CN100471081C - 提供输电线调制解调器网络安全的装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于建立安全输电线调制解调器网络的便携式安全装置(10)。该便携式安全装置包括存储器(18)，用于存储与输电线调制解调器器件(即22)通信的协议(19)；以及插槽(14)，其被配置用来接收来自输电线调制解调器器件(22)的输电软线(23)。数字分配器件(12或16)将私钥发送到输电线调制解调器器件，以致该私钥存储于输电线调制解调器器件中，并被用来与除了未授权的输电线调制解调器器件之外的多个输电线调制解调器器件相联系。

Description

提供输电线调制解调器网络安全的装置

技术领域

本发明涉及输电线调制解调器网络，尤其涉及一种当利用输电线调制解调器时允许用户通过输电线创建安全网络的装置。

背景技术

输电线调制解调器通过将电源网络用作传输介质来进行通信。由于多个位置的调制解调器共享电源网络，所以被共享的输电线是一种介质，它允许一个房间的输电线调制解调器“观看”诸如其它房间的其它位置的输电线调制解调器(和它们的数据)。对于所有的房间来说，由于输电线共享并且是共用的，因此，可以通过输电线自由地访问数据。

因此，需要一种这样的装置和方法，其中用户将相同的私钥编程到需要保护的所有输电线调制解调器中。还需要一种允许用户不使用输电线网络，而将私钥编程到调制解调器中的装置和方法。该方法将防止网络上的其它调制解调器恶意获取私钥。

发明内容

本发明通过利用包含输电线调制解调器的便携式安全装置创建了一个安全输电线调制解调器网络。该安全装置能够随机地产生一个数字，并且具有使用户输入一个数字的能力。这个数字最好保存在便携式安全装置中，并且该数字将是用于给定安全网络上所有调制解调器的私钥(y)。需要被保护的每个调制解调器与输电线调制解调器网络断开连接，然后连接到便携式安全装置。该便携式安全装置将电源提供给网络上要保护的装置的输电线调制解调器，并且同时将所述装置的调制解调器与其余的输电线调制解调器网络隔离开。

然后，便携式安全装置经它们的直接连接将私钥值发送到其它输电线调制解调器器件。按照这一编程步骤，输电线调制解调器器件重新连接到输电线网络。一旦按这种方式对所有要保护的装置进行编程，则网络上的主机装置将发送它的公钥(X)。所有的输电线调制解调器，要保护的和不要保护的，都能够收听到这个公钥。由于由用户便携式安全装置编程的所有输电线调制解调器具有相同的私钥，所以它们都能够通过数学的结合主机公钥和它们已编程的私钥(例如，Y＝(X)^y)来计算相同的共享密钥(Y)。然后使用这个相同的共享密钥来加密被保护的网络上的所有通信。

本发明公开了一种用于建立安全输电线调制解调器网络的便携式安全装置。该便携式安全装置包括电源装置，用于向便携式安全装置供电；存储器，用于存储与输电线调制解调器器件通信的协议；以及插槽，被配置用来连接并提供电源到输电线调制解调器器件。数字分配器件将私钥发送到输电线调制解调器器件，以致该私钥存储于输电线调制解调器器件中，并被用来与除了未授权的输电线调制解调器器件之外的多个输电线调制解调器器件相联系。

另一种与输电线调制解调器通信以建立安全输电线调制解调器网络的便携式装置包括存储器，用于存储与输电线调制解调器使能器件通信的协议。通信链路被配置用来经由输电线调制解调器与输电线调制解调器器件通信，所述通信由在便携式装置和任何网络之外的输电线调制解调器器件的输电线之间的直接连接执行，以致当与所述输电线调制解调器器件进行通信连接时，所述输电线调制解调器器件的全部可用带宽可用于通信。

在输电线与插槽之间可以连接一个继电器，所述插槽切断向输电线调制解调器器件的供电，从而证明所述便携式装置确实连接到所述输电线调制解调器器件。最好将滤波器连接到输电线，该滤波器允许电源通过，但是过滤掉其它频率。

结合附图，根据下列示意性实施例的详细说明，本发明的这些和其它目的、特征及优点将会变得更加明显。

附图说明

参考下列附图，本发明将详细呈现优选例的描述，其中：

图1示出了根据本发明的安全同步器件(SSD)的方框图；以及

图2示出了根据本发明的、用于保护输电线网络的***/方法的方框图。

具体实施方式

本发明提供一种创建安全输电线网络的装置和方法。在一个实施例中，可以通过使用被称为密码的加密算法来保护输电线调制解调器网络。密码是一种双向数学算法，用于修改原始的输入数据。密码的输出是数据的“已保护的”版本，被称作密文。大多数调制解调器密码需要使用被称为密钥的数字。该密钥可以是一个非常大的数字，并且密钥可以充当密码的种子(seed)。也就是说，使用相同的密码但是使用不同的密钥对相同的数据进行加密会导致完全不同的密文输出。数据的约定接受者将知道密钥信息，并且能够对该数据进行解密，以便将其恢复成其初始形式。约定外的接受者则不知道密钥信息，因此通过尝试所有可能的密钥组合来尝试和解密，在理论上将花费大量的时间。

本发明***中的安全级别可以根据密钥的大小来衡量。小密钥使加密/解密过程更简单，但是安全性较弱。大密钥提供更高的安全性，其代价是加密/解密过程复杂。

在许多实际的应用中，已知被使用的密码类型，以及密码本身的细节(例如，在数据表单中提供的密文)。由于任何知道密钥的人都能够解密数据，因此这种***的安全性取决于密钥值的保密。

建立安全输电线调制解调器网络使每个要保护的调制解调器知道一个达成一致的密钥。仅受保护的网络中的这些调制解调器知道这个密钥，并且该密钥可被用于加密所有在安全调制解调器间发送的数据。通过使该密钥值保密，就可以实现安全输电线调制解调器网络。然而，直到所有预定调制解调器都知道密钥才能够实现安全通信。在调制解调器知道该密钥值之前，调制解调器就只能在不安全的模式下通信，并且在这样模式下发送的任何数据易受到不期望的拦截。

建立安全网络的一个困难是确定通知所有调制解调器密钥值的方法。当调制解调器制造时，它就被刻印了一个唯一ID。用户通过输电线调制解调器将要保护的所有调制解调器的ID输入计算机，以建立一个安全网络。该调制解调器是网络的主机，并且该主调制解调器知道将处于安全网络上的所有调制解调器的ID。然后，主机能够与这些调制解调器进行通信，以便建立一个用于安全通信的密钥。可以使用许多种方法来建立这样的密钥，例如，可以使用诸如Diffe-Hellman的公钥协定方案。

公钥协定技术的工作情况如下。作为网络主机的输电线调制解调器广播一个称作公钥的值，并且网络上的所有调制解调器(它们的ID已被编入主机)将响应它们自己的公钥。网络上的任何调制解调器，包括属于其它用户的器件能够接收到该公钥。那些用户想要保护的器件将数学地将该公钥与它们自己的私钥相结合。私钥内部地存储在每个调制解调器中，并且它的值是保密的。通过使用众所周知的加密技术，公钥与私钥的结合将允许每个调制解调器在共享密钥上达成一致，该共享密钥仅被主机和各个调制解调器所知道。该共享密钥可被用来对在两个器件之间发送的所有数据进行加密。通过对所有调制解调器使用相同的私钥，由于它们都计算相同的共享密钥，则立即使安全网络上的每个调制解调器具有与其它安全调制解调器进行安全通信的能力。

对于用户来说，输入网络上的每个调制解调器的ID数字是令人烦恼的。这些数字往往比较长，并且用户往往不可能把器件离计算机太近。例如，如果调制解调器内置于电视机或立体声***中，则用户必须写下ID代码，然后将其输入控制网络的计算机。仅当存在网络计算机时，该技术才起作用。如果网络没有诸如键盘之类的数据输入装置，则该技术不起作用。例如，对于仅包括立体声***和连网的扬声器或多个电话或电视机和DVD播放器的网络，该技术将不起作用。也可能黑客将在网络上窃听并且获取其它调制解调器的ID。然后，黑客可以使用其它调制解调器的ID来尝试作为安全网络上的一个调制解调器出现。

由于网络上的每个调制解调器具有一个不同的私钥，所以对于每个调制解调器，主机必须使用一个不同的共享密钥。对于能够与不是主机的调制解调器进行通信的调制解调器，网络上的所有调制解调器必须对新的共享密钥意见一致。

本发明提供一种对输电线调制解调器***提供安全性的装置。在一个实施例中，该装置包括安全同步器件(SSD)，其随机产生一个数字或者允许用户输入一个数字。该数字是一个唯一标识码，能够识别输电线调制解调器或多个输电线调制解调器***(例如，位于相同位置的调制解调器)。一个或多个输电线调制解调器或输电线调制解调器使能器件(PMED)每个都直接连接到SSD，该SSD将该数字发送或分配到调制解调器器件。位于单一位置的每个器件可以包括与位于那个位置的其他器件相同的数字，或单一位置可以包括多个数字。通过使用所分配的数字，可以发送数学加密的消息，这样仅相同网络上的调制解调器或具有预定类型的调制解调器能够互相通信。本发明也提供多种方法来向输电线调制解调器证明SSD位于输电线调制解调器附近，而不是来自恶意用户位置的信号。

对于具有唯一标识(ID)数字或密钥的调制解调器，用户通过作为网络主机的输电线调制解调器来将这些ID数字输入计算机。计算机知道仅被输入了这些ID的调制解调器属于它的网络，并且它能够为那些调制解调器加密它的数据。然而，用户必须为每个调制解调器输入数字，并且网络也需要个人计算机来输入这些数字。输电线调制解调器网络可以仅包括立体声***和扬声器、或两个电话、或TV和VCR等，而没有个人电脑，并且因此没有方法将这些数字输入网络主机调制解调器。此外，未授权的用户能够监听网络来收听被广播的ID，然后通过使用其它调制解调器ID来假装是那些调制解调器中的一个。

现在参考附图的具体描述，附图中相同参考标记表示相似或相同元件，以图1开始，示出了根据本发明的一个实施例的安全同步器件(SSD)10。SSD10可以是盒状或其它形状，最好体积小(便携式)并且便宜。SSD10包括电源插头/软线13(从墙上插座通电)和电源插槽14(将输电线调制解调器使能器件(PMED)***SSD)。SSD 10包括随机数字发生器12，其能够产生用作随机数字的唯一ID。SSD 10也包括键区或其它输入器件16，用于允许用户输入用作唯一ID的数字。SSD包括存储器18，用于存储产生或输入的ID数字。存储器18可以进一步包括用于与PMED通信的协议19和用于控制***功能和与用户交互的操作***。存储在存储器中的协议可以是现有技术熟知的任何协议，例如TCP。SSD 10也可以包括其它电路20，诸如处理器或执行诸如电源分配、数据传输、逻辑电路等的其它操作的其它器件，这些将在下面进行描述。

为了创建安全网络，用户将SSD 10放置于每个PMED 22的周围，并且利用电源插头23将PMED 22***或连接到SSD 10，该电源插头23通常用于电源装置22。插槽14适合接收插头23，并且与PMED 22相连而与其它器件隔离。在一个实施例中，将按下PMED 22上的按钮或其它机构24来初始化同步过程。例如，SSD 10将发送一个低位率(这样在SSD中可以使用便宜的调制解调器)数字，该数字由SSD 10随机产生或由用户在输入端16输入到PMED 22中。该数字的长度可以由用户来选择，以便确定安全级别。用户将在家里或在被允许共享相同数据的访问的给定位置对每个PMED重复这种处理。仅在购买PMED或建立新网络(比如说，家里的子网络)时，需要进行这种处理。有利的，在该同步处理期间，被建立的PMED与输电线网络隔离。SSD包括一个滤波器28，其允许电源通过并且过滤掉所有其它的频率(即，消除任何数据传输)。因此，没有其它器件能够收听到这种事务处理。

一旦完成该过程，则用户家里的所有器件将被载入相同的数字(或多个数字，如果利用了子网络)。网络之外的其它器件将具有一个不同的数字(或根本没有)。这样，具有共同ID的接入器件能够与排除在外的其它器件(例如，位于其它位置的器件)进行通信。

参考图2，根据一个实施例，建立安全网络的过程如下。在网络30上的PMED器件22协商之后，一个器件32变成了网络的主机。假定来自SSD10(图1)的数字是y，则私钥和该数字将在网络30上被固定一段时间(例如，几个月或更长)。主机32将选择一个数字x，并且仅主机知道该数字。X可以是一个由主机随机产生的私钥。主机也被来自SSD 10的y所编程。该器件在工厂里将被编入两个数，g和n。主机32计算公钥，例如，X＝g^x对n求模。注意到，这相当于对n在Galois(或有限数)域求幂。尽管这种运算是容易的，但是根据对有限域求对数很困难的数学事实，从X计算x是非常困难的。因此，也可以利用其它计算和等式。

在该示例中，主机32通过输电线网络30发送X，并且所有器件(网络外的用户的22和器件34)能够“收听到”X。在用共享密钥加密请求消息(以及所有其它紧随的消息)之后，主机32也请求网络上的每个调制解调器响应它们的唯一ID数字，例如Y＝(g^x)^y对n求模等于(X)^y对n求模。器件22的调制解调器将具有从主机32接收到的X＝g^x，并且它们知道来自SSD 10的y。在图2中，如参考图1所述的，y被下载到器件22，SSD 10和器件22之间的连接被示意性示出，以便显示y的来源。由于x被主机32所选择并且主机32知道来自SSD 10的y，所以主机32能够解密消息。由来自不同网络的其它调制解调器(器件34)发送的任何消息不知道y，并且主机32将认识到器件34不在相同的网络上。因此，PMED的网络被保密，而不会错误地包括(或允许黑客***)其它调制解调器。

其它实施例可以包括更简单或更复杂的安全方案。例如，在每个器件22被分配一个私钥y之后。主机32产生一个公钥X，并且将X发送到器件22。在每个器件中根据X和y来计算共享密钥Y。(例如Y＝(X)^y)。然后，Y被用来对安全网络内的通信进行加密。

再次参考图1，存在其它初始化同步处理的方法，来代替推动机械机构24初始化同步处理(需要将一个小按钮加入PMED或SSD)。对于PEMD，目的是确保随机数字y真正来自它的所有者SSD 10，而不是来自未授权的用户的SSD或调制解调器。按钮24提供一种方法来证明SSD 10直接连接到PMED(而不是通过输电线连接到未授权的用户位置)。使用户执行公开动作，例如，按下PMED上的按钮是一种确保PMED正常建立的方法。SSD 10和器件22之间的直接连接可以包括无线电频率或红外连接。可以利用天线来代替插头23和插槽14。

在另一个实施例中，可以在SSD 10中提供继电器40。在该替换实施例中，由于PMED将从SSD 10接收电源，所以SSD 10能够初始化PMED的停止顺序，以便证明它确实是连接到PMED的。然后，在SSD接通电源之后，PMED载入随机数字。

SSD 10控制继电器40，该继电器可用来切断PMED，然后接通PMED。这就证明PMED直接连接到SSD 10，而不是连接到未授权的用户。

SSD10也可用于其它用途。例如，SSD 10可被用来直接连接到使用调制解调器的满带宽(而不与输电线网络中的其它器件共享带宽)的输电线调制解调器使能器件。此外，使用满带宽避免了主输电线网络的损害。例如，可以利用这些优点将音频、视频、计算机程序或其它数据快速下载到一个器件中。在一个实施例中，可以通过将存储器18中的数据或程序下载到器件22中来更新器件22中的软件(例如，用户程序或器件驱动程序)。

尽管已经描述了用于提供输电线调制解调器网络安全的装置的优选例(只是为了起说明作用而不是限制)，但是应当注意，本领域的技术人员可根据本发明的示教做出修改和变化。因此，应当理解可以在所附权利要求概述的本发明的范围和精神之内对所公开的本发明的特殊实施例做出修改。因此按专利法要求描述了本发明的细节和特性，在所附权利要求中陈述了要求和期望专利证保护的内容。

Claims (11)

1.一种用于建立安全输电线调制解调器网络的便携式安全装置，包括：

电源装置，用于向便携式安全装置供电；

存储器，用于存储与输电线调制解调器通信的协议；

插槽，被配置用来连接到输电线调制解调器器件并向该输电线调制解调器器件供电；

数字分配器件，用于将私钥发送到输电线调制解调器器件，从而将该私钥存储在输电线调制解调器器件中，并被用来与除了未授权的输电线调制解调器器件之外的多个输电线调制解调器器件相联系，其中，所述数字分配器件包括随机数发生器或能够输入用户定义的数字的输入器件。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述数字分配器件包括一个将发送私钥的起动提供给输电线调制解调器器件的机构。

3.如权利要求1所述的装置，还包括连接到外部电源插座的输电线，用于将电源提供给所述安全装置。

4.如权利要求3所述的装置，其中所述插槽连接到输电线，并且给连接到该插槽的输电线调制解调器器件供电，以致能够进行所述输电线调制解调器器件和所述安全装置之间的通信，从而将私钥发送到输电线调制解调器器件。

5.如权利要求4所述的装置，还包括一个连接在输电线和插槽之间的继电器，所述插槽切断向输电线调制解调器器件的供电，从而证明所述安全装置确实连接到了所述输电线调制解调器器件。

6.如权利要求3所述的装置，还包括一个连接到输电线的滤波器，该滤波器允许电源通过，但是过滤掉其它频率。

7.如权利要求3所述的装置，还包括一个按钮，用于起动所述安全装置和所述输电线调制解调器器件之间的通信。

8.一种用于与输电线调制解调器进行通信以建立安全输电线调制解调器网络的便携式装置，包括：

存储器，用于存储与输电线调制解调器使能器件通信的协议；

其中，提供有通信链路，该通信链路被配置用来使得所述便携式装置能够经由输电线调制解调器与每个输电线调制解调器使能器件通信，所述通信由在便携式装置和任何网络之外的输电线调制解调器器件的输电线之间的直接连接执行，从而当所述输电线调制解调器器件进行通信连接时，所述输电线调制解调器器件的全部可用带宽可用于通信。

9.如权利要求8所述的装置，其中所述存储器包括软件程序，并且所述通信链路将所述软件程序下载到所述输电线调制解调器器件。

10.如权利要求8所述的装置，还包括一个按钮，用于起动所述便携式装置和所述输电线调制解调器器件之间的通信。

11.如权利要求8所述的装置，其中所述存储器包括私钥，并且所述通信链路将私钥单独下载到输电线调制解调器器件。

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