WO2011017847A1

WO2011017847A1 - 交换密钥的方法及设备

Info

Publication number: WO2011017847A1
Application number: PCT/CN2009/073263
Authority: WO
Inventors: 欧鹏
Original assignee: 华为技术有限公司
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2011-02-17
Also published as: CN102239661B; CN102239661A

Description

交换密钥的方法及设备

技术领域

本发明涉及通信技术，具体涉及一种交换密钥的方法及设备。背景技术

吉比特无源光网络（ GPON, Gigabit-capable Passive Optical Networks ) 技术是新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽、高效率、大覆盖范围、用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。 GPON系统由光线路终端（OLT, Optical Line Terminal ), 光分配网络（ ODN , Optical Distribution Network )和光网络单元（ ONU , Optical Network Unit )组成。 OLT为 GPON局端设备，负责管理、监控和维护整个 GPON系统； ONU为 GPON远端设备，负责用户和业务的接入功能； ODN由光纤和一个或多个无源光分路器（POS, Passive Optical Splitter )等无源光器件组成，在 OLT和 ONU间提供光通道； OLT通过 ODN连接到一个或多个 ONU, 以形成所谓的点对多点（P2MP, Point to Multi-Point )拓朴结构，从 OLT到 ONU为下行方向（ DS, Downstream ) ,从 ONU到 OLT为上行方向（ US, UpStream )„ GPON远端设备可大致分为 ONU和 ONT两种，在后面将不做区分，统称为 ONU。

GPON的国际标准 G.984.3中定义了 OLT对 ONU认证的方法，其具体是通过物理层操作管理维护（ PLOAM, Physical Layer OAM ) 消息实现 OLT与 ONU之间的密钥交换。

在实现本发明的过程中，发明人发现在现有技术中，由于 GPON现有标准是在 4叚设上行节点和中间节点都安全的情况下制定的，而且现有 PLOAM消息和 GPON传输汇聚层（ GTC, GPON Transmission Convergence )头部都是采用明文的形式，而这些消息中传输了 SN ( Serial Number, 序列号）、 Password (密码）、 Key (密钥）等重要信息，因此无法保证密钥的安全性。发明内容本发明实施例提供一种交换密钥的方法及设备，以提高 OLT和 ONU的安全性。

本发明实施例首先提供一种交换密钥的方法，包括：光线路终端和光网络单元分别产生随机数；所述光线路终端和光网络单元分别将其产生的随机数发送给对方；所述光线路终端和光网络单元使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥。

本发明实施例还提供另一种交换密钥的方法，包括：生成第一随机数并将所述第一随机数发送给对端设备；接收所述对端设备提供的第二随机数；根据与所述对端设备预先约定的密码、第一随机数和第二随机数，利用 HMAC函数计算出密钥。

本发明实施例还提供一种 PON设备，包括：随机数产生单元，用于产生第一随机数；发送单元，用于将所述第一随机数发送给对端设备；接收单元，用于接收所述对端设备发送的第二随机数；计算单元，用于根据与所述对端设备约定的密码、第一随机数和第二随机数，利用 HMAC函数计算出密钥。

本发明实施例还提供另一种 PON设备，包括：随机数产生单元，用于产生第一随机数；公开值生成单元，用于根据所述第一随机数生成第一公开值；发送单元，用于将所述第一公开值发送给与自己通信的对端设备；接收单元，用于接收所述对端设备发送的第二公开值，其中所述第二公开值为所述对端设备根据其产生的第二随机数生成；计算单元，用于使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数和公开值计算得到密钥。

本发明实施例提供的交换密钥的方法及设备，由 OLT和 ONU分别产生随机数，并将所述随机数发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥。或者，由 OLT和 ONU分别产生随机数，并根据所述随机数生成公开值；将所述公开值发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数和公开值计算得到密钥。从而可以保证 OLT和 ONU 之间密钥的安全性，进而提高 OLT和 ONU通信的安全性。附图说明

图 1是本发明实施例交换密钥的方法的一种流程图；图 2是本发明实施例交换密钥的方法的另一种流程图；

图 3是本发明实施例中 OLT和 ONU交换密钥过程的一种示意图；图 4是本发明实施例中 OLT和 ONU交换密钥过程的另一种示意图；图 5是本发明实施例中 OLT和 ONU交换密钥过程的另一种示意图；图 6是本发明实施例中 OLT和 ONU交换密钥过程的另一种示意图；图 7是本发明实施例 PON设备的一种结构示意图；

图 8是本发明实施例 PON设备的另一种结构示意图。具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

本发明实施例交换密钥的方法及设备，由 OLT和 ONU分别产生随机数；将所述随机数发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥。或者，由 OLT和 ONU分别产生随机数，并根据所述随机数生成公开值；将所述公开值发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数和公开值计算得到密钥。由此，可以保证 OLT和 ONU之间密钥的安全性，从而提高 OLT和 ONU通信的安全性。

HMAC是一个结合了哈希函数 (例如 MD5, SHA-1)和对称密钥的 MAC(信息认证码）函数。它的计算方式可以如下：

HMAC(K,M) = H( K©opad, H(K©ipad, M) );

其中， K是 512bit对称密钥 (如果长度不够在 K后面补 0), Η是哈希函数， opad是 512bit的常数 0x5c5c...5c, ipad是 512bit的常数 0x3636...36, M是信息。

HMAC函数的输出长度等于哈希函数的输出长度，例如，如果 H是 SHA- 1 , 那么 HMAC的输出长度是 160bit。 HMAC函数所用的 ipad和 opad可以使得内外两次哈希的密钥 (K㊉ ipad和 K㊉ opad)之间的相似性大大降低，从而提高安全性。 HMAC也已被证明是一个好的伪随机函数。

如图 1所示，是本发明实施例交换密钥的方法的一种流程图，包括以下步骤：步骤 101 , OLT和 ONU分别产生随机数；

步骤 102, OLT和 ONU分别将其产生的随机数发送给对方；

步骤 103 , OLT和 ONU分别使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥。

具体地， OLT和 ONU可以分别将约定密码、 N— T、 ONU— ID、 N— U作为

HMAC函数的参数，计算得到密钥 key, 其中， N—T为光线路终端产生的第一随机数， N— U为 ONU产生的第二随机数， ONU ID为 ONU的标识。

在本发明实施例中，所述约定密码可以是： PON标准中规定的序列号 SN 或密码 PW。在这种情况下，为了进一步保证数据传输的安全性， OLT和 ONU 在将各自产生的随机数发送给对方之前，可以先对所述随机数进行加密，比如，使用 AES ( Advanced Encryption Standard, 高级加密标准）算法加密。 OLT和 ONU在接收到对方发送的加密的随机数后，对所述随机数进行解密。其中，对所述随机数加密和解密的密钥可以是 SN或 PW。

在本发明实施例中，所述约定密码还可以是：预共享密钥 /^¾：= _1 @ _2㊉…㊉其中 t/— HAMCO PW AT ^ c , C为常量。

在本发明实施例中，所述约定密码还可以是：利用公式 _0 = N_r © N _[/ 计算得到的共享密钥 K—0, 其中， N—T为光线路终端产生的随机数， N— U为 PON远端设备产生的随机数。在这种情况下，为了进一步保证数据传输的安全性， OLT和 ONU在将各自产生的随机数发送给对方之前，可以对所述随机数进行加密。比如，双方可以分别采用对方的公钥对自己产生的所述随机数加密，再将加密后的随机数提供给对方； OLT和 ONU在接收到对方发送的被加密的随机数后，进一步采用自己的私钥对所述随机数进行解密。

为了进一步保证 OLT和 ONU得到的密钥的正确性，防止各自发送给对方的随机数被墓改而导致 OLT和 ONU计算得到的密钥错误，在本发明实施例中还可进一步包括以下步骤： OLT和 ONU分别使用 HMAC函数以及计算得到密钥对所述密钥进行验证，并将验证结果发送给对方；光线路终端和 PON远端设备收到对方的验证结果后，利用相同的公式及所述验证结果确定对方的密钥是否与自己的密钥相同。

本发明实施例交换密钥的方法，由 OLT和 ONU分别产生随机数；将所述随机数发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥，从而可以保证 OLT和 ONU之间密钥的安全性，进而提高 OLT和 ONU通信的安全性。

如图 2所示，是本发明实施例交换密钥的方法的另一种流程图，包括以下步骤：

步骤 201 , OLT和 ONU分别产生随机数，并根据所述随机数生成公开值；具体地， OLT生成第一随机数 N_T≡ [1, q-1 ] ,并根据公式 X_T = g^A {N T} mod p生成第一公开值 X_T; ONU产生第二随机数 N_U e [1, q-1 ] , 并根据公式 X_U = g^A{N_U} mod p生成第二公开值 X_U;

其中， q是能被 p-1整除的质数， g是 p的原根， p为质数， g = h^A{(p-l)/q} mod p, h为 l<h<p-l之间的任意整数。

步骤 202, OLT和 ONU分别将所述第一公开值 X— T、第二公开值 X— U发送给对方；

步骤 203 , OLT和 ONU分别使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数和公开值计算得到密钥。

具体地， ONU可以将约定密码、 X_T、 ONU_ID、 X_U、 X_T^A{N_U} mod p作为 HMAC函数的参数，计算得到密钥； OLT可以将约定密码、 X— U、 X T, ONU— ID、 X— U^A{N— T} mod p作为 HMAC函数的参数，计算得到密钥。其中， ONU ID为 ONU的标识。

在本发明实施例中，所述约定密码可以是 PON标准中规定的序列号 SN 或密码 PW ; 还可以是预共享密钥 A^ = t/ _l ® t/ _2 © ...© [/ _c , 其中 U _ i = HAMC⁽ⁱ⁾ (PW, SN), \ < i < c , C为常量。

同样，为了进一步保证 OLT和 ONU得到的密钥的正确性，防止各自发送给对方的随机数被墓改而导致 OLT和 ONU计算得到的密钥错误，在本发明实施例中还可进一步包括以下步骤： OLT和 ONU分别使用 HMAC函数以及计算得到密钥对所述密钥进行验证，并将验证结果发送给对方；光线路终端和 PON远端设备收到对方的验证结果后，利用相同的公式及所述验证结果确定对方的密钥是否与自己的密钥相同。

本发明实施例交换密钥的方法，由 OLT和 ONU分别产生随机数，并根据所述随机数生成公开值；将所述公开值发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数和公开值计算得到密钥，从而可以保证 OLT 和 ONU之间密钥的安全性，进而提高 OLT和 ONU通信的安全性。

下面分别详细举例进一步说明本发明实施例中 OLT和 ONU交换密钥的过程。

1. 基于短位密码的模式

如图 3所示，是本发明实施例中 OLT和 ONU交换密钥过程的一种示意图。步骤 301. OLT产生一个第一随机数 N— T;

步骤 302. OLT使用 AES对所述第一随机数 N— T进行加密，加密的密钥使用 OLT和 ONU预先约定的短位密码，比如 SN或者 PW;

步骤 303. OLT将加密后的 N— T发给 ONU;

步骤 304. ONU使用所述短位密码将接收到的加密后的 N— T使用所述短位密码解开，以得到所述第一随机数 N—T;

步骤 305. ONU产生一个第二随机数 N— U;

步骤 306. ONU使用 AES对所述第二随机数 N— U进行加密，加密的密钥也可采用所述短位密码，即 SN或者 PW;

步骤 307. ONU将加密后的 N— U发送给 OLT;

步骤 308. OLT使用所述短位密码将接收到的加密后的 N—U解开，以得到所述第二随机数 N— U;

步骤 309. OLT使用公式 key = HMAC(PW,N— T,ONU— ID,N— U)计算 OLT 密钥 keyl ;

步骤 310. ONU利用相同的公式计算 ONU密钥 key 2=

HMAC(PW,N_T,ONU_ID,N_U)；

步骤 311. ONU根据 RSP_U= HMAC(PW,N_T,N_U,ONU_ID,key2)进行计算以对其计算得到的密钥 key 2进行验证，得到验证结果 RSP— U;

步骤 312. ONU将计算得到的 RSP— U发送给 OLT;

步骤 313. OLT利用相同的公式 RSP— U=

HMAC(PW,N— Τ,Ν— U,ONU— ID,keyl)进行计算，如果计算结果与收到的 RSP— U 相同，则认为 ONU与 OLT的密钥相同；步骤 314. OLT根据 RSP_T= HMAC(PW,N— Τ,Ν— U,key,ONU— ID)对其计算得到的密钥 key 1进行验证，得到验证结果 RSP— T;

步骤 315. OLT将计算得到的 RSP— T发送给 ONU;

步骤 316. ONU利用相同的公式 RSP— T= HMAC(PW,N_T,N_U, ONU— ID, key2)进行计算，如果计算结果与收到的 RSP— T相同，则认为 OLT与 ONU的密钥相同；

步骤 317-318. OLT和 ONU分别删除 N— T和 N— U。

需要说明的是，在本发明实施例中，并不限定上述一些步骤的先后顺序，比如上述步骤 311可以在步骤 309之前，步骤 314可以在步骤 313之前，步骤 317也可以位于步骤 316之前。诸如此类，在此不再——举例说明。另外，上述各公式中所使用的 PW也可以由 SN来代替， HMAC所使用参数的顺序也可以使用不同的组合。

可见，本发明实施例交换密钥的方法，由 OLT和 ONU分别产生随机数；将所述随机数发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥，从而可以保证 OLT和 ONU之间密钥的安全性，进而提高 OLT和 ONU通信的安全性。

2. 基于长位密码的模式

如图 4所示，是本发明实施例中 OLT和 ONU交换密钥过程的另一种示意图。

步骤 401-402. OLT和 ONU分别通过公式 A^ = t/ _l ® t/ _2 © ... © [/ _c计算预共享密钥 PSK, 其中 [/— ^ HAMCW PHM ^^ c , C为一个常量，优选值大于 1000;

步骤 403. OLT产生一个第一随机数 N— T;

步骤 404. OLT将 N— T发送给 ONU;

步骤 405. ONU产生一个第二随机数 N_U;

步骤 406. ONU将 N— U发送给 OLT;

步骤 407. ONU利用公式 key = HMAC(PSK,N— T,ONU— ID,N— U)计算 ONU 密钥 key 2;

步骤 408. OLT利用相同的公式计算 OLT密钥 keyl ; 步骤 409· ONU根据 RSP_U= HMAC(PSK,N_T,N_U,ONU_ID, key2)进行计算以对其计算得到的密钥 key2进行验证，得到验证结果 RSP— U;

步骤 410. 将计算得到的 RSP— U发送给 OLT;

步骤 411. OLT利用相同的公式 RSP— U=

HMAC(PSK,N— Τ,Ν— U,ONU— ID,keyl)进行计算，如果计算结果与收到的 RSP— U 相同，则认为 ONU与 OLT的密钥相同；

步骤 412. OLT根据 RSP_T= HMAC(PSK,N_T,N_U,ONU_ID, keyl)进行计算以对其计算得到的密钥 keyl进行验证，得到验证结果 RSP— T;

步骤 413. OLT将计算得到的 RSP— T发送给 ONU;

步骤 414. ONU利用相同的公式 RSP— T= HMAC(PSK,N_T,N_U,ONU_ID, key2)进行计算，如果计算结果与收到的 RSP— T相同，则认为 OLT与 ONU的密钥相同；

步骤 415-416. OLT和 ONU分别删除 N— T和 N— U。

需要说明的是，在本发明实施例中，并不限定上述一些步骤的先后顺序，比如上述步骤 412可以在步骤 411之前，步骤 415也可以位于步骤 414之前。诸如此类，在此不再——举例说明。另外，上述各公式中 HMAC所使用参数的顺序也可以使用不同的组合。

3. 基于共享密钥的模式

在该实施例中，采用非对称加密方法来加密 OLT和 ONU之间通信的部分数据， OLT有自己的私钥和各个 ONU的公钥，而且 ONU有自己的私钥和 OLT 的公钥。

如图 5所示，是本发明实施例中 OLT和 ONU交换密钥过程的另一种示意图。

步骤 501. OLT产生一个第一随机数 N—T;

步骤 502. OLT用 ONU的公钥加密 N— T,并将加密后的 N— T发送给 ONU; 步骤 503. ONU产生一个第二随机数 N_U;

步骤 504. ONU用私钥解开接收到的被加密的 N— T, 以得到所述第一随机数 N— T;

步骤 505. ONU根据 _0 = N _r ® N _[/计算共享密钥 K— 0;

步骤 506. ONU用 OLT的公钥加密 N— U,并将加密后的 N— U发送给 OLT; 步骤 507. OLT接收到加密后的 N— U后，用自己的私钥对其进行解密以获得所述第一随机数 N— U;

步骤 508. OLT根据 _0 = N _r ® N _[/计算共享密钥 K— 0;

步骤 509. ONU利用公式 key2 = HMAC(K— 0,N— T,ONU— ID,N— U)计算 ONU 密钥 key2;

步骤 510. OLT利用相同的公式 key 1= HMAC(K— 0,N— T,ONU— ID,N— U)计算 OLT密钥 keyl ;

步骤 511· ONU根据 RSP_U= HMAC(PSK,N_T,N_U,ONU_ID, key2)进行计算以对其计算得到的密钥 key2进行验证，得到验证结果 RSP— U;

步骤 512. ONU将计算得到的 RSP— U发送给 OLT;

步骤 513. OLT利用相同的公式 RSP— U= HMAC(K_0,N_T,ONU_ID,N_U, keyl)进行计算，如果计算结果与收到的 RSP— U相同，则认为 ONU与 OLT的密钥相同；

步骤 514. OLT根据 RSP_T= HMAC(PSK,N_T,N_U,ONU_ID, keyl)进行计算以对其计算得到的密钥 keyl进行验证，得到验证结果 RSP— T;

步骤 515. OLT将计算得到的 RSP— T发送给 ONU;

步骤 516. ONU利用相同的公式 RSP— T= HMAC(PSK,N_T,N_U,ONU_ID, key2)进行计算，如果计算结果与收到的 RSP— T相同，则认为 OLT与 ONU的密钥相同；

步骤 517-518. OLT和 ONU分别删除 N— T和 N— U。

需要说明的是，在本发明实施例中，并不限定上述一些步骤的先后顺序，比如上述步骤 514可以在步骤 513之前，步骤 517可以位于步骤 516之前。诸如此类，在此不再——举例说明。同样， HMAC 所使用参数的顺序也可以使用不同的组合。可见，本发明实施例交换密钥的方法，由 OLT和 ONU分别产生随机数；将所述随机数发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥，从而可以保证 OLT和 ONU之间密钥的安全性，进而提高 OLT和 ONU通信的安全性。

4. 基于 Diffie-HellMAN的模式

本实施例采用 Diffie-Hellman密钥交换协议可以使两个用户安全地交换一个秘密密钥以便用于以后的 4艮文加密。 Diffie-Hellman密钥交换算法的有效性依赖于计算离散对数的难度。具体地，可以如下定义离散对数：首先定义一个质数 p的原根，为其各次幂产生从 1 到 p-1的所有整数根，也就是说，如果 a 是质数 p的一个原根，那么数值 al mod p, a2 mod p, ap-1 mod p 各不相同的整数，并且以某种排列方式组成了从 1到 p-1的所有整数。对于一个整数 b和质数 p的一个原根 a,可以找到唯一的指数 i,使得 b = ai mod p, 其中 0≤i≤ (p-l) , 指数 i称为 b的以 a为基数的模 p的离散对数或者指数，该值被记为 inda, p(b)。

在本发明实施例中，采用 Diffie-Hellman算法来加密 OLT和 ONU之间通信的部分数据， OLT和 ONU之间通过筒单的运算实现密钥的交换。

如图 6所示，是本发明实施例中 OLT和 ONU交换密钥过程的另一种示意图。

步骤 601. OLT产生一个第一随机数 N_T ≡ [1, q-1 ] , 其中 q是一个能被 p-1整除的质数， p为一个质数， g是 p的原根， g = h^A{(p-l)/q} mod p, 其中 h 为 l<h<p-l之间的任意整数；

步骤 602. OLT根据 N_T计算出第一公开值 X_T, 即 X_T = g^A{N_T} mod p;

步骤 603. OLT将 X— T发送给 ONU;

步骤 604· ONU产生一个第二随机数 N_U≡ [1, q-1 ];

步骤 605. ONU根据 N_U计算出第二公开值 X_U,即 X_U = g^A{N_U} mod p;

步骤 606. ONU将 X— U发送给 OLT;

步骤 607· OLT根据 keyl = HMAC(PSK,X_T,ONU_ID,X_U,X_U^A{N_T} mod p)计算出 OLT密钥 keyl ;

步骤 608· ONU根据 key = HMAC(PSK,X_T,ONU_ID,X_U,X_T^A{N_U} mod p)计算出 ONU密钥 key2;

步骤 609. ONU 根据公式 RSP— U= HMAC(PSK,X_T,ONU_ID, key2,X_U,X_T^A{N_U} mod p)对其计算得到的密钥 key2进行验证，得到验证结果 RSP— U;

步骤 610. ONU将 RSP— U发送给 OLT;

步骤 611. OLT 使用相同的公式 RSP— U= HMAC(PSK,X_T,ONU_ID, keyl,X_U,X_U^A{N_T} mod p)进行计算计算，如果计算结果与收到的 RSP— U 相同，则认为 ONU与 OLT的密钥相同；

步骤 612. OLT 根据 RSP— T= HMAC(PSK,X_T, keyl ,ONU_ID,X_U,X_U^A {N T} mod p对计算得到的密钥进行验证，得到验证结果 RSP— T;

步骤 613. OLT将 RSP— T发送给 ONU;

步骤 614. ONU 使用相同的公式 RSP— T= HMAC(PSK,X_T, key2,ONU_ID,X_U,X_T^A {N_U} mod p 进行计算，如果计算结果与收到的 RSP T相同，则认为 OLT与 ONU的密钥相同；

步骤 615-616. OLT和 ONU分别删除 N— T和 N— U。

需要说明的是，在本发明实施例中，并不限定上述一些步骤的先后顺序，比如上述步骤 612可以在步骤 611之前，步骤 615可以位于步骤 614之前。诸如此类，在此不再——举例说明。

另外，上述 HMAC函数中的参数 PSK也可以由 SN或 PW来代替。

同样， HMAC所使用参数的顺序也可以使用不同的组合。

本发明实施例交换密钥的方法，由 OLT和 ONU分别产生随机数，并根据所述随机数生成公开值；将所述公开值发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数和公开值计算得到密钥。从而可以保证 OLT 和

ONU之间密钥的安全性，进而提高 OLT和 ONU通信的安全性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如： ROM/RAM、磁碟、光盘等。

本发明实施例还提供一种 PON设备，如图 7所示，是该 PON设备的一种结构示意图。

在该实施例中，所述 PON设备 700包括：

随机数产生单元 701 , 用于产生第一随机数；

发送单元 702, 用于将所述第一随机数发送给与自己通信的对端设备；接收单元 703 , 用于接收所述对端设备发送的第二随机数；

计算单元 704, 用于使用 HMAC函数、与所述对方约定的约定密码以及双方产生的第一、第二随机数计算得到密钥。

在具体应用中，所述设备可以是 ONU或 OLT, 当所述 PON设备为 OLT 时，所述对端设备为 ONU; 而当所述 PON设备为 ONU时，所述对端设备为

OLT。相应地，所述计算单元 703 , 具体用于将约定密码， N— T, ONU ID,

N—U作为 HMAC函数的参数，计算得到密钥 key, 其中， N— T为 OLT产生的随机数， N— U为 ONU产生的随机数， ONU— ID为所述 ONU标识。应当理解，所述第一、第二随机数中引入的 "第一"、 "第二"仅是为了便于区分，当所述

PON设备为 OLT时，所述第一随机数和第二随机数可以分别是指 N— T和 N— U; 当然，当所述 PON设备为 ONU时，所述第一随机数和第二随机数可以分别是指 N— U和 N— T。

在本发明实施例中，所述约定密码可以是： ΡΟΝ标准中规定的序列号 SN 或密码 PW。相应地，为了进一步保证所述约定密码的安全性，所述设备还可进一步包括：加密单元和解密单元（未图示）。其中，所述加密单元，用于在所述发送单元 703将所述随机数发送给所述对端设备之前，对所述随机数使用 AES算法加密；所述解密单元，用于对所述接收单元 703接收到的所述对端设备发送的加密的随机数进行解密。优选地，对所述随机数加密和解密的密钥可以是所述 SN或 PW。 ONU和 OLT交换密钥的过程可参照图 3所示流程图。

在本发明实施例中，所述约定密码还可以是预共享密钥 PSK = U _ \ ® U _ 2 ® ... ® U _ c , 其中 t/ _ = ¾4Μ< ^ω (ΡΗΜ)，1≤ ≤ί^ , C为常量。 ONU 和 OLT交换密钥的过程可参照图 4所示流程图。

在本发明实施例中，所述约定密码还可以是利用公式计算得到的共享密钥 K ) = N—T ® N— U , 其中， N—T为光线路终端产生的随机数， N— U为 PON远端设备产生的随机数。相应地，为了进一步保证所述约定密码的安全性，所述设备还可进一步包括：加密单元和解密单元（未图示）。其中，所述加密单元，用于将所述随机数发送给对端设备之前，用所述对端设备的公钥对所述随机数加密；所述解密单元，用于在所述接收单元 703接收到所述对端设备发送的加密的随机数后，用自己的私钥对所述随机数进行解密。 ONU和 OLT交换密钥的过程可参照图 5所示流程图。

可见，本发明实施例 PON设备，产生随机数并将所述随机数发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥，从而可以保证 OLT和 ONU之间密钥的安全性，进而提高 OLT和 ONU通信的安全性。

为了进一步保证密钥的正确性，在本发明另一实施例中，所述 PON设备还可进一步包括：验证单元和判断单元（未图示）。

所述验证单元，用于使用 HMAC函数以及计算得到密钥对所述密钥进行验证；所述发送单元，还用于将所述验证单元得到的验证结果发送给所述对端设备；所述接收单元，还用于接收所述对端设备提供的验证结果；所述判断单元，利用相同的公式及所述接收单元接收到的验证结果，确定所述对端设备的密钥是否与自己的密钥相同。

如图 8所示，是本发明实施例 PON设备的另一种结构示意图。

在该实施例中，所述 PON设备 800包括：

随机数产生单元 801 , 用于产生第一随机数；

公开值生成单元 802, 用于根据所述第一随机数生成第一公开值；发送单元 803 , 用于将所述第一公开值发送给与自己通信的对端设备；接收单元 804, 用于接收所述对端设备发送的第二公开值，其中所述第二公开值为所述对端设备根据其产生的第二随机数生成；

计算单元 805, 用于使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数和公开值计算得到密钥。

在本发明实施例中，所述 PON设备可以是 OLT, 相应的，与所述 PON设备通信的对方为 ONU。

在这种情况下，所述随机数产生单元 801 ,具体用于生成随机数 N—T ≡ [1 q-1 ]; 所述公开值生成单元 802, 具体用于根据公式 X T = g^A{N_T} mod p生成公开值 X— T; 其中， q是能被 ρ-1整除的质数， g是 p的原根， p为质数， g = h^A{(p-l)/q} modp, h为 l<h<p-l之间的任意整数；所述计算单元 δθ⁵, 具体用于将约定密码， X_U, X T, ONU ID, X_U^A{N_T} mod p作为 HMAC函数的参数，计算得到密钥；其中， ONU— ID为 ONU的标识。

在本发明实施例中，所述 PON设备还可以是 ONU,相应的，与所述 PON 设备通信的对方为 OLT。

在这种情况下，所述随机数产生单元 801,具体用于产生随机数 N—U ≡ [I. q-1 ]; 所述公开值生成单元 802, 具体用于根据公式 X_U = g^A{N_U} mod p生成公开值 N—U; 其中， q是能被 p-1整除的质数， g是 p的原根， p为质数， g = h^A{(p-l)/q} modp, h为 l<h<p-l之间的任意整数；所述计算单元 δθ⁵, 具体用于将约定密码， X_T, ONU ID, X_U, X_T^A{N_U} mod p作为 HMAC函数的参数，计算得到密钥；其中， ONU— ID为 ONU的标识。

在本发明实施例中，所述约定密码可以是： PON标准中规定的序列号 SN 或密码 PW；或者预共享密钥 PSK = U _1®U _2®...®U _c , 其中 U_i = HAMC⁽ⁱ⁾ (PW, SN l≤i<c , C为大于 1000的常量。

本发明实施例 PON设备，通过产生随机数，并根据所述随机数生成公开值；将所述公开值发送给对方；使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数和公开值计算得到密钥，从而可以保证 OLT和 ONU之间密钥的安全性，进而提高 OLT和 ONU通信的安全性。

所述验证单元，用于使用 HMAC函数以及计算得到密钥对所述密钥进行验证；所述发送单元，还用于将所述验证单元得到的验证结果发送给对端设备；所述接收单元，还用于接收所述对端设备的验证结果；所述判断单元，利用相同的公式及所述接收单元接收到的验证结果，确定所述对端设备的密钥是否与自己的密钥相同。密钥交换的详细过程可参照图 6所示流程图。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

权利要求

1、一种交换密钥的方法，其特征在于，包括：

光线路终端和光网络单元分别产生随机数；

所述光线路终端和光网络单元分别将其产生的随机数发送给对方；所述光线路终端和光网络单元使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥。

2、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥包括：

将约定密码， N— T, ONU ID, N— U作为 HMAC函数的参数，利用所述 HMAC函数计算得到密钥，其中， N—T为光线路终端产生的随机数， N— U为光网络单元产生的随机数， ONU— ID为所述光网络单元的标识。

3、根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述约定密码为：光线路终端和光网络单元预先约定的序列号 SN或密码 PW; 或者利用公式 Α^ = ί/_1®ί/_2©...©[/_ί^+算得到的预共享密钥 PSK, 其中 U_i = HAMC⁽ⁱ⁾ (PW, SN), l<i<c , C为常量；或者

4、根据权利要求 3所述的方法，其特征在于，当所述约定密码为光线路终端和光网络单元预先约定的序列号 SN或密码 PW时，

所述方法还包括：

所述光线路终端和光网络单元在分别将所述随机数发送给对方之前，对其产生的随机数使用 AES算法进行加密；

所述光线路终端和光网络单元接收到对方发送的加密的随机数后，利用所述约定密码对其接收的随机数进行解密。

5、根据权利要求 3所述的方法，其特征在于，当所述约定密码为共享密钥 K— 0时，所述方法还包括：

所述光线路终端和光网络单元在将所述随机数发送给对方之前，分别用对方的公钥对其产生的随机数进行加密；

所述光线路终端和光网络单元再接收到对方发送的加密的随机数后，用自己的私钥对其接收到的随机数进行解密。

6、根据权利要求 1至 5任一项所述的方法，其特征在于，还包括：光线路终端和光网络单元分别使用 HMAC函数以及计算得到密钥对所述密钥进行验证，并将验证结果发送给对方；

光线路终端和光网络单元收到对方的验证结果后，利用相同的公式及所述验证结果确定对方的密钥是否与自己的密钥相同。

7、根据权利要求 1或 3所述的方法，其特征在于，还包括：

所述光线路终端根据公式 X— T = g^A{N_T} mod p生成第一公开值 X— T,其中 N— T为其生成的随机数；

所述光网络单元根据公式 X_U = g^A {N_U} mod p生成第二公开值 X_U , 其中 Ν— U为其生成的随机数；

8、根据权利要求 7所述的方法，其特征在于，所述光线路终端和光网络单元使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数计算得到密钥的步骤包括：

光线路终端将约定密码、 X— U、 X T, ONU— ID , X— U^A{N— T} mod p作为 HMAC函数的参数，计算得到光线路终端密钥，

光网络单元将约定密码、 X_T、 ONU_ID、 X_U、 X_T^A{N_U} mod p作为 HMAC函数的参数，计算得到光网络单元密钥，

其中，Ν— T 和 N—U分别为光线路终端和光网络单元产生的随机数， X U 和 X— Τ分别为光线路终端和光网络单元生成的公开值、 ONU— ID为所述光网络单元的标识。

9、一种交换密钥的方法，其特征在于，包括：

生成第一随机数并将所述第一随机数发送给对端设备；

接收所述对端设备提供的第二随机数；

根据与所述对端设备预先约定的密码、第一随机数和第二随机数，利用 HMAC函数计算出密钥。

10、根据权利要求 9所述的方法，其特征在于，所述预先约定的密码为：预先约定的序列号 SN或密码 PW; 或者

11、根据权利要求 9或 10所述的方法，其特征在于，所述利用 HMAC函数进行计算以得到密钥包括：

将预先约定的密码、第一随机数、对端设备的标识、第二随机数作为 HMAC 函数的参数，利用所述 HMAC函数进行计算，并将所述 HMAC函数的计算结果作为所述密钥。

12、根据权利要求 11所述的方法，其特征在于，还包括：

使用 HMAC函数以及计算得到密钥对所述密钥进行验证，并将验证结果发送给所述对端设备，以使所述对端设备根据所述验证结果确定密钥是否正确。

13、一种 PON设备，其特征在于，包括：

随机数产生单元，用于产生第一随机数；

发送单元，用于将所述第一随机数发送给对端设备；

接收单元，用于接收所述对端设备发送的第二随机数；

计算单元，用于根据与所述对端设备约定的密码、第一随机数和第二随机数，利用 HMAC函数计算出密钥。

14、根据权利要求 13所述的设备，其特征在于，所述计算单元，具体用于将所述约定的密码、第一随机数、所述对端设备的标识、所述第二随机数作为 HMAC函数的参数，利用所述 HMAC函数进行计算，并将所述 HMAC函数的计算结果作为所述密钥。

15、根据权利要求 13或 14所述的设备，其特征在于，所述约定密码为所述 PON设备与所述对端设备预先约定的序列号 SN或密码 PW,且所述设备还包括：

加密单元，用于在将所述第一随机数发送给所述对端设备之前，使用 AES 算法对所述第一随机数加密；解密单元，用于在接收到所述对端设备发送的被加密的第二随机数后，采用所述约定密码对所述第二随机数进行解密。

16、根据权利要求 13或 14所述的设备，其特征在于，所述约定密码为利用 _0 = N_r ® N _[/计算得到的共享密钥 K— 0, 其中， N— T 为所述第一随机数， N— U为所述第二随机数，且所述设备还包括：

加密单元，用于将所述第一随机数发送给对方之前，用对端设备的公钥对所述第一随机数加密；

解密单元，用于接收到所述对端设备发送的被加密的第二随机数后，用所述 PON设备的私钥对所述第二随机数进行解密。

17、根据权利要求 13至 16任一项所述的设备，其特征在于，还包括：验证单元，用于使用 HMAC函数以及计算得到密钥对所述密钥进行验证；所述发送单元，还用于将所述验证单元得到的验证结果发送给所述对端设备；

所述接收单元，还用于从所述对端设备接收所述对端设备对其计算得到的密钥进行验证计算得到的验证结果；

判断单元，还用于根据所述接收单元接收到的验证结果，确定所述对端设备的密钥是否与所述 PON设备计算得到的密钥相同。

18、一种 PON设备，其特征在于，包括：

随机数产生单元，用于产生第一随机数；

公开值生成单元，用于根据所述第一随机数生成第一公开值；

发送单元，用于将所述第一公开值发送给与自己通信的对端设备；接收单元，用于接收所述对端设备发送的第二公开值，其中所述第二公开值为所述对端设备根据其产生的第二随机数生成；

计算单元，用于使用 HMAC函数、约定密码以及双方产生的随机数和公开值计算得到密钥。