CN115189925A - 一种基于tls双向认证的ota安全通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，包括发起TLS通信请求建立连接；返回包含OTA服务器公钥证书；TBOX对OTA服务器公钥证书进行验签；TBOX发送通信证书给OTA服务器；OTA服务器对TBOX端的证书进行验签；发送TBOX支持的加密方案给OTA服务器；发送TBOX密钥将加密方案发给TBOX；依据加密方案产生随机数，用OTA服务器的公钥加密发送给OTA，OTA服务器解密拿到随机数；双方使用随机数作为对称加密密钥进行通信。本发明实现了传输机制的加密，数据签名及校验，防止数据被篡改；采用CA数字证书的认证机制，防止第三方冒充TBOX后者OTA服务器的身份来给对方传输数据。

Description

一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法
技术领域
本发明属于汽车电子技术领域，具体涉及一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法。
背景技术
在汽车工业中，随着智能化、电动化的普及，OTA升级已经越来越普遍。其高效性、低成本、出色的交互体验得到越来越多主机厂的青睐。与此同时，车辆和OTA服务器交互的安全性也引发了大家的关注。如果升级的交互过程没有被加密，或者加密的内容被破解，会引发严重的安全隐患，甚至会威胁到司机和乘客的人身安全。所以，保证升级过程通信的安全性成为了当下汽车行业亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，还提供一种基于TLS双向认证的OTA安全通信系统，以解决保证升级过程通信的安全性的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，包括以下步骤：
A、发起TLS通信请求建立连接；
B、返回包含OTA服务器公钥证书；
C、TBOX对OTA服务器公钥证书进行验签；
D、TBOX对OTA服务器的认证完成后，开始进行OTA服务器对TBOX的认证，TBOX将自己的通信证书发送给OTA服务器，该过程为明文发送；
E、OTA服务器对TBOX端的证书进行验签；
F、在双向认证完成后，TBOX将自己支持的加密方案发送给OTA服务器，共OTA服务器进行选择；
G、发送TBOX密钥将加密方案发给TBOX；
H、TBOX使用自己的私钥解密，得到OTA服务器支持的加密方案，产生相应的随机数作为后续通信的对称加密密钥，将该随机数发送给OTA服务器；
I、OTA服务器用自己的私钥解密拿到随机数，作为后续对称加密通信的密钥；
J、TBOX和OTA服务器后续使用该随机数作为对称加密密钥进行通信。
进一步地，步骤A，具体包括以下步骤：在TBOX和OTA服务器经历了TCP三次握手之后，TBOX首先发送消息给OTA服务器，该消息中包含所使用的TLS版本，为铭文传送。
进一步地，步骤B，具体包括以下步骤：服务器在收到TBOX发送的消息后，将自己的通信证书发送给TBOX，通信证书中包含服务器的公钥，消息为明文传送。
进一步地，步骤C，具体包括以下步骤：TBOX在收到OTA服务器的证书后，开始验证该证书的合法性。
进一步地，TBOX中预置签发OTA服务器CA的根证书，该证书包含该CA服务器的公钥，TBOX使用该公钥去解密OTA服务器通信证书的签名，与自己对证书所计算的摘要值进行比对，如果结果一致，则验签通过；如果结果不一致，则验签不通过，TBOX打印错误日志。
进一步地，步骤E，具体包括以下步骤：OTA服务器在收到TBOX端的证书后，开始验证该证书的合法性.
更进一步地，OTA服务器预置签发TBOX通信证书的CA的根证书，该证书包含该CA服务器的公钥，OTA服务器使用该公钥去解密TBOX通信证书的签名，与自己对证书所计算的摘要值进行比对，如果结果一致，则验签通过；如果结果不一致，则验签不通过，服务器拒绝连接，TBOX打印错误日志。
进一步地，步骤F和步骤H过程为密文传输，使用的密钥是OTA服务器的公钥加密。
进一步地，步骤G，具体包括以下步骤：OTA服务器收到TBOX发送的加密方案后，使用自己的私钥进行解密，在TBOX提供的加密方案中，选择一个加密程度最高的，将该方案使用TBOX公钥进行加密，然后发送给TBOX；该过程为密文传输，使用的密钥是TBOX的公钥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，实现了传输机制的加密，可以防止信息被窃听，防止第三方随时随地获得TBOX和OTA服务器的通讯内容；
2、本发明基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，实现了数据签名及校验，实现了防止数据被篡改，防止第三方修改TBOX和OTA服务器传输中的数据；
3、本发明基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，采用了CA数字证书的认证机制，防止身份被冒充，防止第三方冒充TBOX后者OTA服务器的身份来给对方传输数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明的系统组成框图。
图2是本发明基于TLS双向认证的OTA安全通信方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，让车端和云端验证双方各自身份，通过验证彼此的证书，建立安全通信通道。通信方法涉及4次握手过程，握手过程中协商的内容包括协议的版本号、加密算法、数字证书和动态密钥，该过程发生在TCP三次握手之后。在该通信方法中，如果车端无法提供证书，会导致TLS通信失败。车端和服务器通信过程中使用的具体零件是TBOX，该零件中内置了连接OTA服务器的软件，该软件的配置文件中包含服务器的URL、通信周期、证书管理组件等。该软件利用TBOX的上网功能和服务器进行交互。以下文中，车端和OTA服务器的交互将统一称为TBOX和OTA服务器的交互。
在TBOX获得和TSP服务器的正式通信证书后，TBOX使用该证书和OTA服务器进行基于TLS双向认证的安全通信机制。TBOX首先向服务器发送通信消息，接着OTA服务器将其证书发送给TBOX进行验证，如果验证通过，TBOX也将其证书发送给OTA服务器进行验证，如果验证通过，则双方协商出一个对称密钥用于后续的对称加密通信。
如图1所示，TBOX端包含信任证书库和TBOX的通信证书，OTA服务器也包含信任证书库和OTA服务器的通信证书。系统组成框图包含了时序，TBOX发送一个连接请求给OTA服务器后，OTA服务器将自己的通信证书及相关信息发送给TBOX。TBOX检查OTA服务器发来的证书是否是自己信赖的CA中心所签发的。如果是，则继续执行机制中剩下的内容，如果不是，则终止通信，TBOX打印相关错误日志信息。接下来TBOX比较证书中的信息，进行验签。
接下来OTA服务器会要求TBOX发送自己的证书。收到后，验证TBOX端的证书，如果通过验证，则继续执行机制中剩下的内容，如果未通过，服务器拒绝连接，TBOX端打印相关错误日志信息。接下来，双方协商出加密方案和对称密钥用于接下来的通信。
如图2所示，本发明基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，包括以下步骤：
1、在TBOX和OTA服务器经历了TCP三次握手之后，TBOX首先发送消息给OTA服务器，该消息中包含所使用的TLS版本。此消息为铭文传送。
2、服务器在收到TBOX发送的消息后，将自己的通信证书发送给TBOX，通信证书中包含服务器的公钥。此消息为明文传送。
3、TBOX在收到OTA服务器的证书后，开始验证该证书的合法性。TBOX中预置签发OTA服务器CA的根证书，该证书包含该CA服务器的公钥，TBOX使用该公钥去解密OTA服务器通信证书的签名，与自己对证书所计算的摘要值进行比对，如果结果一致，则验签通过；如果结果不一致，则验签不通过，TBOX打印错误日志。
4、以上TBOX对OTA服务器的认证完成后，开始进行OTA服务器对TBOX的认证。TBOX将自己的通信证书发送给OTA服务器。该过程为明文发送。
5、OTA服务器在收到TBOX端的证书后，开始验证该证书的合法性。OTA服务器预置签发TBOX通信证书的CA的根证书，该证书包含该CA服务器的公钥，OTA服务器使用该公钥去解密TBOX通信证书的签名，与自己对证书所计算的摘要值进行比对，如果结果一致，则验签通过；如果结果不一致，则验签不通过，服务器拒绝连接，TBOX打印错误日志。
6、在双向认证完成后，TBOX将自己支持的加密方案发送给OTA服务器，共OTA服务器进行选择。该过程为密文传输，使用的密钥是OTA服务器的公钥加密。
7、OTA服务器收到TBOX发送的加密方案后，使用自己的私钥进行解密，在TBOX提供的加密方案中，选择一个加密程度最高的，将该方案使用TBOX公钥进行加密，然后发送给TBOX。该过程为密文传输，使用的密钥是TBOX的公钥。
8、TBOX使用自己的私钥解密，得到OTA服务器支持的加密方案，产生相应的随机数作为后续通信的对称加密密钥，将该随机数发送给OTA服务器。该过程是密文传输，使用的密钥是OTA服务器的公钥。
9、OTA服务器用自己的私钥解密拿到随机数，作为后续对称加密通信的密钥。
10、TBOX和OTA服务器后续使用该随机数进行对称加密通信。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、发起TLS通信请求建立连接；
B、返回包含OTA服务器公钥证书；
C、TBOX对OTA服务器公钥证书进行验签；
D、TBOX对OTA服务器的认证完成后，开始进行OTA服务器对TBOX的认证，TBOX将自己的通信证书发送给OTA服务器，该过程为明文发送；
E、OTA服务器对TBOX端的证书进行验签；
F、在双向认证完成后，TBOX将自己支持的加密方案发送给OTA服务器，共OTA服务器进行选择；
G、发送TBOX密钥将加密方案发给TBOX；
H、TBOX使用自己的私钥解密，得到OTA服务器支持的加密方案，产生相应的随机数作为后续通信的对称加密密钥，将该随机数发送给OTA服务器；
I、OTA服务器用自己的私钥解密拿到随机数，作为后续对称加密通信的密钥；
J、TBOX和OTA服务器后续使用该随机数作为对称加密密钥进行通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，其特征在于，步骤A，具体包括以下步骤：在TBOX和OTA服务器经历了TCP三次握手之后，TBOX首先发送消息给OTA服务器，该消息中包含所使用的TLS版本，为铭文传送。
3.根据权利要求1所述的一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，其特征在于，步骤B，具体包括以下步骤：服务器在收到TBOX发送的消息后，将自己的通信证书发送给TBOX，通信证书中包含服务器的公钥，消息为明文传送。
4.根据权利要求1所述的一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，其特征在于，步骤C，具体包括以下步骤：TBOX在收到OTA服务器的证书后，开始验证该证书的合法性。
5.根据权利要求1所述的一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，其特征在于：TBOX中预置签发OTA服务器CA的根证书，该证书包含该CA服务器的公钥，TBOX使用该公钥去解密OTA服务器通信证书的签名，与自己对证书所计算的摘要值进行比对，如果结果一致，则验签通过；如果结果不一致，则验签不通过，TBOX打印错误日志。
6.根据权利要求1所述的一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，其特征在于，步骤E，具体包括以下步骤：OTA服务器在收到TBOX端的证书后，开始验证该证书的合法性。
7.根据权利要求6所述的一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，其特征在于：OTA服务器预置签发TBOX通信证书的CA的根证书，该证书包含该CA服务器的公钥，OTA服务器使用该公钥去解密TBOX通信证书的签名，与自己对证书所计算的摘要值进行比对，如果结果一致，则验签通过；如果结果不一致，则验签不通过，服务器拒绝连接，TBOX打印错误日志。
8.根据权利要求1所述的一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，其特征在于，步骤F和步骤H过程为：密文传输，使用的密钥是OTA服务器的公钥加密。
9.根据权利要求1所述的一种基于TLS双向认证的OTA安全通信方法，其特征在于，步骤G，具体包括以下步骤：OTA服务器收到TBOX发送的加密方案后，使用自己的私钥进行解密，在TBOX提供的加密方案中，选择一个加密程度最高的，将该方案使用TBOX公钥进行加密，然后发送给TBOX；该过程为密文传输，使用的密钥是TBOX的公钥。
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