CN103684753B - 一种实现终端设备一机一密的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现终端设备一机一密的方法，可支持多个初始密钥ITMK；任意两台终端设备传输密钥TMK和工作密钥WK均不相同；传输密钥TMK和工作密钥WK都由密码机随机产生并输出密钥密文，密钥使用中，密钥明文不以任何形式输出到密码机外部，极大保障密钥的安全性；传输密钥TMK和工作密钥WK存储在系统数据库中，可满足更新频率较高和终端数量大的需求，同时，结合密码机设备密钥LMK的切换技术，在需要进行多机热备的情况下，使得密钥同步简单易行，在保障安全性的同时，有效减少密码机多机热备下密钥同步带来的极大开销甚至不可操作。

Description

一种实现终端设备一机一密的方法

技术领域

本发明属于信息安全密码技术领域，其涉及一种可实现终端设备一机一密和密钥在线分发的方法。

背景技术

密码技术是信息安全的基础技术，密钥是密码技术安全应用的基础和信息化安全的基础。随着我国信息化产业高速全面发展，作为信息安全基础的密钥，各行业对其也提出了越来越严格的安全要求。

传统的终端设备密钥管理的功能比较弱，通常都是多台终端共享同一密钥，尤其是传输密钥。这种方式下，存在很大的安全隐患，任意一台终端被恶意攻击成功或者密钥泄露，将影响很大范围的其他终端设备。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种实现终端设备一机一密的方法，保障密钥的安全产生、存储、分发和使用，实现传输主密钥和工作密钥的一机一密和在线分发，解决上述提到的安全隐患。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种实现终端设备一机一密的方法，包括如下步骤：步骤一、密码机随机产生一个密码机设备密钥的n个分量LMK1-LMKn；

步骤二、将LMK1-LMKn注入到密码机中，密码机根据密钥合成算法计算并保存密码机设备密钥LMK；

步骤三、密码机根据设备密钥LMK和密钥扩展算法计算并保存密码机设备密钥集LMKs；

步骤四、密码机随机产生一个传输密钥的n个分量，并输出密钥分量明文ITMK1-ITMKn；

步骤五、将ITMK1-ITMKn分别注入设备端和密码机中，设备端和密码机根据设定的密钥合成算法计算得到初始密钥ITMK；

步骤六、设备端向服务端申请密钥；

步骤七、服务端查询该设备是否有传输密钥TMK：

如果有，则服务端直接申请工作密钥，然后跳到步骤十一；如果无，则服务端先向密码机申请传输密钥TMK，然后进入步骤八；

步骤八、密码机随机产生传输密钥TMK，根据密钥类型从密码机设备密钥集LMKs选取一对LMK，并将用密码机设备密钥LMK和初始密钥ITMK加密的传输密钥密文CTMK1和CTMK2返回给服务端；

步骤九、服务端保存传输密钥密文CTMK1；

步骤十、服务端将用初始密钥加密的传输密钥密文CTMK2发送给设备端；

步骤十一、服务端向密码机申请不同类型的工作密钥WK1-WKn；

步骤十二、密码机随机产生工作密钥WK1-WKn，根据密钥类型从密码机设备密钥集LMKs选取一对LMK，并将用密码机设备密钥LMK和传输密钥TMK加密的工作密钥密文CWK1和CWK2返回给服务端；

步骤十三、服务端保存密码机设备密钥LMK加密的工作密钥密文CWK1；

步骤十四、服务端将传输密钥加密的工作密钥密文CWK2发送给设备端；

步骤十五、设备端保存收到的下发密钥传输密钥TMK和工作密钥WK。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1、支持多个初始密钥ITMK，终端设备下发时可根据区域、机构等配置不同的初始密钥。

2、终端设备第一次开机以后，任意两台终端设备传输密钥TMK和工作密钥WK均不相同，任意一台终端设备密钥的泄露不会影响其他设备。

3、传输密钥TMK和工作密钥WK都由密码机随机产生并输出密钥密文，密钥使用中，密钥明文不以任何形式输出到密码机外部，极大保障密钥的安全性。

4、传输密钥TMK和工作密钥WK存储在系统数据库中，可满足更新频率较高和终端数量大的需求，同时，结合密码机设备密钥LMK的切换技术，在需要进行多机热备的情况下，使得密钥同步简单易行，在保障安全性的同时，有效减少密码机多机热备下密钥同步带来的极大开销甚至不可操作。

具体实施方式

一种实现终端设备一机一密的方法，其中硬件系统包括硬件密码机（以下简称密码机）、终端系统设备端（以下简称设备端）和终端系统服务端（以下简称服务端），其中：终端系统设备端与终端系统服务端相连，硬件密码机与终端系统服务端相连。实现终端设备一机一密的方法包括如下步骤如下：

步骤一、密码机随机产生一个密码机设备密钥的n个分量LMK1-LMKn；

步骤二、在密码机中注入LMK1-LMKn，密码机根据密钥合成算法计算并保存密码机设备密钥LMK；

步骤三、密码机根据设备密钥LMK和密钥扩展算法计算并保存密码机设备密钥集LMKs，LMKs中包含多对不同的LMK；

步骤四、密码机随机产生一个传输密钥的n个分量，并输出密钥分量明文ITMK1-ITMKn。密钥分量个数n不限，通常采用1到9个；密钥明文输出方式不限，可采用显示、打印输出等方式。

步骤五、分别在设备端和密码机中注入ITMK1-ITMKn，设备端和密码机根据约定好的密钥合成算法计算得到初始密钥ITMK。密钥合成算法方式不限，可采用异或等方式；

步骤六、设备端向服务端申请密钥；

步骤七、服务端查询该设备是否有传输密钥TMK：

如果有，则服务端直接申请工作密钥，然后跳到步骤十一；如果无，则服务端先向密码机申请传输密钥TMK，然后去步骤八；

步骤八、密码机随机产生传输密钥TMK，根据密钥类型从密码机设备密钥集LMKs选取一对LMK，并将用密码机设备密钥LMK和初始密钥ITMK加密的传输密钥密文CTMK1和CTMK2返回给服务端；

步骤九、服务端保存传输密钥密文CTMK1；

步骤十、服务端将用初始密钥加密的传输密钥密文CTMK2发送给设备端；

步骤十一、服务端向密码机申请不同类型的工作密钥WK1-WKn；

步骤十二、密码机随机产生工作密钥WK1-WKn，根据密钥类型从密码机设备密钥集LMKs选取一对LMK，并将用密码机设备密钥LMK和传输密钥TMK加密的工作密钥密文CWK1和CWK2返回给服务端；

步骤十三、服务端保存密码机设备密钥LMK加密的工作密钥密文CWK1；

步骤十四、服务端将传输密钥加密的工作密钥密文CWK2发送给设备端；

步骤十五、设备端保存收到的下发密钥TMK和WK。

上述步骤中提及的传输密钥 TMK可通过终端系统不定期的更新，每次更新，包括下列步骤：

1）服务端向密码机申请新的传输密钥NTMK，并将旧的传输密钥密文CTMK1送入密码机；

2）密码机随机产生新的传输密钥NTMK，根据密钥类型从密码机设备密钥集LMKs选取一对LMK，并将用密码机设备密钥LMK和旧的传输密钥加密的传输密钥密文CNTMK1和CNTMK2返回给服务端；

3）服务端保存传输密钥密文CNTMK1；

4）服务端将用旧的传输密钥加密的传输密钥密文CNTMK2发送给设备端；

5）设备端保存收到的下发密钥NTMK。

上述步骤中提及的密码机设备密钥 LMK可不定期更新，包括下列步骤：

1）密码机随机产生一个新的密码机设备密钥的n个分量NLMK1-NLMKn；

2）在密码机中注入新的NLMK1-NLMKn，密码机根据密钥合成算法计算并保存新的密码机设备密钥NLMK；

3）密码机根据设备密钥NLMK和密钥扩展算法计算并保存密码机设备密钥集NLMKs；

4）密码机建立密钥临时存储区，将旧的密码机设备密钥集LMKs移到该区域保存；

5）服务端向密码机申请密钥切换，并将密钥类型、旧的密钥密文和密钥校验值送入密码机；

6）密码机计算新的密钥密文返回服务端；

7）服务端保存下发的密钥。

本发明的工作原理是：使用本发明方法产生的密钥时，服务端向密码机请求安全服务，并将服务类型、密钥密文和运算数据送入密码机；密码机内部解密密钥，并根据服务类型和运算数据进行密码运算，然后返回计算结果给服务端。

Claims (2)

1.一种实现终端设备一机一密的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、密码机随机产生一个密码机设备密钥的n个分量LMK1-LMKn；

步骤二、在密码机中注入LMK1-LMKn，密码机根据密钥合成算法计算并保存密码机设备密钥LMK；

步骤三、密码机根据设备密钥LMK和密钥扩展算法计算并保存密码机设备密钥集LMKs；

步骤四、密码机随机产生一个传输密钥的n个分量，并输出密钥分量明文ITMK1-ITMKn；

步骤五、分别在设备端和密码机中注入ITMK1-ITMKn，设备端和密码机根据设定的密钥合成算法计算得到初始密钥ITMK；

步骤六、设备端向服务端申请密钥；

步骤七、服务端查询该设备是否有传输密钥TMK：

如果有，则服务端直接申请工作密钥，然后跳到步骤十一；如果无，则服务端先向密码机申请传输密钥TMK，然后进入步骤八；

步骤八、密码机随机产生传输密钥TMK，根据密钥类型从密码机设备密钥集LMKs选取一对LMK，并将用密码机设备密钥LMK和初始密钥ITMK加密的传输密钥密文CTMK1和CTMK2返回给服务端；

步骤九、服务端保存传输密钥密文CTMK1；

步骤十、服务端将用初始密钥加密的传输密钥密文CTMK2发送给设备端；

步骤十一、服务端向密码机申请不同类型的工作密钥WK1-WKn；

步骤十二、密码机随机产生工作密钥WK1-WKn，根据密钥类型从密码机设备密钥集LMKs选取一对LMK，并将用密码机设备密钥LMK和传输密钥TMK加密的工作密钥密文CWK1和CWK2返回给服务端；

步骤十三、服务端保存密码机设备密钥LMK加密的工作密钥密文CWK1；

步骤十四、服务端将传输密钥加密的工作密钥密文CWK2发送给设备端；

步骤十五、设备端保存收到的下发密钥传输密钥TMK和工作密钥WK；

所述传输密钥TMK的更新方法如下：

1）服务端向密码机申请新的传输密钥NTMK，并将旧的传输密钥密文CTMK1送入密码机；

2）密码机随机产生新的传输密钥NTMK，根据密钥类型从密码机设备密钥集LMKs选取一对LMK，并将用密码机设备密钥LMK和旧的传输密钥加密的传输密钥密文CNTMK1和CNTMK2返回给服务端；

3）服务端保存传输密钥密文CNTMK1；

4）服务端将用旧的传输密钥加密的传输密钥密文CNTMK2发送给设备端；

5）设备端保存收到的下发密钥NTMK。

2.根据权利要求1所述的一种实现终端设备一机一密的方法，其特征在于：所述密码机设备密钥LMK的更新方法如下：

1）密码机随机产生一个新的密码机设备密钥的n个分量NLMK1-NLMKn；

2）在密码机中注入新的NLMK1-NLMKn，密码机根据密钥合成算法计算并保存新的密码机设备密钥NLMK；

3）密码机根据设备密钥NLMK和密钥扩展算法计算并保存密码机设备密钥集NLMKs；

4）密码机建立密钥临时存储区，将旧的密码机设备密钥集LMKs移到密钥临时存储区保存；

5）服务端向密码机申请密钥切换，并将密钥类型、旧的密钥密文和密钥校验值送入密码机；

6）密码机计算新的密钥密文返回服务端；

7）服务端保存下发的密钥。