專(zhuān)利名稱(chēng)：通過(guò)一種通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)加密傳輸方法、一種相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和一種主要為自動(dòng)化系統(tǒng)用戶(hù)設(shè)計(jì)的通訊系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，已知有各種不同的數(shù)據(jù)加密傳輸方法。這些方法基本上分為兩大類(lèi)，即不對(duì)稱(chēng)加密法和對(duì)稱(chēng)加密法。
對(duì)稱(chēng)加密法又叫做“專(zhuān)用密鑰加密”。在對(duì)稱(chēng)加密法中，通訊用戶(hù)使用同一個(gè)密鑰進(jìn)行加密和解密。已知的現(xiàn)有對(duì)稱(chēng)加密法有DES，三重DES，RC2，RC4，IDEA和Skipjack等。
已知的現(xiàn)有對(duì)稱(chēng)加密法的一個(gè)共同缺點(diǎn)是，加密通訊開(kāi)始前必須將對(duì)稱(chēng)密鑰傳輸給各個(gè)用戶(hù)，而所述的傳輸過(guò)程有可能會(huì)受到竊聽(tīng)。
又叫做“公共密鑰加密”的非對(duì)稱(chēng)加密法使用一個(gè)公共密鑰進(jìn)行加密。用某一個(gè)用戶(hù)的公共密鑰加密后的數(shù)據(jù)只能用該用戶(hù)的專(zhuān)用密鑰才能解密。已知的非對(duì)稱(chēng)加密法有Diffie-Hellmann和RSA。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種改進(jìn)了的加密方法以用于數(shù)據(jù)加密傳輸、一種用于所述數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)南鄳?yīng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和通訊系統(tǒng)。
本發(fā)明的上述目的分別通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中所述的技術(shù)特征加以實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求說(shuō)明的是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳輸——例如通過(guò)一個(gè)像因特網(wǎng)這樣的公共通訊網(wǎng)絡(luò)——時(shí)，使用一種對(duì)稱(chēng)加密法。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，在此過(guò)程中，并不將對(duì)稱(chēng)密鑰分發(fā)給所述通訊網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)用戶(hù)，而是由各個(gè)用戶(hù)在本地分別生成所述對(duì)稱(chēng)密鑰。
為此要將取自一個(gè)隨機(jī)過(guò)程的數(shù)據(jù)輸入各個(gè)用戶(hù)中。在此基礎(chǔ)上，各個(gè)用戶(hù)在本地分別生成同一的對(duì)稱(chēng)密鑰，所述的對(duì)稱(chēng)密鑰將用于所述用戶(hù)間的數(shù)據(jù)加密傳輸。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，上述數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成；其中，所述數(shù)據(jù)是在用戶(hù)中生成對(duì)稱(chēng)密鑰的基礎(chǔ)，所述隨機(jī)數(shù)發(fā)生器利用一個(gè)隨機(jī)過(guò)程(例如電阻噪聲)或一個(gè)放射性衰變過(guò)程來(lái)生成隨機(jī)數(shù)。與建立在發(fā)生器多項(xiàng)式基礎(chǔ)上的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器相比，所述隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)在于，它不會(huì)生成偽隨機(jī)數(shù)。因?yàn)?，發(fā)生器多項(xiàng)式原則上有可能會(huì)被網(wǎng)絡(luò)侵入者在分析用戶(hù)的通訊后計(jì)算得知，特別是當(dāng)涉及到的是循環(huán)通訊時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，從一個(gè)隨機(jī)過(guò)程中確定至少一個(gè)測(cè)量值。例如，生成對(duì)稱(chēng)密鑰所需要的數(shù)據(jù)就是從所述測(cè)量值的低有效位中獲得的。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，將一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的至少一個(gè)時(shí)變參數(shù)用作隨機(jī)過(guò)程。為此，多種測(cè)量值可被采用，例如由自動(dòng)化系統(tǒng)的傳感器所提供的溫度、轉(zhuǎn)速、電壓、電流、流量、速度、濃度、濕度值等。作為一個(gè)例子，相應(yīng)的測(cè)量值是隨機(jī)的，但可能含有周期性分量。為了減少這樣的周期性分量，可以只用所述測(cè)量值的低有效位來(lái)生成對(duì)稱(chēng)密鑰。
根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，由至少兩個(gè)用戶(hù)獨(dú)立獲取隨機(jī)數(shù)據(jù)。其中一個(gè)用戶(hù)所獲取的隨機(jī)數(shù)據(jù)被傳輸給另一個(gè)用戶(hù)或其他各個(gè)用戶(hù)。通過(guò)這種方法，每個(gè)用戶(hù)可以得到所有上述隨機(jī)數(shù)據(jù)。隨后再將這些隨機(jī)數(shù)據(jù)組合在一起，構(gòu)成生成對(duì)稱(chēng)密鑰的基礎(chǔ)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，通過(guò)一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)(例如因特網(wǎng))或一個(gè)以太網(wǎng)(例如LAN，WAN或WLAN)傳輸在各用戶(hù)中生成對(duì)稱(chēng)密鑰所需要的數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)稱(chēng)密鑰在用戶(hù)中的生成是應(yīng)一個(gè)主用戶(hù)的要求而進(jìn)行的，其中，相應(yīng)的要求通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸給各個(gè)用戶(hù)。例如，當(dāng)通訊網(wǎng)絡(luò)的有效數(shù)據(jù)傳輸量(網(wǎng)絡(luò)負(fù)載)較小時(shí)，為了將未加利用的帶寬用來(lái)傳輸在各用戶(hù)中生成對(duì)稱(chēng)密鑰所需要的數(shù)據(jù)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的要求。當(dāng)用戶(hù)使用因特網(wǎng)進(jìn)行通訊時(shí)，這種方式將尤其有利。
又如，當(dāng)使用的是一個(gè)以太網(wǎng)時(shí)，所有用戶(hù)都可以對(duì)以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行“監(jiān)聽(tīng)”。在這種情況下，可以通過(guò)主用戶(hù)在以太網(wǎng)中發(fā)送一個(gè)觸發(fā)指令來(lái)觸發(fā)各個(gè)用戶(hù)中的密鑰生成。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述隨機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸和各個(gè)用戶(hù)中的密鑰生成是在預(yù)先規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)上或者在預(yù)先規(guī)定的時(shí)間間隔之后進(jìn)行的。在這種實(shí)施方式中，通訊網(wǎng)絡(luò)的用戶(hù)使用一個(gè)同步時(shí)基。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，用戶(hù)使用不同的對(duì)稱(chēng)加密法來(lái)生成密鑰，并相應(yīng)地生成各種不同的對(duì)稱(chēng)密鑰。進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸時(shí)，可以周期性地在各種加密方法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，來(lái)進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)陌踩浴?br> 根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，用于各種加密方法的數(shù)據(jù)由各個(gè)用戶(hù)提供的隨機(jī)數(shù)據(jù)的各種不同組合所形成。
本發(fā)明尤其適用于自動(dòng)化系統(tǒng)。例如，可以在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段中進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和配置時(shí)確定在各用戶(hù)中生成密鑰時(shí)所用的算法。系統(tǒng)制造商對(duì)相應(yīng)的密鑰生成算法保密。這樣，除了可以保護(hù)數(shù)據(jù)加密傳輸，還可以防止在自動(dòng)化系統(tǒng)中使用未經(jīng)授權(quán)的部件，如由一個(gè)第三方制造商所提供的部件。
所述算法優(yōu)選地存儲(chǔ)在所述自動(dòng)化系統(tǒng)的自動(dòng)化設(shè)備的安全存儲(chǔ)區(qū)，例如EPROM或芯片卡中，其由授權(quán)用戶(hù)植入自動(dòng)化設(shè)備的讀卡器內(nèi)。
本發(fā)明尤其適用于通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的自動(dòng)化系統(tǒng)部件。通過(guò)在所述的自動(dòng)化系統(tǒng)的用戶(hù)之間使用本發(fā)明的數(shù)據(jù)加密傳輸，可以避免第三人進(jìn)行未經(jīng)許可的介入，尤其是當(dāng)用戶(hù)之間使用的是一種無(wú)線傳輸技術(shù)時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明的另一種優(yōu)選實(shí)施方式，將數(shù)據(jù)加密傳輸應(yīng)用在所述系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)或所謂的遠(yuǎn)程服務(wù)(Teleservice)上。在此過(guò)程中，本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法同樣可以防止系統(tǒng)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中受到竊聽(tīng)，或可能的惡意介入。
除了自動(dòng)化系統(tǒng)以外，本發(fā)明還可以應(yīng)用在用戶(hù)之間的遠(yuǎn)程通訊或汽車(chē)、輪船、飛機(jī)或火車(chē)的電子設(shè)備部件之間的通訊上。


以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式加以詳細(xì)說(shuō)明，其中圖1為本發(fā)明的通訊系統(tǒng)的第一種實(shí)施方式的框圖；圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)傳輸方法的第一種實(shí)施方式的流程圖；圖3為從一個(gè)測(cè)量值中獲得生成密鑰所需數(shù)據(jù)的示意圖；圖4為本發(fā)明的通訊系統(tǒng)的第二種優(yōu)選實(shí)施方式的框圖；以及圖5為本發(fā)明的自動(dòng)化系統(tǒng)的一種優(yōu)選實(shí)施方式的框圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示的是一個(gè)通訊系統(tǒng)100，其中至少有兩個(gè)用戶(hù)102和104可以通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)106交換數(shù)據(jù)。根據(jù)一種實(shí)用的實(shí)施方式，所述通訊系統(tǒng)100中可以有大量這種用戶(hù)。
通訊系統(tǒng)100的用戶(hù)102和104分別有一個(gè)用于執(zhí)行對(duì)稱(chēng)加密法的程序108。借助于所述程序108，可以在輸入數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成對(duì)稱(chēng)密鑰，以及對(duì)有待傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密。
所述用戶(hù)102和104還分別具有一個(gè)存儲(chǔ)器110，其用于存儲(chǔ)分別通過(guò)程序108而生成的對(duì)稱(chēng)密鑰。
用戶(hù)102和一個(gè)采集模塊112連接在一起。所述采集模塊112用于從一個(gè)隨機(jī)過(guò)程114中獲取隨機(jī)數(shù)據(jù)。所述隨機(jī)過(guò)程114涉及的可以是(例如)一個(gè)有噪聲的電阻的電壓信號(hào)。
用戶(hù)102還和一個(gè)數(shù)據(jù)源116連接在一起。所述數(shù)據(jù)源116提供的數(shù)據(jù)由所述用戶(hù)102通過(guò)網(wǎng)絡(luò)106傳輸給用戶(hù)104。
在所述通訊系統(tǒng)100的運(yùn)行過(guò)程中，采集模塊112從所述隨機(jī)過(guò)程114中獲取隨機(jī)數(shù)據(jù)。獲取的隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入用戶(hù)102中。用戶(hù)102通過(guò)網(wǎng)絡(luò)106將這部分隨機(jī)數(shù)據(jù)傳輸給用戶(hù)104。這個(gè)過(guò)程可以以加密或不加密的形式進(jìn)行。
啟動(dòng)用戶(hù)102中的程序108，就可以在所述采集模塊112提供的隨機(jī)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成一個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰，這個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器110中。相應(yīng)地，啟動(dòng)用戶(hù)104中的程序108，就可以使用用戶(hù)104通過(guò)網(wǎng)絡(luò)106接收到的隨機(jī)數(shù)據(jù)生成一個(gè)同樣的對(duì)稱(chēng)密鑰，這個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰存儲(chǔ)在用戶(hù)104的存儲(chǔ)器110中。
如果通訊系統(tǒng)100中還存在其他用戶(hù)，則其他用戶(hù)也會(huì)接收到用戶(hù)102通過(guò)網(wǎng)絡(luò)106傳輸過(guò)來(lái)的隨機(jī)數(shù)據(jù)，并通過(guò)各自的程序108分別在本地生成所述的對(duì)稱(chēng)密鑰。
接下來(lái)就可以以加密的形式將由所述數(shù)據(jù)源116提供給用戶(hù)102的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)106傳輸給用戶(hù)104了。為此，要借助用戶(hù)102的程序108和存儲(chǔ)在用戶(hù)102的存儲(chǔ)器110中的對(duì)稱(chēng)密鑰對(duì)有待傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)進(jìn)行加密。
加密后的有效數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)106進(jìn)行傳輸，并由所述用戶(hù)104接收。所述用戶(hù)104用其程序108和存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器110中的對(duì)稱(chēng)密鑰對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行解密。
用于在所述用戶(hù)102和104中生成對(duì)稱(chēng)密鑰的隨機(jī)數(shù)據(jù)可以通過(guò)一個(gè)隨機(jī)的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器來(lái)生成，其中，所述隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可將(例如)一個(gè)有噪聲的電阻的輸出電壓用作隨機(jī)過(guò)程。
作為替代方案，也可以把所述數(shù)據(jù)源116提供的數(shù)據(jù)當(dāng)作隨機(jī)數(shù)據(jù)來(lái)生成對(duì)稱(chēng)密鑰。當(dāng)數(shù)據(jù)源116提供的是(例如一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的)時(shí)變量或時(shí)變參數(shù)的測(cè)量值時(shí)，這種方案就特別有利。舉例來(lái)說(shuō)，這樣一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的某些過(guò)程參數(shù)，例如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等等，并不具有確定性，而是在具有或多或少的周期性分量的同時(shí)具有一定的隨機(jī)性。所以，一個(gè)由數(shù)據(jù)源116提供的相應(yīng)測(cè)量值可以作為隨機(jī)數(shù)據(jù)用于對(duì)稱(chēng)密鑰的生成，在這種情況下，就不再需要單獨(dú)設(shè)置一個(gè)采集模塊112或額外添加一個(gè)隨機(jī)過(guò)程114。
圖2顯示的是一個(gè)相應(yīng)的流程圖。在步驟200中獲取隨機(jī)數(shù)據(jù)。在此，所述數(shù)據(jù)可以是由一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器提供的隨機(jī)數(shù)據(jù)或由一個(gè)數(shù)據(jù)源提供的有效數(shù)據(jù)。步驟202將獲取的隨機(jī)數(shù)據(jù)傳輸給通訊系統(tǒng)的各個(gè)用戶(hù)。所述傳輸過(guò)程可以以加密或不加密的形式通過(guò)一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行。
在步驟204中，各個(gè)用戶(hù)在其接收到的隨機(jī)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分別在本地生成同一的對(duì)稱(chēng)密鑰。在此過(guò)程中，要使用一種秘密的加密方法，這種加密方法分別由各用戶(hù)通過(guò)一種計(jì)算機(jī)程序得以實(shí)現(xiàn)。
也就是說(shuō)，在步驟202中接收到所述隨機(jī)數(shù)據(jù)的各用戶(hù)將這些隨機(jī)數(shù)據(jù)輸入所述計(jì)算機(jī)程序中，由此生成一個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰，這個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰由各個(gè)用戶(hù)本別存儲(chǔ)在本地。
這樣，不需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)106傳輸密鑰，所有用戶(hù)就可以具有所述的對(duì)稱(chēng)密鑰。即使對(duì)網(wǎng)絡(luò)106上的隨機(jī)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了竊聽(tīng)，第三人也不可能得到所述密鑰，因?yàn)楸仨氁兴龅拿孛芗用芊椒ǎ蛘哒f(shuō)是相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序才能得到所述密鑰。所述計(jì)算機(jī)程序優(yōu)選地存儲(chǔ)在一個(gè)安全的存儲(chǔ)區(qū)，例如EPROM或芯片卡中，以避免受到未經(jīng)許可的訪問(wèn)。
用所述隨機(jī)數(shù)據(jù)在各個(gè)用戶(hù)中生成同一的對(duì)稱(chēng)密鑰后，所述密鑰就在步驟206中用于用戶(hù)之間的保密通訊。
圖3顯示的是如何獲得生成對(duì)稱(chēng)密鑰所需要的隨機(jī)數(shù)據(jù)的一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)源116(參見(jiàn)圖1)提供了一個(gè)長(zhǎng)度(例如)為32位的測(cè)量值300。其中，只有所述測(cè)量值300的八個(gè)最低有效位(“Leastsignificant bits”-LSB)被用來(lái)生成密鑰。
換言之就是，測(cè)量值300的最低有效位構(gòu)成了用于生成密鑰的隨機(jī)數(shù)據(jù)。與使用整個(gè)所述測(cè)量值300或只使用其最高有效位(“Most significant bits”-MSB)相比，只用測(cè)量值300的最低有效位來(lái)生成密鑰的優(yōu)點(diǎn)是，減少或除去了測(cè)量信號(hào)的周期性分量。
圖4顯示的是一個(gè)通訊系統(tǒng)400的框圖。圖4中與圖1所示實(shí)施方式的各個(gè)要素相對(duì)應(yīng)的要素分別用高了300的參考符號(hào)標(biāo)注。
在圖4所示的實(shí)施方式中，用戶(hù)402和連續(xù)提供測(cè)量值a和b的數(shù)據(jù)源418和420連接在一起。用戶(hù)404和連續(xù)提供測(cè)量值c的數(shù)據(jù)源422連接在一起。所述測(cè)量值a涉及的是(例如)一個(gè)溫度值，所述測(cè)量值b涉及的是(例如)一個(gè)轉(zhuǎn)速值，所述測(cè)量值c涉及的是(例如)一個(gè)壓力值。
所述用戶(hù)402和404分別有一個(gè)用于存儲(chǔ)測(cè)量值a，b和c的存儲(chǔ)器424。此外，所述用戶(hù)402和404還分別具有一個(gè)用于存儲(chǔ)對(duì)稱(chēng)密鑰S1和S2的存儲(chǔ)器426。所述密鑰S1由程序408通過(guò)對(duì)測(cè)量值a和c進(jìn)行組合而生成，所述密鑰S2由程序408通過(guò)對(duì)測(cè)量值a和b進(jìn)行組合而生成。
在所述通訊系統(tǒng)400的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)稱(chēng)密鑰S1和S2在用戶(hù)402和404以及其他結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)相同的用戶(hù)中生成。
為此，要將所述數(shù)據(jù)源418，420和422在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上提供的測(cè)量值a，b和c存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)器424中。也就是說(shuō)，用戶(hù)402將測(cè)量值a和b存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器424中，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)406將這部分測(cè)量值傳輸給其他用戶(hù)，也即特別是傳輸給用戶(hù)404，然后所述的測(cè)量值a和b也被所述用戶(hù)存儲(chǔ)在其各自的存儲(chǔ)器424中。
另一方面，所述用戶(hù)404將所述測(cè)量值c存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器424中，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)406將測(cè)量值c傳輸給其他用戶(hù)，也即特別是傳輸給用戶(hù)402，然后所述的測(cè)量值c也被所述用戶(hù)存儲(chǔ)在其各自的存儲(chǔ)器424中。參照?qǐng)D3中所示內(nèi)容，優(yōu)選情況下，存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器424中的并不是整個(gè)測(cè)量值，而是其最低有效位。
所述用戶(hù)402使用程序408對(duì)存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器424中所述的測(cè)量值a和b進(jìn)行組合，或者說(shuō)是對(duì)所述測(cè)量值的最低有效位進(jìn)行組合，例如將一個(gè)測(cè)量值的相應(yīng)位添加至另一個(gè)測(cè)量值的相應(yīng)位之后。從中得出的數(shù)據(jù)字由所述程序408用于生成密鑰S2。
相應(yīng)地，通過(guò)程序408在所述測(cè)量值a和c的基礎(chǔ)上生成密鑰S1。所述密鑰S1和S2存入用戶(hù)402的存儲(chǔ)器426中。用戶(hù)404和通訊系統(tǒng)400的其他用戶(hù)中也進(jìn)行了原則上與此相同的一個(gè)過(guò)程，最終，所有用戶(hù)都具有了所述密鑰S1和S2。
隨后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)406對(duì)測(cè)量值a，b和c進(jìn)行加密傳輸，其中，所述密鑰S1和S2分別在特定的時(shí)間點(diǎn)上用于數(shù)據(jù)加密傳輸。這些時(shí)間點(diǎn)可以是預(yù)先確定或事件驅(qū)動(dòng)的。例如，其中一個(gè)用戶(hù)可以具有主用戶(hù)的功能，用來(lái)觸發(fā)密鑰的生成或決定在不同的用戶(hù)中進(jìn)行密鑰轉(zhuǎn)換。
在所述實(shí)施例中，可通過(guò)一種預(yù)先確定的組合機(jī)制從所述測(cè)量值a，b和c中形成各種不同的數(shù)據(jù)字，并以這些數(shù)據(jù)字作為生成不同對(duì)稱(chēng)密鑰的基礎(chǔ)。所述的組合機(jī)制可以是非時(shí)變或時(shí)變的。
圖5顯示的是一個(gè)具有復(fù)數(shù)個(gè)自動(dòng)化設(shè)備502，504，506，508，510和512的自動(dòng)化系統(tǒng)500。所述自動(dòng)化設(shè)備502至512通過(guò)一根數(shù)據(jù)總線514互相連接在一起。由此可以構(gòu)成一個(gè)(例如)以太網(wǎng)。除此之外還有一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備516，它可以通過(guò)一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)518，例如因特網(wǎng)或一個(gè)無(wú)線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
每個(gè)所述自動(dòng)化設(shè)備502至512和516都有一個(gè)加密程序520和一個(gè)加密程序522。除此之外還可以有其他的加密程序存在。所述加密程序520和522分別提供不同的對(duì)稱(chēng)加密法。
此外，所述自動(dòng)化設(shè)備502至512和516還分別具有一個(gè)定時(shí)器524。所述定時(shí)器524彼此同步，從而提供了一個(gè)對(duì)于所述自動(dòng)化系統(tǒng)500而言統(tǒng)一的同步時(shí)基。
此外，每個(gè)所述自動(dòng)化設(shè)備502至512還有一個(gè)存儲(chǔ)器526和一個(gè)存儲(chǔ)器528。自動(dòng)化設(shè)備502的存儲(chǔ)器526用于存儲(chǔ)由一個(gè)相應(yīng)的測(cè)量值獲取單元1輸出的“測(cè)量值1”。自動(dòng)化設(shè)備502的存儲(chǔ)器528用于存儲(chǔ)由一個(gè)測(cè)量值獲取單元5輸出的“測(cè)量值5”。如圖5所示，類(lèi)似的，其他自動(dòng)化設(shè)備504至512的存儲(chǔ)器526和528也被分別分配給指定的測(cè)量值獲取單元。為清楚起見(jiàn)，圖5未顯示所述的測(cè)量值獲取單元。
用于生成對(duì)稱(chēng)密鑰的數(shù)據(jù)字通過(guò)一種預(yù)先確定的組合機(jī)制，例如將測(cè)量值1，2，3和4級(jí)連起來(lái)，而產(chǎn)生。通過(guò)這種級(jí)連方式得到的數(shù)據(jù)字被分別輸入所述加密程序520和522，來(lái)生成相應(yīng)的對(duì)稱(chēng)密鑰。
將所述加密程序520和522用于自動(dòng)化設(shè)備502至512和516之間的數(shù)據(jù)加密傳輸時(shí)要遵循一個(gè)預(yù)先設(shè)置的時(shí)間順序，也就是說(shuō)，在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，是將加密程序520還是將加密程序522用于數(shù)據(jù)加密傳輸，是經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的。
所述自動(dòng)化設(shè)備516可以是一個(gè)遠(yuǎn)程維護(hù)設(shè)備。自動(dòng)化設(shè)備516同樣也通過(guò)網(wǎng)絡(luò)518接收所述測(cè)量值1，2，3和4，并通過(guò)加密程序520和522生成各自的密鑰。在此過(guò)程中，測(cè)量值由所述自動(dòng)化設(shè)備502，504和510通過(guò)數(shù)據(jù)總線514和網(wǎng)絡(luò)518傳輸給所述自動(dòng)化設(shè)備516。密鑰生成后，自動(dòng)化設(shè)備516就可以實(shí)行遠(yuǎn)程維護(hù)，在此過(guò)程中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)518傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可免于受到竊聽(tīng)和篡改。
網(wǎng)絡(luò)518具有網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)530和532，數(shù)據(jù)總線514和自動(dòng)化設(shè)備516通過(guò)所述網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)518進(jìn)行傳輸時(shí)，可以對(duì)已加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行再次加密。由此就進(jìn)一步提高了防止外部侵入的安全性。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)518是一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這一點(diǎn)就特別有利?？梢允褂萌鐖D1所述的方法，對(duì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)518進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行再次加密，其中，所述網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)530起到的是用戶(hù)102的作用，所述網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)532起到的是用戶(hù)104的作用。
特別有利的一點(diǎn)是，所述自動(dòng)化設(shè)備之間的保密數(shù)據(jù)傳輸并不依賴(lài)于公共的安全基礎(chǔ)設(shè)施，例如中央信任中心，而是以源自設(shè)備本身的時(shí)變數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。另一個(gè)有利之處是，由于所述加密程序520和522是秘密的、不公開(kāi)的，由此可以對(duì)所述自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行一次隱含的鑒權(quán)過(guò)程。不被系統(tǒng)許可的未經(jīng)授權(quán)的自動(dòng)化設(shè)備，或由第三方制造商提供的自動(dòng)化設(shè)備，由于其不具有所述的秘密加密程序520和522，因?qū)⒉荒茉谒鲎詣?dòng)化系統(tǒng)中使用。
為了進(jìn)一步提高安全性，可以在各個(gè)自動(dòng)化設(shè)備中分別加載一個(gè)加密程序列表。優(yōu)選情況下在所述自動(dòng)化系統(tǒng)脫機(jī)工作時(shí)進(jìn)行加密程序的加載，以免加密程序遭到竊聽(tīng)。所述加密程序可以存儲(chǔ)在安全的存儲(chǔ)區(qū)，例如EPROM或芯片卡中。
轉(zhuǎn)換加密程序及其密鑰的轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)可以以指令控制的形式由其中一個(gè)自動(dòng)化設(shè)備決定，這個(gè)自動(dòng)化設(shè)備從而具有了一個(gè)主控設(shè)備的功能。作為替代方案，所述轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)可以設(shè)置為預(yù)先確定的絕對(duì)時(shí)間點(diǎn)，或者設(shè)計(jì)為循環(huán)或周期性的。
作為另一種替代方案，在確定轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)時(shí)也可以使用一種由系統(tǒng)供給隨機(jī)值的算法。除此之外，還可以對(duì)所述數(shù)據(jù)總線514的負(fù)載情況進(jìn)行監(jiān)控，在數(shù)據(jù)總線514負(fù)載較小的時(shí)間點(diǎn)上觸發(fā)密鑰的生成或加密程序的轉(zhuǎn)換。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是，可以把數(shù)據(jù)總線514上未加利用的帶寬用于將測(cè)量值傳輸給各個(gè)自動(dòng)化設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)傳輸方法，具有下列步驟將取自一個(gè)隨機(jī)過(guò)程(114)的原始數(shù)據(jù)輸入一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)(100，106；400，406；500，514，518)的至少第一和第二用戶(hù)(102，104；402，404；502，504，506，508，510，512，516)中，在所述至少第一和第二用戶(hù)的每一個(gè)用戶(hù)中以所述原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)生成一個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰(S1，S2)，存儲(chǔ)所述對(duì)稱(chēng)密鑰以用于所述的至少第一和第二用戶(hù)之間的數(shù)據(jù)加密傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述原始數(shù)據(jù)通過(guò)所述通訊網(wǎng)絡(luò)(100，106；400，406；500，514，518)傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所述原始數(shù)據(jù)從所述隨機(jī)過(guò)程(114)中的至少一個(gè)測(cè)量值獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的方法，其特征是所述隨機(jī)過(guò)程涉及的是一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)(500)的一個(gè)時(shí)變參數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述原始數(shù)據(jù)從一個(gè)或若干個(gè)測(cè)量值的低有效位(LSB)中獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述至少第一和第二用戶(hù)中的每一個(gè)用戶(hù)都獲取隨機(jī)數(shù)據(jù)，所述原始數(shù)據(jù)從所述隨機(jī)數(shù)據(jù)中產(chǎn)生。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是所述原始數(shù)據(jù)通過(guò)一種預(yù)先確定的組合機(jī)制從所述隨機(jī)數(shù)據(jù)中產(chǎn)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征是所述隨機(jī)數(shù)據(jù)通過(guò)所述通訊網(wǎng)絡(luò)(100，106；400，406；500，514，518)傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述對(duì)稱(chēng)密鑰在用戶(hù)中的生成應(yīng)所述通訊網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)主用戶(hù)的要求而進(jìn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述對(duì)稱(chēng)密鑰在所述的至少第一和第二用戶(hù)中的生成在預(yù)先規(guī)定的時(shí)間點(diǎn)上或者在預(yù)先規(guī)定的時(shí)間間隔之后進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述原始數(shù)據(jù)或所述隨機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸在一個(gè)所述通訊網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較小的時(shí)間點(diǎn)上進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是用一種非對(duì)稱(chēng)加密法對(duì)所述原始數(shù)據(jù)或所述隨機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述至少第一和第二用戶(hù)中的每一個(gè)用戶(hù)都具有實(shí)現(xiàn)第一和第二加密方法的模塊(108；408)，其中，在所述原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上分別生成第一和第二對(duì)稱(chēng)密鑰，進(jìn)行數(shù)據(jù)加密傳輸時(shí)，按照一定的時(shí)間順序在所述第一和第二加密方法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征是通過(guò)對(duì)所述隨機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的組合得出不同的原始數(shù)據(jù)，所述原始數(shù)據(jù)是在所述至少第一和第二用戶(hù)中的每一個(gè)用戶(hù)中生成所述第一和第二密鑰的基礎(chǔ)。
15.一種通過(guò)程序模塊來(lái)執(zhí)行下列步驟的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，尤其是數(shù)字存儲(chǔ)介質(zhì)將取自一個(gè)隨機(jī)過(guò)程(114)的原始數(shù)據(jù)輸入一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)(100，106；400，406；500，514，518)的至少第一和第二用戶(hù)(102，104；402，404；502，504，506，508，510，512，516)中，在所述至少第一和第二用戶(hù)中的每一個(gè)用戶(hù)中在所述原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成一個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰(S1，S2)，存儲(chǔ)所述對(duì)稱(chēng)密鑰以用于所述的至少第一和第二用戶(hù)之間的數(shù)據(jù)加密傳輸。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征是所述原始數(shù)據(jù)從所述隨機(jī)過(guò)程(114)中的一個(gè)測(cè)量值獲得。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征是所述原始數(shù)據(jù)從一個(gè)或若干個(gè)測(cè)量值的低有效位(LSB)中獲得。
18.一種通訊系統(tǒng)，它具有至少第一和第二用戶(hù)(102，104；402，404；502，504，506，508，510，512，516)和一個(gè)用于所述的至少第一和第二用戶(hù)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)(100，106；400，406；500，514，518)，除此之外，所述通訊系統(tǒng)還具有將取自一個(gè)隨機(jī)過(guò)程(114)的原始數(shù)據(jù)輸入所述的至少第一和第二用戶(hù)中的模塊(112)，在所述至少第一和第二用戶(hù)中的每一個(gè)用戶(hù)中在所述原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成一個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰的模塊(108；408)和存儲(chǔ)所述對(duì)稱(chēng)密鑰以用于所述的至少第一和第二用戶(hù)之間的數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)哪K(110；426；520，522)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的通訊系統(tǒng)，其特征是所述通訊網(wǎng)絡(luò)(100，106；400，406；500，514，518)涉及的是一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的通訊系統(tǒng)，其特征是所述通訊網(wǎng)絡(luò)(100，106；400，406；500，514，518)涉及的是因特網(wǎng)，其中一個(gè)用戶(hù)被作為主用戶(hù)，通過(guò)因特網(wǎng)傳輸一個(gè)相應(yīng)的要求來(lái)觸發(fā)其他用戶(hù)中的密鑰生成。
21.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的通訊系統(tǒng)，其特征是所述通訊網(wǎng)絡(luò)(100，106；400，406；500，514，518)涉及的是一個(gè)以太網(wǎng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的通訊系統(tǒng)，其特征是一個(gè)用戶(hù)被作為主用戶(hù)，通過(guò)向所述以太網(wǎng)發(fā)送一個(gè)指令來(lái)觸發(fā)用戶(hù)中的密鑰生成。
23.根據(jù)權(quán)利要求18至22中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是所述的至少第一和第二用戶(hù)涉及的是一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)(500)的部件。
24.根據(jù)權(quán)利要求18至23中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征是至少其中一個(gè)用戶(hù)(516)具有實(shí)行遠(yuǎn)程維護(hù)的功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有下列步驟的數(shù)據(jù)傳輸方法將取自一個(gè)隨機(jī)過(guò)程(114)的原始數(shù)據(jù)輸入一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)(100，106；400，406；500，514，518)的至少第一和第二用戶(hù)(102，104；402，404；502，504，506，508，510，512，516)中；在所述至少第一和第二用戶(hù)中的每一個(gè)用戶(hù)中在所述原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成一個(gè)對(duì)稱(chēng)密鑰(S1，S2)，存儲(chǔ)所述對(duì)稱(chēng)密鑰以用于所述的至少第一和第二用戶(hù)之間的數(shù)據(jù)加密傳輸。
文檔編號(hào)G06F7/58GK1820449SQ200480019380
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2004年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月7日
發(fā)明者尤多·多布里赫, 羅蘭·海德?tīng)? 埃德蒙德·林曾柯克納 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司