CN114338208B - 一种报文的数据加密方法及装置、电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种报文的数据加密方法及装置、电子设备，该方法包括：利用有效数据、冗余数据和所述有效数据的索引构成初始报文数据；将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序，同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，得到乱序报文数据；将所述乱序报文数据进行加密。本发明通过在报文中填充冗余数据，再将有效数据和冗余数据按照字节进行乱序，使有效数据和冗余数据混杂在一起，并使用对称加密算法对数据进行加解密，使用非对称加密算法对对称加密算法的密钥进行加解密，使数据更难被破解，提高系统的安全性。

Description

一种报文的数据加密方法及装置、电子设备

技术领域

本发明涉及数据加密技术领域，具体涉及一种报文的数据加密方法及装置、电子设备。

背景技术

目前控制器局域网络(Controller Area Network,简称为CAN)通信报文信号通常采用固定的信号布局、系数和偏移。对于CAN通信报文的八个字节，每个信号采用固定的布局，比如信号A为0到8位：0-8bit；信号B为9-13位：9-13bit，对于同一个报文的报文内容，其数据布局和数量都是一成不变的。因此，就导致极容易通过原始报文的比对破解出数据的布局、系数和偏移，容易泄露系统的关键数据，系统被入侵攻击的风险较高。

发明内容

因此，本发明为了解决目前报文数据数量和数据布局固定而造成的易被破解的问题，从而提供一种报文的数据加密方法、装置及电子设备。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供了一种报文的数据加密方法，包括：利用有效数据、冗余数据和所述有效数据的索引构成初始报文数据；将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序，同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，得到乱序报文数据；将所述乱序报文数据进行加密。

可选地，所述利用有效数据、冗余数据和所述有效数据的字节索引构成初始报文数据包括：在所述初始报文数据的每个字节中填充随机数；根据所述有效数据的预设字节位置将所述有效数据填充到初始报文数据中，根据所述有效数据的位置确定所述有效数据的索引，利用所述有效数据覆盖所述有效数据所在的字节的随机数；所述冗余数据为剩余的填充的随机数；利用所述有效数据、所述有效数据的字节索引和冗余数据构成初始报文数据。

可选地，所述将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序包括：针对所述有效数据的任一字节，获取该字节中的子有效数据，利用所述子有效数据生成的第二随机数，并根据所述第二随机数确定该字节需要交换的字节；将该字节与该字节需要交换的字节进行交换；对所述有效数据中所有字节的子有效数据进行交换，得到重新排序后的有效数据。

可选地，所述根据所述第二随机数确定该字节需要交换的字节包括：获取所述初始报文数据中的最大有效数据字节数；根据所述第二随机数和所述最大有效数据字节数得到该字节需要交换的字节。

可选地，所述同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，包括：针对所述索引中的任一字节序，获取与该字节序对应的有效数据的第二随机数，根据所述第二随机数确定该字节序需要交换的字节序；将该字节序与该字节序需要交换的字节序进行交换；将所述索引中所有字节序进行交换，得到重新排序后的索引。

可选地，所述根据所述第二随机数确定该字节需要交换的字节包括：获取所述初始报文数据中的最大有效数据字节数；将所述第二随机数对所述最大有效数据字节数进行除余计算，得到该字节需要交换的字节。

可选地，所述将所述乱序报文数据进行加密，包括：将所述乱序报文通过对称算法进行加密，得到所述乱序报文加密后的密钥；获取非对称算法的私钥，并利用所述私钥对所述密钥进行加密。

根据第二方面，本发明还公开了一种报文的数据加密装置，包括：初始报文确定模块，用于利用有效数据、冗余数据和所述有效数据的索引构成初始报文数据；乱序报文确定模块，用于将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序，同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，得到乱序报文数据；加密模块，用于将所述乱序报文数据进行加密。

根据第三方面，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如第一方面或第一方面任一可选实施方式所述的报文的数据加密方法步骤。

根据第四方面，本发明实施方式还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面或第一方面任一可选实施方式所述的报文的数据加密方法步骤。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明通过利用有效数据、冗余数据和有效数据的索引构成初始报文数据，进而将初始报文数据的有效数据进行重新排序，并将有效数据的索引调整为有效数据重新排列后的索引，得到乱序报文数据，进而将得到的乱序报文数据进行加密。本发明通过在报文中填充冗余数据，再将有效数据和冗余数据按照字节进行乱序，使有效数据和冗余数据混杂在一起，并使用对称加密算法对数据进行加解密，使用非对称加密算法对对称加密算法的密钥进行加解密，使数据更难被破解，提高系统的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中报文的数据加密方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中报文的数据加密方法加密过程的一个具体流程图；

图3为本发明实施例中报文的数据加密方法解密过程的一个具体流程图；

图4为本发明实施例中一种报文的数据加密装置的结构示意图；

图5为本发明实施例中电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“及/和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明实施例公开了一种报文的数据加密方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤101，利用有效数据、冗余数据和所述有效数据的索引构成初始报文数据。

具体的，如图2所示，首先在初始报文数据的每一个字节中填充随机数，进而根据有效数据的预设的字节位置，将有效数据填充到报文数据中，利用有效数据覆盖有效数据所在字节上的原来填充的随机数，再根据有效数据的位置生成与有效数据对应的索引，剩余的填充进来的随机数为冗余数据，进而由有效数据、与有效区域对应的索引和冗余数据组成初始报文数据。

其中，报文，指CAN通信的应用层报文，及协议数据单元，这里不区分CAN和CANFD通信及其他衍生的基于信号通信的通信协议，本专利适用于所有基于信号通信的通信协议。Index，指字节的索引，因为字节顺序是随机的，如果没有字节索引，在解密时就很难判断出报文中有效数据是在数据字节中的具体位置，以及有效数据原来的存储顺序是怎样的，所以字节索引要和数据值一起存储在报文中，索引存储所需的位数可以根据报文数据长度的不同而做动态调整，以节省索引在报文中占据的存储空间。填充过程中，数据整字节之后填充若干字节，预留位填充，如果是普通CAN则只能填充到最大长度8字节，用随机数填充整个报文数据；按字节去填充，每个字节填充一个0-255的随机数。

示例性的，作为本发明的一种可选实施方式，因报文数据会按字节进行乱序操作，所以需要存储记录有效数据的字节序号，会占用一定的报文空间，所以需要把报文定义为数据区域和索引区域两部分。数据区域又由有效数据和冗余数据构成，因为报文存储空间限制，所以需定义有效数据的最大字节数。其中，如下表所示，Data length code(DLC)是指数据长度编码(报文的数据长度)，Number of frame bytes是指报文的字节数，Number ofdata bytes是指数据区域的字节数，Max Number of valid data bytes是指有效数据的最大字节数，Number of index bits是指索引区域的位数，Classical Frames是指经典CAN报文帧，FD Frames是指CANFD报文帧，索引区域长度不是整数字节的，采取高位对齐和低位对齐均可，但发送方需和接收方定义一致。2*2的含义是有效数据的最大字节数乘以索引所占位数，即4位；每个索引所占位数随着有效数据的最大字节数动态调节，即如果有效数据的最大字节数小于等于4，则单个索引位数为2；如果有效数据的最大字节数大于4小于等于8，则单个索引位数为3；如果有效数据的最大字节数大于8小于等于16，则单个索引位数为4，以此类推。

对有效数据和索引的具体计算过程如下，假设有效数据字节数为n,索引位数为m,则n,m应满足以下不等式：

其中，DLC是指数据长度编码(报文的数据长度)。

满足以上公式中的所有n,m值组合中取n最大的一组值(即该报文能支持的有效数据最大字节数)，进而可以确定有效数据的字节数和索引的位数，最终根据索引的位数除以8可以得到索引的字节数。

例如，当DLC的长度编码为1111时，可以得出次数报文数据为64字节，根据不等式计算可以得到有效数据的字节数为36，索引位数为36*6，进而可以计算出索引的字节数为27，并将有效数据和索引对初始报文数据进行填充，填充的方式为再根据DBC的定义将对应的信号在报文中位置的数据清空为0，再将信号数据填充到对应的报文位置中，例如先通过与有效数据和索引所对应位置的随机数先进行与运算清除再通过或运算将有效数据和索引进行填充覆盖，剩下的1字节为由预先填充好的随机数组成的冗余数据。

步骤102，将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序，同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，得到乱序报文数据。

具体的，如图2所示，针对有效数据的任一字节，获取该字节中的子有效数据，利用子有效数据中生成的第二随机数，并根据第二随机数确定该字节需要交换的字节，将该字节与该字节需要交换的字节进行交换，最后对有效数据中所有字节的子有效数据进行交换，得到重新排序后的有效数据。

其中，生成随机数的方式可以通过使用RNG处理器生成，也可以通过此时的时间或者其他方式生成随机数，只要生成的所有随机数并不全部相同，能够达到报文按照字节乱序即可。该字节与该字节需要交换的字节进行交换的过程可以通过初始报文数据中的最大有效数据字节数和随机数确定，通过第二随机数对最大有效数据字节数进行除余计算，得到该字节需要交换的字节，例如，报文的最大有效数据字节数为36，此时生成的随机数为160，进而应该交换的数据的字节为160％36＝16，即与第16字节数据进行数据交换。

示例性的，作为本发明的一种可选实施方式，如下表所示，数据1-数据6是报文中的有效数据，填充1-填充5是随机生成的冗余干扰数据。

对数据进行乱序，其中，乱序只是针对于数据区域进行乱序，索引区域不可以乱序，而且在数据区域乱序的过程中，索引区需同步更新数据区域的字节序。例如对于16个字节的报文，查表可知有效数据最大字节数是10，索引区最多能储存10个索引，所以只能对前10个字节的数据进行乱序，得到如下表所示的乱序结果。

步骤103，将所述乱序报文数据进行加密。

具体的，将乱序报文通过对称算法进行加密，得到乱序报文加密后的密钥，获取非对称算法的私钥，并利用私钥对密钥进行加密。

示例性的，加密使用通用的对称加密和非对称加密算法，如：报文数据使用对称加密算法进行加密，对称密钥使用非对称加密算法进行加密。其中，单独的非对称加密算法运行速度慢，但安全性高；单独的对称加密算法运行速度较快，但安全性不高；所以可以结合两种加密算法的特点进行混合使用，可以使数据更难被破解，提高系统的安全性。进而得到例如下表的加密数据。

加密1

加密2

加密3

加密4

加密5

加密6

加密7

加密8

加密9

加密10

加密11

加密12

加密13

加密14

加密15

加密16

进一步的，接收端在接收到乱序报文数据之后，如图3所示，对接收到的乱序报文进行解密。首先通过非对称算法的公钥对接收到的乱序报文进行解密的到对称加密算法的密钥，再利用对称算法对该密钥进行解密得到如下表所示的乱序报文。

数据1

数据2

数据3

数据4

填充1

数据5

数据6

填充2

填充3

填充4

填充5

索引区

索引区

索引区

索引区

索引区

再将索引区重新恢复从小到大的顺序。在索引区重新恢复的过程中，如果索引的存储位置发生交换，对应的数据区也跟随索引区进行相同的交换过程。

其中，恢复的过程可以利用现有的任何排序算法，进而得到索引区从小到大的排序结果。例如，恢复的过程可以使用选择排序：

……

直到索引区的数据经过排序恢复到1到10的顺序

最终得到了乱序前的数据，然后再通过CAN协议对该数据进行解析。

本发明通过在报文中填充冗余数据，再将有效数据和冗余数据按照字节进行乱序，使有效数据和冗余数据混杂在一起，并使用对称加密算法对数据进行加解密，使用非对称加密算法对对称加密算法的密钥进行加解密，使数据更难被破解，提高系统的安全性。

本发明还提供了一种报文的数据加密装置，如图4所示，该装置包括：

初始报文确定模块41，用于利用有效数据、冗余数据和所述有效数据的索引构成初始报文数据，详细内容参考步骤101所述；

乱序报文确定模块42，用于将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序，同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，得到乱序报文数据，详细内容参考步骤102所述；

加密模块43，用于将所述乱序报文数据进行加密，详细内容参考步骤103所述。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，该电子设备可以包括处理器501和存储器502，其中处理器501和存储器502可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

处理器501可以为中央处理器(Central ProceAAing Unit，CPU)。处理器501还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital AignalProceAAor，DAP)、专用集成电路(Application Apecific Integrated Circuit，AAIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器502作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的报文的数据加密装置按键屏蔽方法对应的程序指令/模块。处理器501通过运行存储在存储器502中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的报文的数据加密方法。

存储器502可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器501所创建的数据等。此外，存储器502可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器502可选包括相对于处理器501远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器501。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器502中，当被所述处理器501执行时，执行如图1-3所示实施例中的报文的数据加密方法。

上述电子设备具体细节可以对应参阅图1-3所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AcceAAMemory，RAM)、快闪存储器(FlaAhMemory)、硬盘(Hard DiAk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Aolid-Atate Drive，AAD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种报文的数据加密方法，其特征在于，包括：

利用有效数据、冗余数据和所述有效数据的索引构成初始报文数据；

将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序，同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，得到乱序报文数据；

将所述乱序报文数据进行加密；

所述将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序包括：

针对所述有效数据的任一字节，获取该字节中的子有效数据，利用所述子有效数据生成的第二随机数，并根据所述第二随机数确定该字节需要交换的字节；将该字节与该字节需要交换的字节进行交换；

对所述有效数据中所有字节的子有效数据进行交换，得到重新排序后的有效数据；

所述同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，包括：

针对所述索引中的任一字节序，获取与该字节序对应的有效数据的第二随机数，根据所述第二随机数确定该字节序需要交换的字节序；

将该字节序与该字节序需要交换的字节序进行交换；

将所述索引中所有字节序进行交换，得到重新排序后的索引。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用有效数据、冗余数据和所述有效数据的字节索引构成初始报文数据包括：

在所述初始报文数据的每个字节中填充随机数；

根据所述有效数据的预设字节位置将所述有效数据填充到初始报文数据中，根据所述有效数据的位置确定所述有效数据的索引，利用所述有效数据覆盖所述有效数据所在的字节的随机数；所述冗余数据为剩余的填充的随机数；

利用所述有效数据、所述有效数据的字节索引和冗余数据构成初始报文数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二随机数确定该字节需要交换的字节包括：

获取所述初始报文数据中的最大有效数据字节数；

将所述第二随机数对所述最大有效数据字节数进行除余计算，得到该字节需要交换的字节。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二随机数确定该字节序需要交换的字节序，包括：

获取所述初始报文数据中的最大有效数据字节数；

根据所述第二随机数和所述最大有效数据字节数得到该字节序需要交换的字节序。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述乱序报文数据进行加密，包括：

将所述乱序报文通过对称算法进行加密，得到所述乱序报文加密后的密钥；

获取非对称算法的私钥，并利用所述私钥对所述密钥进行加密。

6.一种报文的数据加密装置，其特征在于，包括：

初始报文确定模块，用于利用有效数据、冗余数据和所述有效数据的索引构成初始报文数据；

乱序报文确定模块，用于将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序，同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，得到乱序报文数据；

加密模块，用于将所述乱序报文数据进行加密；

所述将所述初始报文数据中的有效数据进行重新排序包括：

针对所述有效数据的任一字节，获取该字节中的子有效数据，利用所述子有效数据生成的第二随机数，并根据所述第二随机数确定该字节需要交换的字节；将该字节与该字节需要交换的字节进行交换；

对所述有效数据中所有字节的子有效数据进行交换，得到重新排序后的有效数据；

所述同时将所述索引中所述有效数据的字节序调整为所述有效数据重新排列后的字节序，包括：

针对所述索引中的任一字节序，获取与该字节序对应的有效数据的第二随机数，根据所述第二随机数确定该字节序需要交换的字节序；

将该字节序与该字节序需要交换的字节序进行交换；

将所述索引中所有字节序进行交换，得到重新排序后的索引。

7.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如权利要求1-5任一所述的报文的数据加密方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的报文的数据加密方法的步骤。