CN107786974A - 一种局域网内手机app与设备安全通信的方法及*** - Google Patents

一种局域网内手机app与设备安全通信的方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种局域网内手机APP与设备安全通信的方法及***，方法包括以下步骤：手机APP从云端取得公私钥对，设备生成公私钥对；手机APP下发UDP广播用于扫描设备；设备通过UDP单播将自身设备信息及设备公钥回复给手机APP；手机APP向设备下发秘钥协商请求包；设备向手机APP回复秘钥协商应答包；手机APP收到秘钥协商应答包之后向设备下发秘钥协商确认包；手机APP与设备完成秘钥协商，手机APP与设备之间进行通信，本发明在局域网下，采用类似于SSL秘钥协商机制，从而保证APP与设备每次建立会话链路进行控制时的秘钥都是动态生成，达到一次一密的通信安全标准，降低了设备在局域网下被黑客攻击的风险。

Description

一种局域网内手机APP与设备安全通信的方法及***
技术领域
本发明涉及物联网通信安全的技术领域，具体涉及的是在局域网下如何保证手机APP与设备通信是安全可信的一种方法及***。
背景技术
随着近些年物联网的普及，智能家居的异常火爆，更多的家居设备都已接入网络，但由于物联网安全法规及标准尚未完善，开发者及用户对智能设备安全问题关注不够，尤其是局域网下的设备与手机的通信交互，软件开发者大多采用的是明文通信，或固定在代码里的根秘钥进行加解密，采用这两种方法的通信很容易被攻击者通过网络抓包、APP代码反编译手段破解加密方式，从而达到攻击设备的目的。
发明内容
本发明针对当今局域网下通信安全防护性很弱的不足，提供一种轻量级的并基于动态秘钥协商机制的通信安全交互方法及***。
本发明的技术方案：
一种局域网内手机APP与设备安全通信的方法，包括以下步骤：
手机APP从云端取得公私钥对，设备生成公私钥对；
手机APP下发UDP广播用于扫描设备；
设备收到手机APP下发的UDP广播之后，通过UDP单播将自身设备信息及设备公钥回复给手机APP；
手机APP收到设备的UDP单播回复之后，向设备下发秘钥协商请求包；
设备收到秘钥协商请求包之后向手机APP回复秘钥协商应答包；
手机APP收到秘钥协商应答包之后向设备下发秘钥协商确认包；
手机APP与设备完成秘钥协商，手机APP与设备之间进行通信。
所述手机APP从云端取得公私钥对的方法是：
手机APP输入用户名和密码之后登陆到云端，向云端请求其局域网下与设备进行协商要用到的公私钥对；
云端收到请求之后判断该用户是否合法，若合法随即下发公私钥对给手机APP；
通过手机APP与云端之间的会话秘钥对公私钥对进行加密；
手机APP通过会话秘钥进行解密，然后将其存储在手机安全存储区，并打上已存储标记。
所述设备生成公私钥对的方法为：
设备在初次上电运行时，先判断自身安全存储区是否已存在设备公私钥对，若没有，则设备调用API来产生公私钥对并存储到安全存储区。
所述设备信息包括设备类型、MAC地址、设备ID、设备SN信息。
所述手机APP收到设备的UDP单播回复之后，向设备下发秘钥协商请求包具体包括：手机APP收到设备的UDP单播回复之后立即生成产生一个随机数R1，并通过设备公钥对R1进行加密成请求密文包，手机APP随即将该请求密文包作为秘钥协商请求包下发给设备。
所述设备收到秘钥协商请求包之后向手机APP回复秘钥协商应答包具体包括：设备收到秘钥协商请求包之后利用自身私钥对请求密文包进行解密得到随机数R1并暂存R1，然后设备生成随机数R2，并通过事先存储好的手机APP公钥对R2进行加密成应答密文包，随即将该应答密文包作为秘钥协商应答包发给手机APP。
所述事先存储好的手机APP公钥来源为手机APP下发的UDP广播。
所述手机APP收到秘钥协商应答包之后向设备下发秘钥协商确认包具体包括：手机APP收到秘钥协商应答包之后利用自身私钥对应答密文包进行解密得到随机数R2并暂存R2，将R1+R2拼接起来作为会话秘钥，手机APP将一段明文用R1+R2拼接而成的会话秘钥通过AES256-CBC进行加密成确认密文包，手机APP将确认密文包作为秘钥协商确认包发给设备。
手机APP与设备之间进行通信采用R1+R2拼接而成的会话秘钥进行AES256-CBC加解密。
一种局域网内手机APP与设备安全通信***，包括手机APP端的第一接收模块、第一发送模块以及设备端的第二接收模块、第二发送模块，第一接收模块用于从远端接收公私钥对，第一发送模块下发用于扫描设备的UDP广播，设备端的第二接收模块接收到第一发送模块发送的UDP广播，第二发送模块向手机APP端发送UDP单播回复，第一接收模块接收UDP单播回复并通过第一生成模块生成随机数R1，随机数R1和设备公钥通过第一加密模块加密成请求密文包后经第一发送模块发送给设备端，第二接收模块接收请求密文包并通过第二解密模块进行解密得到随机数R1，同时第二生成模块生成随机数R2，第二加密模块将随机数R2以及手机APP公钥加密成应答密文包，第二发送模块将应答密文包发送给手机APP，第一接收模块接收到应答密文包后通过第一解密模块进行解密得到随机数R2，手机APP将一段明文用R1+R2拼接而成的会话秘钥通过第一加密模块进行加密成确认密文包并通过第一发送模块发送给设备端。
本发明的技术效果：为了避免设备在局域网下不会被轻易攻击，本发明在局域网下，采用类似于SSL秘钥协商机制，从而保证APP与设备每次建立会话链路进行控制时的秘钥都是动态生成，达到一次一密的通信安全标准，降低了设备在局域网下被黑客攻击的风险。
附图说明
图1是本发明安全通信方法交互流程示意图；
图2是本发明安全通信***结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
如图1所示，当图1所示手机APP输入用户名和密码之后登陆到云端，向云端请求其局域网下与设备进行协商要用到的公私钥对，云端收到请求之后判断该用户是否合法，若合法随即下发该公私钥对给手机APP，该公私钥对需要通过手机APP与云端之间的会话秘钥进行加密，手机APP收到后通过会话秘钥进行解密，然后将其存储在手机安全存储区TRUST-ZONE区域，并打上已存储标记，以免下次重新登录APP无需再次向云端请求。APP在获取到公私钥之后，创建局域网通信需要用到两个UDP的SOCKET，一个用于UDP广播发送的SOCKET，一个用于监听设备回复的UDP包以及发送单播给对应设备的SOCKET。
当图1所示设备在初次上电运行时，先判断自身安全存储区是否已存在设备公私钥对，正常刚出厂的新设备是不具备的，因此设备首先调用API来产生公私钥对并存储到安全存储区。例如sst_get_dev_keypair函数的功能是先查询是否存在公私钥对，不存在则立即产生并保存。当公私钥对准备好之后，创建局域网通信需要用到的一个UDP的SOCKET，用于监听手机APP的广播以及发送单播给手机APP。到此，手机APP与设备秘钥协商与通信前的准备工作已经完成。
手机APP通过UDP广播SOCKET向目标IP为255.255.255.255，端口可自定义(如6445)，发送以”scanning”为消息体，标上消息类型(如0x01代表扫描包)的明文数据包。当该局域网下的安全设备监听到该广播包后，先将此时监听到的广播包对应源地址进行保存，作为稍后回复给手机APP的目标地址。通过收到的消息类型可判断为手机APP下发的scan包，然后设备将自身设备类型、MAC地址、设备ID、设备SN等唯一性信息并带上设备公钥作为消息体，标上消息类型(如0x02代表扫描包响应)通过SOCKET以明文单播的形式发到之前保存的目标地址，目的是让手机APP发现该设备，从而可以发起下一步的秘钥协商请求。
手机APP在监听到设备回复的扫描信息后，先将此时监听到的源地址进行保存，作为稍后发送到该设备的目标地址。通过收到的消息类型可判断为设备回复的scan包，然后根据设备回复的消息体内容来判断该设备是否存在其手机APP列表里，若存在，手机APP产生一个16字节的随机数R1并暂存R1，并用该设备的公钥通过ECC256对R1进行加密，该R1的密文作为消息体，标上消息类型(如0x03代表秘钥协商请求)通过监听SOCKET发送到之前保存的目标地址，该过程称作为秘钥协商请求。
设备监听到手机APP发送的协商请求包后，先将此时监听到的UDP源地址进行保存，作为稍后回复手机APP的目标地址。通过收到的消息类型可判断为手机APP发送的秘钥协商请求包，然后利用自身私钥通过ECC256解密出随机数R1并将R1暂存，接着安全设备也产生一个16字节的随机数R2并暂存R2，并用事先保存在设备代码里的手机APP公钥通过ECC256对R2进行加密，该R2的密文作为消息体，标上消息类型(如0x04代表秘钥协商应答)通过SOCKET发送到之前保存的目标地址，该过程称作为秘钥协商应答。
手机APP监听到设备回复的秘钥协商应答后，先将此时监听到的源地址进行刷新保存，作为稍后发送到设备的目标地址。通过收到的消息类型可判断为设备回复的秘钥协商应答包，然后利用自身私钥通过ECC256解密出随机数R2并将R2暂存，由于之前手机APP已经暂存R1，因此将R1和R2拼接起来作为最终手机APP与设备通信的会话秘钥。接着手机APP将一段明文串(如”confirm”)，以R1+R2拼接串作为秘钥，通过AES256-CBC进行加密，加密后的密文作为消息体，标上消息类型(如0x05代表秘钥协商确认)通过监听SOCKET发送到之前刷新保存的目标地址，该过程称作为秘钥协商确认。
整个秘钥协商过程完成之后，若手机APP需要控制设备，手机APP将控制内容通过R1+R2拼接串作为会话秘钥，通过AES256-CBC进行加密，加密后的密文作为消息体，标上消息类型(如0x06代表会话控制)通过监听SOCKET发送到之前刷新保存的目标地址；设备监听到该控制报文后，通过消息类型可判断该消息为会话控制消息，随后设备通过自身保存的R1+R2的拼接串作为秘钥，通过AES256-CBC进行解密获取控制内容，从而达到控制设备的目的。
如图2所示，一种局域网内手机APP与设备安全通信***，包括手机APP端的第一接收模块10、第一发送模块14以及设备端的第二接收模块20、第二发送模块24，第一接收模块10用于从远端接收公私钥对，第一发送模块14下发用于扫描设备的UDP广播，设备端的第二接收模块20接收到第一发送模块14发送的UDP广播，第二发送模块24向手机APP端发送UDP单播回复，第一接收模块10接收UDP单播回复并通过第一生成模块12生成随机数R1，随机数R1和设备公钥通过第一加密模块13加密成请求密文包后经第一发送模块14发送给设备端，第二接收模块20接收请求密文包并通过第二解密模块21进行解密得到随机数R1，同时第二生成模块22生成随机数R2，第二加密模块23将随机数R2以及手机APP公钥加密成应答密文包，第二发送模块24将应答密文包发送给手机APP，第一接收模块10接收到应答密文包后通过第一解密模块11进行解密得到随机数R2，手机APP将一段明文用R1+R2拼接而成的会话秘钥通过第一加密模块13进行加密成确认密文包并通过第一发送模块14发送给设备端。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种局域网内手机APP与设备安全通信的方法，其特征在于，包括以下步骤：
手机APP从云端取得公私钥对，设备生成公私钥对；
手机APP下发UDP广播用于扫描设备；
设备收到手机APP下发的UDP广播之后，通过UDP单播将自身设备信息及设备公钥回复给手机APP；
手机APP收到设备的UDP单播回复之后，向设备下发秘钥协商请求包；
设备收到秘钥协商请求包之后向手机APP回复秘钥协商应答包；
手机APP收到秘钥协商应答包之后向设备下发秘钥协商确认包；
手机APP与设备完成秘钥协商，手机APP与设备之间进行通信。
2.根据权利要求1所述的局域网内手机APP与设备安全通信的方法，其特征在于，所述手机APP从云端取得公私钥对的方法是：
手机APP输入用户名和密码之后登陆到云端，向云端请求其局域网下与设备进行协商要用到的公私钥对；
云端收到请求之后判断该用户是否合法，若合法随即下发公私钥对给手机APP；
通过手机APP与云端之间的会话秘钥对公私钥对进行加密；
手机APP通过会话秘钥进行解密，然后将其存储在手机安全存储区，并打上已存储标记。
3.根据权利要求1所述的局域网内手机APP与设备安全通信的方法，其特征在于，所述设备生成公私钥对的方法为：
设备在初次上电运行时，先判断自身安全存储区是否已存在设备公私钥对，若没有，则设备调用API来产生公私钥对并存储到安全存储区。
4.根据权利要求1所述的局域网内手机APP与设备安全通信的方法，其特征在于，所述设备信息包括设备类型、MAC地址、设备ID、设备SN信息。
5.根据权利要求1所述的局域网内手机APP与设备安全通信的方法，其特征在于，所述手机APP收到设备的UDP单播回复之后，向设备下发秘钥协商请求包具体包括：手机APP收到设备的UDP单播回复之后立即生成产生一个随机数R1，并通过设备公钥对R1进行加密成请求密文包，手机APP随即将该请求密文包作为秘钥协商请求包下发给设备。
6.根据权利要求5所述的局域网内手机APP与设备安全通信的方法，其特征在于，所述设备收到秘钥协商请求包之后向手机APP回复秘钥协商应答包具体包括：设备收到秘钥协商请求包之后利用自身私钥对请求密文包进行解密得到随机数R1并暂存R1，然后设备生成随机数R2，并通过事先存储好的手机APP公钥对R2进行加密成应答密文包，随即将该应答密文包作为秘钥协商应答包发给手机APP。
7.根据权利要求6所述的局域网内手机APP与设备安全通信的方法，其特征在于，所述事先存储好的手机APP公钥来源为手机APP下发的UDP广播。
8.根据权利要求5所述的局域网内手机APP与设备安全通信的方法，其特征在于，所述手机APP收到秘钥协商应答包之后向设备下发秘钥协商确认包具体包括：手机APP收到秘钥协商应答包之后利用自身私钥对应答密文包进行解密得到随机数R2并暂存R2，将R1+R2拼接起来作为会话秘钥，手机APP将一段明文用R1+R2拼接而成的会话秘钥通过AES256-CBC进行加密成确认密文包，手机APP将确认密文包作为秘钥协商确认包发给设备。
9.根据权利要求8所述的局域网内手机APP与设备安全通信的方法，其特征在于，手机APP与设备之间进行通信采用R1+R2拼接而成的会话秘钥进行AES256-CBC加解密。
10.局域网内手机APP与设备安全通信***，其特征在于，包括手机APP端的第一接收模块、第一发送模块以及设备端的第二接收模块、第二发送模块，第一接收模块用于从远端接收公私钥对，第一发送模块下发用于扫描设备的UDP广播，设备端的第二接收模块接收到第一发送模块发送的UDP广播，第二发送模块向手机APP端发送UDP单播回复，第一接收模块接收UDP单播回复并通过第一生成模块生成随机数R1，随机数R1和设备公钥通过第一加密模块加密成请求密文包后经第一发送模块发送给设备端，第二接收模块接收请求密文包并通过第二解密模块进行解密得到随机数R1，同时第二生成模块生成随机数R2，第二加密模块将随机数R2以及手机APP公钥加密成应答密文包，第二发送模块将应答密文包发送给手机APP，第一接收模块接收到应答密文包后通过第一解密模块进行解密得到随机数R2，手机APP将一段明文用R1+R2拼接而成的会话秘钥通过第一加密模块进行加密成确认密文包并通过第一发送模块发送给设备端。
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