钥进行解密。具体实现方案和步骤如下：
步骤1，云端随机生成不低于6组的byte字节数组作为部分密钥。如采用随机字符串作为密钥，字符串包括0～9，a～z，A～Z和特殊字符等。这些字符转换为byte的范围相较直接转换为-128～127或0～255范围的byte字节数组要窄，从安全角度考虑，采用随机取值范围更宽的byte字节数组更安全。
byte字节数组形式的部分密钥生成后，采用hex或者base64编码转换为可视化密钥字符串，作为静态密钥。静态密钥与终端SN、静态密钥版本号关联持久化保存在云端数据库，终端SN与静态密钥版本号是一对多的关系，静态密钥与静态密钥版本号是一对一关系。终端SN为对接云端的设备唯一序列号，如果是对接云端的应用，如基于android操作系统、ios操作系统的终端应用，对应的终端SN为生成的32位uuid。云端保存的静态密钥，不仅各个版本号的静态密钥不同，而且要实现弱终端与智能终端不同，这样实现了密钥差异化管理，防止一个弱终端被反编译，造成其他终端也被破解。
终端将云端存储的对应终端SN的静态密钥预制保存在终端中，保存相应的版本号和对应的静态密钥。对于如基于android，，ios操作系统的终端应用，SN，静态密钥版本号，密钥字符串预制在应用中，跟随应用的下载安装保存在该终端。终端至少保存5组以上版本号及静态密钥。Android，ios操作系统的终端应用为采用防反编译等加固措施的应用。
步骤2，终端每次向云端发起请求前，首先生成byte字节数组的随机密钥，随机密钥为动态密钥。该动态密钥与之前预制在终端的静态密钥拼接成完整密钥byte字节数组。预制静态密钥拼接前，先将hex或base64字符串转换位byte字节数组。然后，调用对称加密算法，用该密钥对业务数据进行加密成密文。终端向云端发送的业务数据请求，在密文前端加上设备类型号，设备SN，静态密钥版本号，动态密钥的hex或base64字符串。业务数据请求的结构如图1所示。密钥采用hex还是base64编码根据密文编码格式确定，设备类型号一般约定0为弱终端，1为智能终端，后面延生定义可以由系统管理员制定。
步骤3，云端收到终端业务数据请求后，先解析终端设备类型号，确定设备SN长度，再将请求业务数据解析成设备SN，静态密钥版本号，动态密钥和密文。云端根据设备SN和静态密钥版本号查询数据库，获取对应的静态密钥，动态密钥和静态密钥转换为byte字节数组，将动态密钥和静态密钥拼接成完整密钥，调用对称加密算法对密文进行解密成明文。
步骤4，云端处理完业务后，形成反馈终端的数据。反馈终端前，随机生成byte字节数组的动态密钥，再根据反馈终端的SN号、密钥版本号查询数据库获取静态密钥。动态密钥与静态密钥转换成byte字节数组进行对称加密成密文。密文前端依次加上密钥版本号，动态密钥的hex或base64字符串，形成字符串数据反馈至终端。加密的密钥版本号可以由云端运维人员在运维管理系统界面上选择设置或设置一定周期定时更换密钥版本号。反馈额业务数据的结构如图2所示。
步骤5，终端收到云端反馈的业务数据后，将反馈的业务数据解析成密钥版本编号，动态密钥和密文。终端根据静态密钥版本号获取对应的静态密钥，动态密钥和静态密钥转换为byte字节数组，将动态密钥和静态密钥拼接成完整密钥调用对称加密算法对密文进行解密成明文，根据明文信息进行业务操作。
本发明能够在物联网智慧家庭系统中实施，物联网布如图3所示，云端由用户云、设备云、业务云组成，终端有智能终端和物联网终端，智能终端即android，ios操作系统下的应用，这些应用的开发采用了反编译等加固安全措施。物联网终端在本系统中是由智能连接器和烟雾传感器等组成，这些终端主要基于esp32，marvel300等开发版，这些物联网设备的特点是内存小，CPU功率小，易被反编译等特点。图3中燃气、水浸、门窗、红外传感器不具有http通信功能，采用ZigBee协议与智能连接器通信，由智能连接器通过http协议与云端通信。
本系统云端与云端，云端与终端之间的通信均采用本发明的方法，采用aes对称加密，云端保存的智能终端andoid，ios和各个物联网终端密钥均不同，对于第三方云端的请求，云端以智能终端归类保存该云端独立的一套对称加密静态密钥，密钥版本编号，第三方云端uuid以及设备类型等信息。
操作步骤如下：
1、在云端系统开发过程中，建立静态密钥数据库，通过运维管理平台生成静态密钥；所有与该云端系统对接的终端预制根据数据库设备SN预制相应的静态密码版本号和静态密钥。
2、在终端访问云端系统的网关位置，实现对所有请求接口进行全面拦截，解析密文按本发明的方案流程对数据进行加解密。
3、物联网的弱终端在部署使用前，根据设备SN预制不低于5组不同的静态密钥版本号和与静态密钥版本号对应的静态密钥。可运行android或ios操作系统的强终端在下载安装应用时就初始化不少于5组不同的密钥版本编号和静态密钥。密钥版本编号和静态密钥的更新随强弱终端的应用的升级而新增新的密钥版本编号和静态密钥，更新后考虑兼容性，采取升级至少5个应用版本后，终端再逐步删除至少5个版本前的密钥版本编号和静态密钥。
4、完成以上步骤，就完成物联网系统的部署。本发明可用于如智慧家庭，智慧医疗等接入不同层次、类别终端和第三方云端的物联网系统。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (3)

1.一种基于物联网的对称密钥动态生成方法，其特征在于，包括：
步骤S100：云端随机生成byte字节数组，将byte字节数组转换为可视化密钥字符串作为静态密钥，将静态密钥、终端SN和静态密钥版本号关联保存至云端；
步骤S200：将云端存储的静态密钥和静态密钥的版本号预制于对应的终端中；
步骤S300：终端向云端发送请求前，生成byte字节数组的动态密钥，将预制于终端的静态密钥转换为byte字节数组再与该动态密钥拼接成完整密钥，调用对称加密算法，用该完整密钥将业务数据加密成密文；
步骤S400：终端向云端发送业务数据请求，业务数据请求包括密文、设备类型号、设备SN、静态密钥版本号和动态密钥；
步骤S500：云端收到终端业务数据请求后，解析终端的设备类型号，确定终端SN长度，将业务数据请求解析成终端SN、静态密钥版本号、动态密钥和密文，云端根据终端SN和静态密钥版本号获取对应的静态密钥，将静态密钥转换为byte字节数组并与动态密钥拼接成完整密钥，调用对称加密算法用该完整密钥将密文解密成明文；
步骤S600：云端处理完业务后，随机生成byte字节数组的动态密钥，再根据反馈终端SN和静态密钥版本号查获取静态密钥，将静态密钥转换成byte字节数组与动态密钥拼接成完整密钥，再调用对称加密算法用该完整密钥将反馈业务数据加密成密文，将密文加上静态密钥版本号和动态密钥后反馈至终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的对称密钥动态生成方法，其特征在于，所述终端SN与静态密钥版本号是一对多的关系，静态密钥与静态密钥版本号是一对一的关系。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的对称密钥动态生成方法，其特征在于，采用hex或base64编码将byte字节数组转换为可视化密钥字符串。
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