本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)加密技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種家庭網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)通訊加密方法。
背景技術(shù)：
家庭網(wǎng)關(guān)連接著家電網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，存在著網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相連后不少安全威脅與攻擊，主要有幾下幾種：
(1)非法連接，系統(tǒng)入侵。通過網(wǎng)絡(luò)探測、非法連接等獲取重要數(shù)據(jù)或?qū)嵤┫到y(tǒng)破壞。
(2)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽，獲取密碼。通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽，分析網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，獲取密碼等重要信息。
(3)信息欺騙，篡改信息。通過中間人攻擊，篡改、刪除或重放數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息欺騙。
用戶連接家庭網(wǎng)關(guān)，傳統(tǒng)方法采用密碼來判是否是合法，但這種方法很容易通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽，分析網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)來獲取密碼，很容易通過中間人攻擊，篡改、刪除或重放數(shù)據(jù)包進(jìn)行信息欺騙，因此技術(shù)上存在安全性不好的缺點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種家庭網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)通訊加密方法，解決了目前用戶連接家庭網(wǎng)關(guān)采用密碼來判是否是合法，但這種方法很容易通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽，從而被盜取密碼的問題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照以下步驟進(jìn)行：
step1公開約定兩個參數(shù)g，n；
step2主站生成一個隨機(jī)數(shù)x，作為自已的私有密鑰，并計(jì)算x＝gxmodn，x作為公開的密鑰，x取反為x1，x1通過網(wǎng)絡(luò)傳送給家庭網(wǎng)關(guān)；
step3家庭網(wǎng)關(guān)接收到x1后，x1取反為x，家庭網(wǎng)關(guān)生成一個隨機(jī)數(shù)y，作為自已的私有密鑰，并計(jì)算y＝＝gymodn，y作為公開的密鑰，y取反為y1，y1通過網(wǎng)絡(luò)傳送給主站，同時，計(jì)算出
k2＝xymodn＝gxymodn作為加密解密用的私有密鑰；
step4主站接收到y(tǒng)1后，y1取反為y，計(jì)算出k1＝y(tǒng)ymodn＝gxymodn，作為加密解密用的私有密鑰；
主站計(jì)算出k1通過md5加密后網(wǎng)絡(luò)傳送給家庭網(wǎng)關(guān)；
step5家庭網(wǎng)關(guān)接收到md5(k1)，將md5(k2)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給主站，這樣家庭網(wǎng)關(guān)和主站都能對方進(jìn)行合法驗(yàn)證，如md5(k1)與md5(k2)相等則為合法，否則為非法。
進(jìn)一步，主站和家庭網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)幀格式如下：68h為起始字符，a為地址域，c為控制域，l是長度，雙字節(jié)長度，設(shè)定2個l進(jìn)行比較，增強(qiáng)可靠性，data為鏈路用戶數(shù)據(jù)，cs是從幀起始符到校驗(yàn)碼之前所有字節(jié)模256的和，保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性，16h為結(jié)束字符。
進(jìn)一步，鏈路用戶數(shù)據(jù)的幀格式：afn為應(yīng)用層功能碼，seq為幀序列域，da和dt為數(shù)據(jù)單元標(biāo)識，unit為數(shù)據(jù)單元。
進(jìn)一步，鏈路用戶數(shù)據(jù)幀格式中，擴(kuò)展了afn＝11h，f1傳輸公開密鑰x和y，f2傳輸md5加密的私有密鑰md5(k1)和md5(k2)。
本發(fā)明的有益效果是有效的保證了智能家居系統(tǒng)的通訊和數(shù)據(jù)的安全。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明方法步驟如下：
step1家庭網(wǎng)關(guān)與主站，公開約定兩個參數(shù)g，n。
step2主站生成一個隨機(jī)數(shù)x，作為自已的私有密鑰，并計(jì)算x＝gxmodn，x作為公開的密鑰，，x取反為x1，x1通過網(wǎng)絡(luò)傳送給家庭網(wǎng)關(guān)，主站->家庭網(wǎng)關(guān)。
step3家庭網(wǎng)關(guān)接收到x1后，x1取反為x，家庭網(wǎng)關(guān)生成一個隨機(jī)數(shù)y，作為自已的私有密鑰，并計(jì)算y＝gymodn，y作為公開的密鑰，y取反為y1，y1通過網(wǎng)絡(luò)傳送給主站，同時，計(jì)算出k2＝xymodn＝gxymodn作為加密解密用的私有密鑰。家庭網(wǎng)關(guān)->主站。
step4主站接收到y(tǒng)1后，y1取反為y，計(jì)算出k1＝y(tǒng)ymodn＝gxymodn，作為加密解密用的私有密鑰。
由于md5(k1)＝md5(k2)，這樣，網(wǎng)關(guān)和主站實(shí)行通訊時，具有共同的私有密鑰，能夠?qū)嵭辛藬?shù)據(jù)的加密和解密。為防止中間人攻擊，主站計(jì)算出md5(k1)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給家庭網(wǎng)關(guān)。主站->家庭網(wǎng)關(guān)。
step5家庭網(wǎng)關(guān)接收到md5(k1)，將md5(k2)通過網(wǎng)絡(luò)傳送給主站，這樣家庭網(wǎng)關(guān)和主站都能對方進(jìn)行合法驗(yàn)證。家庭網(wǎng)關(guān)->主站。
由于每次主站和網(wǎng)關(guān)通訊，公有密鑰雖然是公開傳輸，鉭取反加密而且每次都是動態(tài)的；私有密鑰通過md5加密傳輸，反向計(jì)算很不容易，從md5(k1)和md5(k2)計(jì)算出k1和k2很不容易?；谶@二點(diǎn)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?、同時也防止了中間人的攻擊。
仿真結(jié)果分析
公開：g＝5,n＝97，3組仿真數(shù)據(jù)如下表1所示：
表1測試數(shù)據(jù)
從表1三組數(shù)據(jù)結(jié)果看：a計(jì)算的私有密鑰k1等于b計(jì)算的私有密鑰k2；分析結(jié)論：公開g＝5，n＝97，從|x，y|出發(fā)，攻擊者要計(jì)算出k1或k2是很不容易，另外，通過md5(k1)計(jì)算k1，通過md5(k2)計(jì)算k2也是很不容易。
分析結(jié)論：通訊雙方每次的公開密鑰是不一樣的，各自計(jì)算出的用于加密和解密的私有密鑰也是不同的，這樣解決了動態(tài)密鑰和數(shù)據(jù)加密的問題。家庭網(wǎng)關(guān)是智能家居系統(tǒng)的關(guān)鍵中間樞紐，它的安全性關(guān)系到系統(tǒng)的安全可靠。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了動態(tài)密鑰的生成、數(shù)據(jù)的加密解密、并防止了中間人攻擊，有效的保證了智能家居系統(tǒng)的通訊和數(shù)據(jù)的安全。仿真結(jié)果表明，文中設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)具有較高的安全性和實(shí)用性，能夠有效的通過智能終端實(shí)現(xiàn)對家用電器的監(jiān)測與控制。
本發(fā)明通信協(xié)議基于q/gdw130-2005數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，并擴(kuò)展了二個命令，用于數(shù)據(jù)安全。規(guī)約中，主站首先發(fā)送數(shù)據(jù)給從站(家庭網(wǎng)關(guān))，按數(shù)據(jù)幀格式，從站接收數(shù)據(jù)，然后向其發(fā)送含有不同控制碼的數(shù)據(jù)幀。規(guī)約數(shù)據(jù)幀格式如表2所示，其中68h為起始字符，a為地址域，c為控制域，l是長度，雙字節(jié)長度，設(shè)定2個l進(jìn)行比較，增強(qiáng)可靠性，data為鏈路用戶數(shù)據(jù)，cs是從幀起始符到校驗(yàn)碼之前所有字節(jié)模256的和，保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性。
表2幀格式
幀格式中鏈路用戶數(shù)據(jù)包含所有用戶類型數(shù)據(jù)，通過功能碼和數(shù)據(jù)單元標(biāo)識來區(qū)分不同類型用戶數(shù)據(jù)，如表3所示：
表3鏈路用戶數(shù)據(jù)幀格式
在鏈路用戶數(shù)據(jù)幀格式中，擴(kuò)展一個應(yīng)用層功能碼和數(shù)據(jù)單元標(biāo)識，對應(yīng)于一組數(shù)據(jù)單元格式。如表4所示，擴(kuò)展了afn＝11h，f1和f2。
表4數(shù)據(jù)含義(afn＝11h)
f1數(shù)據(jù)單元指雙方的公開密鑰，實(shí)現(xiàn)了雙方計(jì)算出一個相同的秘密密鑰的目的。
f2數(shù)據(jù)單元指通過md5加密的計(jì)算的私有密鑰。
首先，主站與從站通過f1交換公開密鑰x和y，雙方通過diffie-hellman密碼算法計(jì)算出了k1和k2；其次，主站通過f2傳輸md5(k1)給從站，從站核對md5(k1)是否與md5(k2)一致，如正確，主站與從站連接成功，這樣雙方可通過k1和k2加密和解密數(shù)據(jù)，如不對，則有中間人攻擊，雙方連接斷開。
這樣，通過afn的擴(kuò)展和md5加密算法，達(dá)到了防止中間人攻擊的目標(biāo)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)還在于在家庭網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)通信時，為防范網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽、非法連接、信息篡改等入侵，在設(shè)計(jì)時需要在家庭網(wǎng)關(guān)中采用安全技術(shù)：
(1)實(shí)現(xiàn)動態(tài)密鑰；
(2)對通訊數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理；
(3)采取防止中間人攻擊手段。
在通訊時，通訊雙方每次公開的密鑰不一樣，數(shù)據(jù)通過密鑰加密傳輸，保證了(1)(2)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，另外，通過通訊規(guī)約擴(kuò)展手段和利用md5散列算法，保證了(3)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，從而保證了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的安全。
以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。