CN115696318B - 安全通信装置、安全认证方法和安全通信方法 - Google Patents
安全通信装置、安全认证方法和安全通信方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了安全通信装置、安全认证方法和安全通信方法，该装置包括：专用通信模组，所述专用通信模组包括标准通信模组和AT命令处理模块，所述AT命令处理模块提供增强AT指令，所述标准通信模组提供通用AT指令；密码模块，所述密码模块由所述AT命令处理模块进行功能调用。本发明既能够解决物联网终端的安全增强问题，又能够降低对物联网终端厂商、通信模组厂商等产业链的定制和集成难度，利用安全通信装置与物联网管理平台后端的密码服务形成端到端的安全防护能力。
Description
技术领域
本发明属于通信安全技术领域，尤其涉及安全通信装置、安全认证方法和安全通信方法。
背景技术
以NB-IoT物联网系统为例，物联网应用安全解决方案的模型包括，物联网终端-移动通信网络-物联网管理平台-物联网应用。其中，物联网终端需要嵌入密码模块，物联网管理平台需要通过密码服务SDK调用外部的服务器密码机；由终端侧密码模块与网络侧服务器密码机配合，提供端到端安全防护能力，包括轻量级接入鉴权和轻量级数据机密性和完整性保护。
由此可见，物联网终端安全的传统解决方案是以物联网终端为主体，在物联网终端中嵌入密码模块。
由物联网终端集成传感器、物联网通信模组、天线、电源芯片、电池以及微处理器。在微处理器上部署终端应用APP和密码服务SDK。当物联网终端开机后，微处理器通过密码服务SDK调用密码模块中的密码应用，发起与物联网管理平台的接入认证；当需要发送感知数据时，微处理器上的终端应用APP从传感器采集感知数据，然后通过密码服务SDK调用密码模块中的密码应用完成对感知数据的加密处理，再通过通信模组发送感知数据。这种解决方案是目前大多数解决方案采用的技术途径，存在以下几个弊端：
（1）标准化程度不高，在设计上属于“一事一议”性质，多种物联网终端需要设计多次；
（2）物联网终端厂家需要具有定制开发能力，能够集成密码服务SDK，实现密码模块的嵌入和调用；
（3）不同的厂家有不同的实现方式，软件实现上若存在漏洞，将导致密码服务SDK的调用被旁路，从而导致物联感知数据无法得到保护。因此，将密码模块的集成工作部署在靠近应用侧，放在物联网终端厂家，存在较大安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了安全通信装置、安全认证方法和安全通信方法, 由终端微处理器MCU通过标准AT指令集控制通信模组调用密码模块中认证、机密性保护、完整性保护等安全功能，既能够解决物联网终端的安全增强问题，又能够降低对物联网终端厂商、通信模组厂商等产业链的定制和集成难度，利用安全通信装置与物联网管理平台后端的密码服务形成端到端的安全防护能力，以满足关键行业对物联网应用安全的需求。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种安全通信装置，所述装置包括：
专用通信模组，所述专用通信模组包括标准通信模组和AT命令处理模块，所述AT命令处理模块提供增强AT指令，所述标准通信模组提供通用AT指令；
密码模块，所述密码模块由所述AT命令处理模块进行功能调用。
进一步的，所述AT命令处理模块通过将增强AT指令转化为API函数实现对所述密码模块的功能调用。
进一步的，所述密码模块的功能包括身份鉴别功能、机密性保护功能和完整性保护处理功能。
进一步的，所述密码模块包括软件形态或硬件形态中的任意一种。
另一方面，本发明还提供了一种终端安全认证方法，所述方法通过前述任一种安全通信装置实现，所述方法包括：
终端发送AT指令，通知所述安全通信装置准备向后端管理平台发起接入认证；
所述AT命令处理模块向管理平台完成身份校验；
安全通信装置通知所述终端认证成功。
进一步的，所述AT命令处理模块向管理平台完成身份校验具体包括：
所述AT命令处理模块调用密码模块的身份鉴别功能，生成身份鉴别凭证；
所述AT命令处理模块创建Socket会话，基于所述身份鉴别凭证封装接入认证请求，并向后端管理平台发起轻量级接入认证请求；
管理平台校验安全通信装置身份后，返回轻量级接入认证应答，AT命令处理模块解封装接入认证应答获取对端身份鉴别凭证，并释放Socket会话。
另一方面，本发明还提供了一种终端安全通信方法，所述方法通过前述任一种安全通信装置实现，所述方法包括：
终端通过发送AT指令通知安全通信装置的AT命令处理模块创建Socket会话；
终端通过发送AT指令向安全通信装置发送明文上行业务数据；
安全通信装置的AT命令处理模块调用密码模块的机密性保护功能和完整性保护处理功能，并获得密文上行业务数据；
安全通信装置的AT命令处理模块向管理平台发送密文上行业务数据。
进一步的，当管理平台有下行控制指令信息时，所述方法还包括：
管理平台向终端发送下行密文业务数据；
AT命令处理模块收到下行密文业务数据后，调用密码模块的机密性保护和完整性保护处理功能，获得明文下行业务数据；
终端通过发送AT指令从安全通信模组获得明文下行业务数据；
终端通过发送AT指令通知安全通信模组的AT命令处理模块释放Socket会话。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明可以基于对通信模组最低限度定制要求的前提下实现终端接入认证、业务防护等安全增强能力，也可以让终端厂商无感的情况下支持安全增强功能。
（2）本发明适用范围广，适用于任何移动通信终端和模组，例如物联网终端和模组。能够为基于公共基础设施构建高安全专网应用提供有力的技术支撑。
附图说明
图1是本发明实施例提供的安全通信装置结构框图；
图2是本发明实施例物联网终端安全通信方法流程示意图；
图3是本发明实施例基于NB-IoT网络的物联网终端安全通信方法流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
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。
由物联网终端集成传感器、物联网通信模组、天线、电源芯片、电池以及微处理器。在微处理器上部署终端应用APP和密码服务SDK。当物联网终端开机后，微处理器通过密码服务SDK调用密码模块中的密码应用，发起与物联网管理平台的接入认证；当需要发送感知数据时，微处理器上的终端应用APP从传感器采集感知数据，然后通过密码服务SDK调用密码模块中的密码应用完成对感知数据的加密处理，再通过通信模组发送感知数据。这种解决方案是目前大多数解决方案采用的技术途径，存在以下几个弊端：
（1）标准化程度不高，在设计上属于“一事一议”性质，多种物联网终端需要设计多次；
（2）物联网终端厂家需要具有定制开发能力，能够集成密码服务SDK，实现密码模块的嵌入和调用；
（3）不同的厂家有不同的实现方式，软件实现上若存在漏洞，将导致密码服务SDK的调用被旁路，从而导致物联感知数据无法得到保护。因此，将密码模块的集成工作部署在靠近应用侧，放在物联网终端厂家，存在较大安全隐患。
为了解决上述技术问题，提出了本发明安全通信装置、安全认证方法和安全通信方法的下述各个实施例。
实施例1
参照图1，如图1所示是本实施例提供的安全通信装置结构框图，该装置具体包括以下结构：
专用通信模组，专用通信模组包括标准通信模组和AT命令处理模块，AT命令处理模块提供增强AT指令，标准通信模组提供通用AT指令；
密码模块，密码模块由AT命令处理模块进行功能调用。
其中，专用通信模组为标准通信模组通过轻度软件定制，嵌入AT命令处理模块。由AT命令处理模块提供增强AT指令，专用通信模组中标准通信模组部分提供通用AT指令。由专用通信模组将这两类AT指令整合，对外提供标准AT指令集，并对外发布。
AT命令处理模块接收与安全增强功能相关的增强AT指令，将增强AT指令转化为API函数，调用密码模块中的安全功能；同时从专用通信模组获取Socket访问权限，直接与网络侧物联网管理平台之间开展轻量级接入认证，建立端到端安全业务连接。
密码模块可为硬件形态或软件形态，通过API函数，供AT命令处理模块进行调用，可提供身份鉴别、机密性保护和完整性保护等安全功能。
终端厂商根据安全通信模组发布的标准AT指令集进行标准化的集成设计工作。
本实施例提供的安全通信装置可以基于对通信模组最低限度定制要求的前提下实现终端接入认证、业务防护等安全增强能力，也可以让终端厂商无感的情况下支持安全增强功能。适用范围广，适用于任何移动通信终端和模组，例如物联网终端和模组。能够为基于公共基础设施构建高安全专网应用提供有力的技术支撑。
实施例2
参照图2，如图2所示是本实施例物联网终端安全通信方法流程示意图，物联网终端发起接入认证、发送上行业务以及接收下行业务等情况下的安全通信方法具体包括以下流程：
物联网终端MCU首次开机后，首先需要进行安全认证，具体如下：
（1）物联网终端MCU通过发送AT指令CSAUTH，通知安全通信模组准备向后端物联网管理平台发起接入认证；
（2）安全通信模组的AT命令处理模块调用密码模块的身份鉴别处理功能，生成身份鉴别凭证；
（3）安全通信模组的AT命令处理模块创建Socket会话，基于身份鉴别凭证封装接入认证请求，并向后端物联网管理平台发起轻量级接入认证请求；
（4）物联网管理平台校验安全通信模组身份后，返回轻量级接入认证应答，AT命令处理模块解封装接入认证应答获取对端身份鉴别凭证，并释放Socket会话。
（5）安全通信模组的AT命令处理模块调用密码模块的身份鉴别处理功能，验证校验身份鉴别凭证；
（6）安全通信模组准备通过应答AT指令AUTH OK通知物联网终端MCU接入认证的结果；
接入认证成功后，物联网终端后续就具备了开展物联网应用的条件。
当物联网终端需要发送业务数据时：
（7）物联网终端MCU通过发送AT指令CSSOCR，通知安全通信模组的AT命令处理模块创建Socket会话；
（8）物联网终端MCU通过发送AT指令CSSOST，向物联网安全通信模组发送明文上行业务数据；
（9）（10）安全通信模组的AT命令处理模块调用密码模块的机密性保护和完整性保护处理功能，并获得密文上行业务数据；
（11）安全通信模组的AT命令处理模块向物联网管理平台发送密文上行业务数据；
物联网管理平台若有下行控制指令信息时：
（12）物联网管理平台向物联网终端发送下行密文业务数据；
（13）（14）安全通信模组的AT命令处理模块收到下行密文业务数据后，调用密码模块的机密性保护和完整性保护处理功能中的解析和校验功能，获得明文下行业务数据；
（15）物联网终端MCU通过发送AT指令CSSORF，从物联网安全通信模组获得明文下行业务数据；
（16）物联网终端MCU通过发送AT指令CSSORF，通知安全通信模组的AT命令处理模块释放Socket会话。
实施例3
本实施例给出了基于NB-IoT网络的物联网终端安全通信方法实施实例。参照图3，如图3所示是本实施例基于NB-IoT网络的物联网终端安全通信方法流程示意图。该方法具体包括以下流程：
S1、物联网终端开机；
S1-01、物联网终端的安全通信模组向NB-IoT网络发起移动通信主认证；
S1-02、移动通信主认证成功后，专用通信模组将驻网成功结果通知给AT命令处理软件模块和物联网终端MCU；
S1-03、物联网终端MCU通过发送AT指令CSAUTH，通知安全通信模组准备向后端物联网管理平台发起接入认证；
S1-04、安全通信模组的AT命令处理模块通过专用通信模组创建Socket会话；
S1-05、安全通信模组的AT命令处理模块调用密码模块的身份鉴别处理功能，生成身份鉴别凭证；
S1-06、基于身份鉴别凭证封装接入认证请求，并向后端物联网管理平台发起轻量级接入认证请求；
S1-07、物联网管理平台校验安全通信模组身份后，返回轻量级接入认证应答；
S1-08、AT命令处理模块解封装接入认证应答获取对端身份鉴别凭证，并调用密码模块的身份鉴别处理功能，验证校验身份鉴别凭证；
S1-09、安全通信模组准备通过应答AT指令AUTH OK通知物联网终端MCU接入认证的结果；
S1-10、最后，AT命令处理模块通过专用通信模组释放Socket会话。
S2、物联网终端产生上行业务数据；
S2-01、物联网终端MCU通过发送AT指令CSSOCR，通知安全通信模组的AT命令处理模块创建Socket会话；
S2-02、AT命令处理模块通过专用通信模组创建Socket会话，并向物联网终端MCU返回Socket号；
S2-03、物联网终端MCU通过发送AT指令CSSOST，向物联网安全通信模组发送明文上行业务数据；
S2-04、AT命令处理模块调用密码模块的机密性保护处理功能生成密文业务数据；
S2-05、AT命令处理模块调用密码模块的完整性保护处理功能，生成校验凭证，至此获得完整的密文上行业务数据；
S2-06、AT命令处理模块向物联网管理平台发送密文上行业务数据。
S3、物联网管理平台若有下行控制指令信息；
S3-01、物联网管理平台向物联网终端发送下行密文业务数据；
S3-02、AT命令处理模块收到下行密文业务数据后，调用密码模块的完整性保护校验功能，验证下行业务数据在传输过程中是否被篡改；
S3-03、若下行业务数据未被篡改，AT命令处理模块调用密码模块的机密性保护解析，获得下行明文业务数据；
S3-04、物联网终端MCU通过发送AT指令CSSORF，从物联网安全通信模组获得明文下行业务数据；
S3-05、物联网终端根据下行业务数据中的控制指令执行相关处理；
S3-06、物联网终端MCU通过发送AT指令CSSOCL，通知安全通信模组的AT命令处理模块释放Socket会话；
S3-07、AT命令处理模块向专用通信模组释放Socket会话。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种安全通信装置，其特征在于，所述装置的对端包括管理平台，所述装置包括：
专用通信模组，所述专用通信模组包括标准通信模组和AT命令处理模块，所述AT命令处理模块提供与安全增强功能相关的增强AT指令，所述标准通信模组提供通用AT指令，所述AT命令处理模块嵌入在所述标准通信模组中，所述AT命令处理模块通过将增强AT指令转化为API函数实现对密码模块的功能调用，所述专用通信模组对外提供标准AT指令集；
密码模块，所述密码模块由所述AT命令处理模块进行功能调用。
2.如权利要求1所述的安全通信装置，其特征在于，所述密码模块的功能包括身份鉴别功能、机密性保护功能和完整性保护处理功能。
3.如权利要求1所述的安全通信装置，其特征在于，所述密码模块包括软件形态和硬件形态中的任意一种。
4.一种安全认证方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1-3任一所述的安全通信装置实现，所述方法包括：
终端发送AT指令，通知所述安全通信装置准备向后端管理平台发起接入认证；
所述AT命令处理模块向管理平台完成身份校验；
所述AT命令处理模块向管理平台完成身份校验具体包括：
所述AT命令处理模块调用密码模块的身份鉴别功能，生成身份鉴别凭证；
所述AT命令处理模块创建Socket会话，基于所述身份鉴别凭证封装接入认证请求，并向后端管理平台发起轻量级接入认证请求；
管理平台校验安全通信装置身份后，返回轻量级接入认证应答，AT命令处理模块解封装接入认证应答获取对端身份鉴别凭证，并释放Socket会话；
安全通信装置通知所述终端认证成功。
5.一种安全通信方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1-3任一所述的安全通信装置实现，所述方法包括：
终端通过发送AT指令通知安全通信装置的AT命令处理模块创建Socket会话；
终端通过发送AT指令向安全通信装置发送明文上行业务数据；
安全通信装置的AT命令处理模块调用密码模块的机密性保护功能和完整性保护处理功能，并获得密文上行业务数据；
安全通信装置的AT命令处理模块向管理平台发送密文上行业务数据。
6.如权利要求5所述的安全通信方法，其特征在于，当管理平台有下行控制指令信息时，所述方法还包括：
管理平台向终端发送下行密文业务数据；
AT命令处理模块收到下行密文业务数据后，调用密码模块的机密性保护和完整性保护处理功能，获得明文下行业务数据；
终端通过发送AT指令从安全通信装置获得明文下行业务数据；
终端通过发送AT指令通知安全通信装置的AT命令处理模块释放Socket会话。
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