CN1567812A - 一种实现共享密钥更新的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现共享密钥更新的方法，多播/广播服务器将共享密钥切换的周期时间单元分成多个子时间段，每个子时间段对应一个子群组，多播/广播服务器在当前子时间段内，向与当前子时间段相对应的子群组中包含的群组内用户发送更新共享密钥，所述群组内用户存储更新共享密钥。本发明提出的方法能够有效避免因群组内用户同时申请共享密钥，而导致的无线通信网络通信阻塞。另外，在本发明中多播/广播服务器可将刚加入多播/广播业务的群组内用户分配至包含群组内用户数量较少的子群组内，以控制每个子时间段内申请更新共享密钥的子群组内用户数量的均衡。
Description
技术领域
本发明涉及共享密钥更新技术，特别是指一种实现群组共享密钥更新的方法。
背景技术
在无线通信网络中，多播/广播业务是指一点到多点的单向承载业务，数据由一个原实体发送至多个接收实体，如图1所示，数据由多播/广播服务器发送至多个终端。在一定区域内，已经订阅多播/广播业务的用户能够享受多播/广播业务的服务。在多播/广播业务中，为防止没有订阅多播/广播业务或未付费的用户享受到多播/广播业务的服务，需要在多播/广播业务中设置密钥，并且密钥只有多播/广播业务群组内用户和多播/广播服务器知道。多播/广播服务器是指能够提供多播/广播服务，兼具密钥生成管理功能的功能实体，可为在无线通信网络中新增的功能实体，也可为现有无线通信网络中的一个功能实体或多个功能实体的组合。
多播/广播服务器和群组内所有用户共享设置的密钥，因此可将这个设置密钥称为多播/广播业务群组共享密钥。多播/广播服务器向群组内用户发送加密的共享密钥，这个发送过程是多播/广播服务器和每个群组内用户一对一进行的。群组内用户和多播/广播服务器通过鉴权和密钥协商协议(AKA)进行互鉴权，在互鉴权过程中，群组内用户和多播/广播服务器同时生成并拥有加密密钥(KEK)，该加密密钥用来加密共享密钥，群组内每个用户的加密密钥是唯一的，即群组内用户拥有的加密密钥各不相同。多播/广播服务器使用与群组内用户相对应的加密密钥加密共享密钥，然后将经过加密的共享密钥发送给群组内相应用户，群组内用户使用与其相对应的加密密钥解密共享密钥，最终实现多播/广播服务器和群组内用户的密钥共享。多播/广播服务器使用共享密钥加密多播/广播业务信息，然后发送给群组内每个用户，群组内用户使用共享密钥解密多播/广播业务信息，获取多播/广播业务信息，最终享受到多播/广播业务的服务。
为防止群组外的用户享受多播/广播业务，共享密钥不是一成不变的，需要经常更新。共享密钥的更新应该是多播/广播服务器和群组内用户间一对一进行的。多播/广播服务器根据触发条件发起共享密钥的更新，触发共享密钥更新后，多播/广播服务器向群组内每个用户同时发送新的共享密钥。如果群组内存在大量可享受多播/广播业务服务的用户，共享密钥的同时申请将导致无线通信网络中的信息量在瞬间激增，可能使无线通信网络的通信受到阻塞。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实现共享密钥更新的方法，避免因群组内用户同时申请共享密钥而导致无线通信网络的通信受到阻塞。
为了达到上述目的，本发明提供了一种实现共享密钥更新的方法，将共享密钥切换周期划分为一个以上的子时间段，并建立每个子时间段与多播/广播群组的子群组间的对应关系，在子时间段内，向与该子时间段相对应的子群组中包含的群组内用户发送更新共享密钥。
该方法包含以下步骤：
A、多播/广播服务器在共享密钥切换周期内的当前子时间段内，向与当前子时间段相对应的子群组中包含的群组内用户发送加密后的更新共享密钥，所述群组内用户解密并存储更新共享密钥；
B、多播/广播服务器在每个共享密钥切换周期的到期点，以广播形式向群组内用户下发共享密钥切换命令，多播/广播服务器和存储有更新共享密钥的群组内用户同时将更新共享密钥切换为当前共享密钥。
所述子群组通过子群组标识号进行标识。
所述步骤A进一步包括以下步骤：
A1、多播/广播服务器在当前子时间段内，以广播形式向群组内所有用户下发与当前子时间段相对应的子群组标识号；
A2、群组内用户收到子群组标识号后，判断收到的子群组标识号是否与自身存储的子群组标识号相一致，如果一致，执行步骤A3，否则，所述群组内用户不作处理；
A3、所述群组内用户向多播/广播服务器发送更新共享密钥请求，多播/广播服务器收到更新共享密钥请求后，向所述群组内用户发送更新共享密钥。
所述步骤A2进一步包括：判断已订购多播/广播业务的用户加入多播/广播业务时，所述用户是否进行过一次共享密钥切换，如果是，执行步骤A2；否则，所述用户不作处理。
已订购多播/广播业务的用户加入多播/广播业务时，该方法进一步包括以下步骤：
a、无线通信网络通过网络认证，确定所述用户为已订购多播/广播业务的群组内用户，多播/广播服务器将所述用户分配至一个子群组；
b、多播/广播服务器向所述用户发送加密后的当前共享密钥和更新共享密钥、以及与所述用户所属子群组相对应的子群组标识号，所述用户解密并存储当前共享密钥、更新共享密钥和与所述用户所属子群组相对应的子群组标识号。
步骤a中所述分配为：多播/广播服务器根据每个子群组包含的群组内用户数量，确定所述用户所属的子群组。
步骤a中所述分配为：一个以上已订购多播/广播业务的用户加入多播/广播业务时，多播/广播服务器将属于同一地区的用户分配在不同子群组。
所述多播/广播服务器存储有：用于标识子群组的子群组标识号、子群组标识号与子时间段的对应关系和每个子群组中包含的群组内用户数。
所述多播/广播服务器进一步存储有：每个子群组中包含的每个群组内用户的自身信息。
多播/广播服务器以广播形式向群组内用户下发所述共享密钥切换命令。根据本发明提出的共享密钥更新方法，通过对群组内用户进行分组，使共享密钥切换周期中的每个子时间段内只有一个子群组的群组内用户与多播/广播服务器通过交互获取更新共享密钥，避免了因群组内用户同时申请共享密钥而导致的无线通信网络的通信阻塞。另外，在本发明中多播/广播服务器可根据每个子群组包含群组内用户的数量，将刚加入多播/广播业务的群组内用户分配至包含群组内用户数量较少的子群组内，以控制每个子时间段内申请更新共享密钥的子群组内群组内用户数量的均衡性。
附图说明
图1为多播/广播业务示意图；
图2为本发明中实现共享密钥更新的流程图；
图3为本发明中一实施例流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步地详细描述。
在对技术方案进行详述前，首先介绍本发明将要涉及的几个概念。
当前共享密钥(CURRENT_SHARE)：多播/广播服务器和群组内用户当前正在使用的共享密钥。
更新共享密钥(NEXT_SHARE)：多播/广播服务器和群组内用户在共享密钥切换后将使用的共享密钥。
共享密钥切换周期：在一个共享密钥切换周期内，多播/广播服务器和群组内用户使用的共享密钥为CURRENT_SHARE；在当前共享密钥切换周期结束时，即下一个共享密钥切换周期开始时，多播/广播服务器向群组内所有用户广播共享密钥切换命令，多播/广播服务器和群组内所有用户同时将共享密钥切换为NEXT_SHARE，此时，NEXT_SHARE成为CURRENT_SHARE。
子群组标识号(SUB_GROUP_ID)：多播/广播服务器将每个共享密钥切换周期划分为N个子时间段，每个子时间段对应一组群组内用户，每组群组内用户采用SUB_GROUP_ID进行标识，通过SUB_GROUP_ID区分属于不同组的群组内用户。多播/广播服务器存储与每个子时间段相对应的SUB_GROUP_ID，以及子群组中包含的群组内用户数。
本发明提出的方法是：设置多播/广播服务器的共享密钥切换周期，在每个共享密钥切换周期的到期点向群组内用户下发切换命令，多播/广播服务器和群组内所有用户同时切换共享密钥；将多播/广播服务器的共享密钥切换周期划分为N个子时间段，并将群组内用户划分与子时间段N对应的N个个子群组，每个群组内用户归属至其中一个子群组，不同的子群组通过SUB_GROUP_ID进行区分，然后建立每个子群组与每个子时间段间的对应关系，每个子群组与其中一个子时间段相对应，例如子群组1对应于子时间段1，子群组2对应于子时间段2；在每个子时间段内，多播/广播服务器向与该子时间段相对应的子群组内的群组内用户发送NEXT_SHARE，与该子时间段相对应的子群组内的群组内用户存储NEXT_SHARE，在当前共享密钥切换周期的到期点，多播/广播服务器和群组内用户同时切换共享密钥，NEXT_SHARE成为CURRENT_SHARE。由此可见，本发明通过对群组内用户进行分组，可使群组内用户获取NEXT_SHARE的时间点分散开，有效地避免了群组内用户在同一时间点向多播/广播服务器发起NEXT_SHARE请求，进而有效地避免了无线通信网络的通信阻塞。
用户经多播/广播业务服务器认证为已订购多播/广播业务的群组内用户后，多播/广播服务器根据当前每个子群组中包含群组内用户的数量，将该群组内用户分配至包含群组内用户数量相对较少的子群组内。多播/广播服务器使用与该群组内用户相对应的加密密钥加密CURRENT_SHARE和NEXT_SHARE，然后向该群组内用户发送加密的CURRENT_SHARE和NEXT_SHARE，同时发送与该群组内用户所属子群组相对应的SUB_GROUP_ID，并且增加该子群组包含的群组内用户数目。该群组内用户使用与其相对应的加密密钥解密CURRENT_SHARE和NEXT_SHARE，存储CURRENT_SHARE和NEXT_SHARE，同时该群组内用户存储自身所属子群组的SUB_GROUP_ID。
图2为本发明中实现共享密钥更新的流程图，如图2所示，实现共享密钥更新的过程包括以下步骤：
步骤201：多播/广播服务器在每个共享密钥切换周期的到期点，即当前共享密钥切换周期的起始点，向群组内用户广播共享密钥切换命令，多播/广播服务器和群组内用户同时完成共享密钥的切换，此时，NEXT_SHARE切换成为CURRENT_SHARE。
每个共享密钥切换周期被划分为N个子时间段，将群组内用户划分为N个子时间段对应的N个子群组，每个子群组与其中一个子时间段相对应。
步骤202～步骤203：在N个子时间段中的第n个子时间段的起始点，多播/广播服务器向群组内用户广播与当前子时间段相对应的SUB_GROUP_ID，即与第n个子时间段相对应的SUB_GROUP_ID。群组内用户收到SUB_GROUP_ID后，判断收到的SUB_GROUP_ID与自身存储的SUB_GROUP_ID是否一致，如果一致，执行步骤204；否则，群组内用户等待多播/广播服务器在下一个子时间段的起始点广播SUB_GROUP_ID，继续对收到的SUB_GROUP_ID与自身存储的SUB_GROUP_ID的一致性进行判断。
步骤204～步骤205：群组内用户向多播/广播服务器发送NEXT_SHARE请求；多播/广播服务器收到NEXT_SHARE请求后，使用与该群组内用户相对应的加密密钥加密NEXT_SHARE，然后将加密的NEXT_SHARE发送给该群组内用户；该群组内用户收到加密的NEXT_SHARE后，使用与自身相对应的加密密钥解密NEXT_SHARE，然后存储当前获取的NEXT_SHARE。
步骤206：多播/广播服务器在当前共享密钥切换周期的到期点，向群组内用户广播共享密钥切换命令，多播/广播服务器和群组内用户同时完成共享密钥的切换，此时，NEXT_SHARE切换成为CURRENT_SHARE。
根据以上所述的过程，多播/广播服务器和群组内用户根据共享密钥切换周期循环进行各自操作。
图3为本发明中一实施例流程图，如图3所示，本实施例包括以下步骤：
步骤301：多播/广播服务器在一个共享密钥切换周期的到期点，向群组内用户广播共享密钥切换命令，多播/广播服务器和群组内用户同时完成共享密钥的切换，此时，NEXT_SHARE切换成为CURRENT_SHARE。
步骤302～步骤303：当前多播/广播服务器的共享密钥切换周期内，用户M开机，经过无线通信网络的认证，确认用户M为已订购多播/广播业务的群组内用户，多播/广播服务器和用户M同时生成并拥有与用户M相对应的加密密钥。多播/广播服务器根据当前每个子群组中包含群组内用户数量的多少，将用户M分配至包含群组内用户数量相对较少的子群组内。多播/广播服务器使用与用户M相对应的加密密钥加密CURRENT_SHARE和NEXT_SHARE，然后向用户M发送加密的CURRENT_SHARE和NEXT_SHARE，同时发送与用户M所属子群组相对应的SUB_GROUP_ID，并且增加该子群组包含的用户数目。用户M使用与其相对应的加密密钥解密CURRENT_SHARE和NEXT_SHARE，存储CURRENT_SHARE和NEXT_SHARE，同时用户M存储自身所属子群组的SUB_GROUP_ID。
步骤304：在上一个子时间段的到期点，即当前子时间段的起始点，多播/广播服务器向群组内用户广播与当前子时间段相对应的SUB_GROUP_ID，即与当前子时间段相对应的SUB_GROUP_ID。群组内除用户M的其他用户收到SUB_GROUP_ID后，对收到的SUB_GROUP_ID与自身存储的SUB_GROUP_ID的一致性进行判断。为避免重复申请，群组内用户只有在加入多播/广播业务，进行过一次共享密钥的切换后，才会对收到的SUB_GROUP_ID与自身存储的SUB_GROUP_ID的一致性进行判断，因此，此时用户M不会对多播/广播服务器广播的SUB_GROUP_ID与自身存储的SUB_GROUP_ID的一致性进行判断。
步骤305：多播/广播服务器在一个共享密钥切换周期的到期点，向群组内用户广播共享密钥切换命令，多播/广播服务器和群组内用户同时完成共享密钥的切换，此时，NEXT_SHARE切换成为CURRENT_SHARE。
步骤306～步骤307：在N个子时间段中的第a个子时间段的起始点，多播/广播服务器向群组内用户广播与当前子时间段相对应的SUB_GROUP_ID，即与第a个子时间段相对应的SUB_GROUP_ID。用户M收到SUB_GROUP_ID后，判断收到的SUB_GROUP_ID与自身存储的SUB_GROUP_ID是否一致，如果一致，执行步骤308；否则，用户M等待多播/广播服务器在下一个子时间段的起始点广播SUB_GROUP_ID，继续对收到的SUB_GROUP_ID与自身存储的SUB_GROUP_ID的一致性进行判断。
步骤308～步骤309：群组内用户向多播/广播服务器发送NEXT_SHARE请求；多播/广播服务器收到NEXT_SHARE请求后，使用与用户M相对应的加密密钥加密NEXT_SHARE，然后将加密的NEXT_SHARE发送给用户M；用户M收到加密的NEXT_SHARE后，使用与自身相对应的加密密钥解密NEXT_SHARE，然后存储当前获取的NEXT_SHARE。
步骤310：多播/广播服务器在当前共享密钥切换周期的到期点，向群组内用户广播共享密钥切换命令，多播/广播服务器和群组内用户同时完成共享密钥的切换，此时，NEXT_SHARE切换成为CURRENT_SHARE。
后续过程与步骤305～步骤310基本相同，在此不再赘述。
当有多个已订购多播/广播业务的用户加入多播/广播业务时，多播/广播服务器可将属于同一地区的用户尽量分配在不同的子群组。
另外，使多播/广播服务器在存储有标识子群组的SUB_GROUP_ID、与该SUB_GROUP_ID相对应的子时间段、每个子群组中包含群组内用户数量的前提下，使多播/广播服务器进一步存储有每个群组内用户的自身信息，每个群组内用户所属子群组的SUB_GROUP_ID，因此，在与SUB_GROUP_ID相对应的子时间段的起始点，多播/广播服务器可不向群组内用户广播与当前子时间段相对应的SUB_GROUP_ID，而是直接在当前子时间段的起始点，向以SUB_GROUP_ID为标识的子群组包含的群组内用户发送加密的NEXT_SHARE。加密原则依然为采用与每个群组内用户相对应的加密密钥加密NEXT_SHARE。群组内用户直接接收加密的NEXT_SHARE，使用与自身相对应的加密密钥解密NEXT_SHARE，然后存储当前获取的NEXT_SHARE，不必再向多播/广播服务器发送NEXT_SHARE请求。多播/广播服务器同样在一个共享密钥切换周期的到期点，向群组内用户广播共享密钥切换命令，多播/广播服务器和群组内用户同时完成共享密钥的切换，此时，NEXT_SHARE切换成为CURRENT_SHARE。
多播/广播服务器可将安全级别、群组内用户的总数量等因素综合平衡后，确定以上所述的共享密钥切换周期的长短。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1、一种实现共享密钥更新的方法，其特征在于：将共享密钥切换周期划分为一个以上的子时间段，并建立每个子时间段与多播/广播群组的子群组间的对应关系，在子时间段内，向与该子时间段相对应的子群组中包含的群组内用户发送更新共享密钥。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法包含以下步骤：
A、多播/广播服务器在共享密钥切换周期内的当前子时间段内，向与当前子时间段相对应的子群组中包含的群组内用户发送加密后的更新共享密钥，所述群组内用户解密并存储更新共享密钥；
B、多播/广播服务器在每个共享密钥切换周期的到期点，以广播形式向群组内用户下发共享密钥切换命令，多播/广播服务器和存储有更新共享密钥的群组内用户同时将更新共享密钥切换为当前共享密钥。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述子群组通过子群组标识号进行标识。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤A包括以下步骤：
A1、多播/广播服务器在当前子时间段内，以广播形式向群组内所有用户下发与当前子时间段相对应的子群组标识号；
A2、群组内用户收到子群组标识号后，判断收到的子群组标识号是否与自身存储的子群组标识号相一致，如果一致，执行步骤A3，否则，所述群组内用户不作处理；
A3、所述群组内用户向多播/广播服务器发送更新共享密钥请求，多播/广播服务器收到更新共享密钥请求后，向所述群组内用户发送更新共享密钥。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述步骤A2进一步包括：判断已订购多播/广播业务的用户加入多播/广播业务时，所述用户是否进行过一次共享密钥切换，如果是，执行步骤A2；否则，所述用户不作处理。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，已订购多播/广播业务的用户加入多播/广播业务时，该方法进一步包括以下步骤：
a、无线通信网络通过网络认证，确定所述用户为已订购多播/广播业务的群组内用户，多播/广播服务器将所述用户分配至一个子群组；
b、多播/广播服务器向所述用户发送加密后的当前共享密钥和更新共享密钥、以及与所述用户所属子群组相对应的子群组标识号，所述用户解密并存储当前共享密钥、更新共享密钥和与所述用户所属子群组相对应的子群组标识号。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤a中所述分配为：多播/广播服务器根据每个子群组包含的群组内用户数量，确定所述用户所属的子群组。
8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤a中所述分配为：一个以上已订购多播/广播业务的用户加入多播/广播业务时，多播/广播服务器将属于同一地区的用户分配在不同子群组。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多播/广播服务器存储有：用于标识子群组的子群组标识号、子群组标识号与子时间段的对应关系和每个子群组中包含的群组内用户数。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述多播/广播服务器进一步存储有：每个子群组中包含的每个群组内用户的自身信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |