CN105099699A - 基于物联网设备的安全高效通信方法及*** - Google Patents
基于物联网设备的安全高效通信方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于物联网设备的安全高效通信方法及***，包括建立通信链路、安全握手、加密通信3个步骤，所述第一节点设备通过保存的所述第二节点设备的通信密钥与所述第二节点设备进行通信。在高效通信的前提下独创的提出安全通信的建立通信链路、安全握手、加密通信3个步骤，实现物联网中设备或节点的安全通信，保证通信数据不会被“破解”，“伪造”。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信方法及***，尤其涉及一种基于物联网设备的安全高效通信方法及***。
背景技术
随着国内外物联网浪潮的兴起，各种物联网智能硬件如雨后春笋般涌现，小到日常使用的智能牙刷，以及各种前端传感器，大到企业级或工业级的智能终端，智能机器人，形形色色的各种物联网设备正以前所未有的速度互联互通，但随之而来的数据通信的安全性却无法得到及时的保障。不像互联网时代，大部分的联网设备都具有高性能的处理器，可以运行功能复杂的通信加解密算法以及复杂的身份ID识别。物联网中的很多设备或者前端节点都是微型处理器，资源和IO性能都很弱，无法运行庞杂的数据通信加解密算法，从而导致数据安全遭到极大威胁。本发明就是在这种背景下提出一种高效高可靠的物联网设备通信加密方法。本方法普遍适用于当前物联网主流的微型处理器及前端传感器节点。
专利201010155350.7公开了一种物联网应用模块及物联网应用与物联网终端的通信方法。解决了相关技术中通信方式加重了M2M平台的负荷、增加了***时延的问题,实现了降低M2M平台的负荷、简化整个***的处理环节、减少***时延。
专利201410681691.6公开了一种物联网设备与物联网服务器通信方法及装置，将不同通信规范的数据转换为统一通信规范的数据，使得物联网服务器不需要关心不同物联网设备的通信差异，大大提高了物联网服务器的工作效率。
专利201210066318.0公开了一种物联网通信方法和装置，可以使物联网通信***在资源浪费较少的同时降低设备的处理复杂度。
但上述发明实现的各种解决方案，都是侧重于物联网中设备和节点的简化通信报文，或者简化通信中的差异，从而降低物联网中设备或节点通信的难度和复杂度，都无法实现在高效通信的同时保证通信的安全性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：构建一种基于物联网设备的安全高效通信方法及***，克服现有技术无法实现在高效通信的同时保证通信的安全性的技术问题。
本发明的技术方案是：提供一种基于物联网设备的安全高效通信方法，包括如下步骤：
建立通信链路：第一节点设备向第二节点设备发送连接请求，所述第二节点设备为所述连接请求预分配活动资源并监听所述连接请求的后续动作；
安全握手：所述第二节点设备接收到所述第一节点设备的连接请求后向所述第一节点设备推送随机消息，所述第一节点设备在接收的所述随机消息后追加所述第一节点设备的设备ID号并预存的公钥加密，然后发送到所述第二节点设备，所述第二节点设备用预存的私钥还原接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号，确认还原的所述随机消息真实后将所述第二节点设备的通信密钥通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据，提取并保存所述第二节点设备的通信密钥；
加密通信：所述第一节点设备通过保存的所述第二节点设备的通信密钥与所述第二节点设备进行通信。
本发明的进一步技术方案是：在确认还原的所述随机消息真实后，将所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备。
本发明的进一步技术方案是：所述第一节点设备接收并解密所述报文数据后验证所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名的有效性。
本发明的进一步技术方案是：所述第一节点设备将接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号用RSA加密并发送到所述第二节点设备。
本发明的进一步技术方案是：所述第二节点设备将所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名通过RSA加密生成报文数据。
本发明的进一步技术方案是：所述第二节点设备生成AES通信密钥。
本发明的技术方案是：构建一种基于物联网设备的安全高效通信***，包括通信链路建立模块、握手模块、通信模块、握手加解密模块、通信加解密模块、密钥存储模块，所述密钥存储模块存储用于加密的公钥以及用于解密的私钥；第一节点设备通过所述通信链路建立模块向第二节点设备发送连接请求，所述第二节点设备为所述连接请求预分配活动资源并通过所述通信链路建立模块监听所述连接请求的后续动作；所述握手模块通过以下过程完成握手：所述第二节点设备接收到所述第一节点设备的连接请求后向所述第一节点设备推送随机消息，所述第一节点设备在接收的所述随机消息后追加所述第一节点设备的设备ID号并预存的公钥加密，然后发送到所述第二节点设备，所述第二节点设备用预存的私钥还原接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号，确认还原的所述随机消息真实后将所述第二节点设备的通信密钥通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据，提取并保存所述第二节点设备的通信密钥；所述通信模块使所述第一节点设备通过所述通信密钥与所述第二节点设备进行通信，通信过程中由所述通信密钥加解密模块进行通信密钥的加密和解密。
本发明的进一步技术方案是：所述握手模块还包括验证模块，所述握手模块将所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据后由所述验证模块验证所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名的有效性。
本发明的进一步技术方案是：所述握手加解密模块还包括RSA（RonRivest、AdiShamir、LeonardAdleman，简称RSA）加解密模块。
本发明的进一步技术方案是：所述通信加解密模块包括用于通信加密的AES（AdvancedEncryptionStandard，简称AES）通信加解密模块。
本发明的技术效果是：构建一种基于物联网设备的安全高效通信方法及***，第一节点设备向第二节点设备发送连接请求，所述第二节点设备为所述连接请求预分配活动资源并监听所述连接请求的后续动作；所述第二节点设备接收到所述第一节点设备的连接请求后向所述第一节点设备推送随机消息，所述第一节点设备在接收的所述随机消息后追加所述第一节点设备的设备ID号并预存的公钥加密，然后发送到所述第二节点设备，所述第二节点设备用预存的私钥还原接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号，确认还原的所述随机消息真实后将所述第二节点设备的通信密钥通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据，提取并保存所述第二节点设备的通信密钥；所述第一节点设备通过保存的所述第二节点设备的通信密钥与所述第二节点设备进行通信。在高效通信的前提下独创的提出安全通信的建立通信链路、安全握手、加密通信3个步骤，实现物联网中设备或节点的安全通信，保证通信数据不会被“破解”，“伪造”。
附图说明
图1为本发明的步骤示意图。
图2为本发明的建立通信链路步骤示意图。
图3为本发明的安全握手步骤示意图。
图4为本发明的加密通信步骤示意图。
图5为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
如图1、图2、图3、图4本发明的技术方案是：提供一种基于物联网设备的安全高效通信方法，包括如下步骤：
建立通信链路：第一节点设备向第二节点设备发送连接请求，所述第二节点设备为所述连接请求预分配活动资源并监听所述连接请求的后续动作。
如图2所示，具体实施过程如下：第一节点设备如果想发起和第二节点设备的安全通信，则第一节点设备必须向第二节点设备发起一个普通的连接请求，该请求不包含任何的业务数据，只是一个普通的链接请求，所以此时的报文数据可以公开并透明传输。此时如果第二节点设备收到该链接请求后，则需要为该链接请求预分配活动资源，并监听该请求的后续动作。
安全握手：***中存储用于加密的公钥以及用于解密的私钥。所述第二节点设备接收到所述第一节点设备的连接请求后向所述第一节点设备推送随机消息，所述第一节点设备在接收的所述随机消息后追加所述第一节点设备的设备ID号并预存的公钥加密，然后发送到所述第二节点设备，所述第二节点设备用预存的私钥还原接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号，确认还原的所述随机消息真实后将所述第二节点设备的通信密钥通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据，提取并保存所述第二节点设备的通信密钥。
如图3所示，具体实施过程如下：第二节点设备在收到第一节点设备的链接请求后，会向第一节点设备推送一条包含40字节随机数据的消息，第一节点设备收到消息后就在收到的40字节随机数尾部追加12字节的设备ID号，总共52字节，其中40字节的随机数用于第二节点设备节点用于核对握手请求的唯一性，设备ID号用于识别联网设备中唯一一台设备。第一节点设备将这52字节的数据用第二节点设备的公钥加密后会生成256字节的密文数据，第一节点设备将这256字节的密文数据通过步骤1中的链路发送给第二节点设备，第二节点设备在收到这256字节的数据后用自己的私钥解密还原数据报文，将其中的40字节的随机数和12字节的设备ID提取出来，第二节点设备在确认40字节的随机数据真实可靠后，将会生成步骤3中所需的AES通信密钥，以及第二节点设备自身的hMAC有效签名，通过RSA加密打包后产生384字节的密文数据发送给第一节点设备，第一节点设备在收到384字节密文数据后，用第一节点设备的私钥解密出报文数据，并用第二节点设备的公钥验证报文中第二节点设备的hMAC签名是否有效，如有效，则进一步将报文中的AES密钥提取出来并保存。具体实施例中，所述第一节点设备将接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号用RSA加密并发送到所述第二节点设备。所述第二节点设备将所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名通过RSA加密生成报文数据。
加密通信：所述第一节点设备通过保存的所述第二节点设备的通信密钥与所述第二节点设备进行通信。
如图4所示，具体实施过程如下：物联网中的节点一旦经过上述步骤后，就可以用安全握手步骤中协商的AES密钥进行加密通信，其加解密过程高效，占用CPU资源少，高安全并且高可靠，彻底保障物联网中节点之间通信的安全性。
如图3所示，本发明的优选实施方式是：在确认还原的所述随机消息真实后，所述第二节点设备将自身的通信密钥以及有效签名通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据后,并用第二节点设备的公钥验证报文中第二节点设备的hMAC签名是否有效，如有效，则进一步将报文中的AES密钥提取出来并保存。
如图5所示，本发明的技术方案是：构建一种基于物联网设备的安全高效通信***，包括通信链路建立模块1、握手模块2、通信模块3、握手加解密模块4、通信加解密模块5、密钥存储模块6，所述密钥存储模块6存储用于加密的公钥以及用于解密的私钥；第一节点设备通过所述通信链路建立模块1向第二节点设备发送连接请求，所述第二节点设备为所述连接请求预分配活动资源并通过所述通信链路建立模块1监听所述连接请求的后续动作。所述握手模块2通过以下过程完成握手：所述第二节点设备接收到所述第一节点设备的连接请求后向所述第一节点设备推送随机消息，所述第一节点设备在接收的所述随机消息后追加所述第一节点设备的设备ID号并由握手加解密模块4预存的公钥加密，然后发送到所述第二节点设备，所述第二节点设备由握手加解密模块4预存的私钥解密还原接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号，确认还原的所述随机消息真实后由握手加解密模块4将所述第二节点设备的通信密钥由握手加解密模块4通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并由握手加解密模块4解密所述报文数据，提取并保存所述第二节点设备的通信密钥；所述通信模块3使所述第一节点设备通过所述通信密钥与所述第二节点设备进行通信，通信过程中由所述通信密钥加解密模块5进行通信密钥的加密和解密。
如图5所示，本发明的优选实施方式是：所述握手模块还包括验证模块8，所述握手模块2将所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据后由所述验证模块验证8所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名的有效性。
如图5所示，本发明的优选实施方式是：所述握手加解密模块4还包括RSA加解密模块41。RSA加解密模块41在安全握手过程中对通信数据进行加解密。所述通信加解密模块5包括用于通信加密的AES通信加解密模块51。AES通信加解密模块51用于节点安全握手后进行通信的过程中进行加解密。
本发明的技术效果是：构建一种基于物联网设备的安全高效通信方法及***，第一节点设备向第二节点设备发送连接请求，所述第二节点设备为所述连接请求预分配活动资源并监听所述连接请求的后续动作；所述第二节点设备接收到所述第一节点设备的连接请求后向所述第一节点设备推送随机消息，所述第一节点设备在接收的所述随机消息后追加所述第一节点设备的设备ID号并预存的公钥加密，然后发送到所述第二节点设备，所述第二节点设备用预存的私钥还原接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号，确认还原的所述随机消息真实后将所述第二节点设备的通信密钥通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据，提取并保存所述第二节点设备的通信密钥；所述第一节点设备通过保存的所述第二节点设备的通信密钥与所述第二节点设备进行通信。在高效通信的前提下独创的提出安全通信的建立通信链路、安全握手、加密通信3个步骤，实现物联网中设备或节点的安全通信，保证通信数据不会被“破解”，“伪造”。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于物联网设备的安全高效通信方法，包括如下步骤：
建立通信链路：第一节点设备向第二节点设备发送连接请求，所述第二节点设备为所述连接请求预分配活动资源并监听所述连接请求的后续动作；
安全握手：所述第二节点设备接收到所述第一节点设备的连接请求后向所述第一节点设备推送随机消息，所述第一节点设备在接收的所述随机消息后追加所述第一节点设备的设备ID号并预存的公钥加密，然后发送到所述第二节点设备，所述第二节点设备用预存的私钥还原接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号，确认还原的所述随机消息真实后将所述第二节点设备的通信密钥通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据，提取并保存所述第二节点设备的通信密钥；
加密通信：所述第一节点设备通过保存的所述第二节点设备的通信密钥与所述第二节点设备进行通信。
2.根据权利要求1所述基于物联网设备的安全高效通信方法，其特征在于，在确认还原的所述随机消息真实后，将所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备。
3.根据权利要求2所述基于物联网设备的安全高效通信方法，其特征在于，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据后验证所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名的有效性。
4.根据权利要求1所述基于物联网设备的安全高效通信方法，其特征在于，所述第一节点设备将接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号用RSA加密并发送到所述第二节点设备。
5.根据权利要求1所述基于物联网设备的安全高效通信方法，其特征在于，所述第二节点设备将所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名通过RSA加密生成报文数据。
6.根据权利要求1所述基于物联网设备的安全高效通信方法，其特征在于，所述第二节点设备生成AES通信密钥。
7.一种基于物联网设备的安全高效通信***，其特征在于，包括通信链路建立模块、握手模块、通信模块、握手加解密模块、通信加解密模块、密钥存储模块，所述密钥存储模块存储用于加密的公钥以及用于解密的私钥；第一节点设备通过所述通信链路建立模块向第二节点设备发送连接请求，所述第二节点设备为所述连接请求预分配活动资源并通过所述通信链路建立模块监听所述连接请求的后续动作；所述握手模块通过以下过程完成握手：所述第二节点设备接收到所述第一节点设备的连接请求后向所述第一节点设备推送随机消息，所述第一节点设备在接收的所述随机消息后追加所述第一节点设备的设备ID号并预存的公钥加密，然后发送到所述第二节点设备，所述第二节点设备用预存的私钥还原接收的所述随机消息和追加所述第一节点设备的设备ID号，确认还原的所述随机消息真实后将所述第二节点设备的通信密钥通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据，提取并保存所述第二节点设备的通信密钥；所述通信模块使所述第一节点设备通过所述通信密钥与所述第二节点设备进行通信，通信过程中由所述通信密钥加解密模块进行通信密钥的加密和解密。
8.根据权利要求7所述基于物联网设备的安全高效通信***，其特征在于，所述握手模块还包括验证模块，所述握手模块将所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名通过加密生成报文数据并发送到所述第一节点设备，所述第一节点设备接收并解密所述报文数据后由所述验证模块验证所述第二节点设备的通信密钥以及有效签名的有效性。
9.根据权利要求7所述基于物联网设备的安全高效通信***，其特征在于，所述握手加解密模块还包括RSA加解密模块。
10.根据权利要求7所述基于物联网设备的安全高效通信***，其特征在于，所述通信加解密模块包括用于通信加密的AES通信加解密模块。
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