CN103179679A - 安全通道与开放通道绑定的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种安全通道与开放通道绑定的方法，安包括：发起方通过安全通道将其生成的第一随机数发送给响应方；响应方通过安全通道接收第一随机数，生成第二随机数和通道绑定信息，并通过开放通道把通道绑定信息发送给发起方；发起方接收通道绑定信息，通过验证通道绑定信息来确定通道绑定信息是否来自处于发起方安全通道工作范围内的响应方；在确认双方安全通道与开放通道之间的绑定关系成立之后，双方基于通道绑定建立开放通道的连接，开始下一步通讯交互过程。本方法能够在开放通道的连接建立之前完全确认通讯双方安全通道和开放通道的绑定关系，从而保证后续开放通道的通讯不会出现“异常连接”的情况。

Description

安全通道与开放通道绑定的方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，更具体的说，涉及无线通信领域中安全通道与开放通道绑定的方法。

背景技术

随着通信技术的发展，在设备中集成的功能日益强大，设备中可以同时具备适用于磁、声、光等其他任何安全通道的模块和适用于2.4GHz射频、WiFi、ZigBee、蓝牙等其他任何开放通道的模块。在移动电子支付技术领域，带磁通道的2.4GHz近距离射频通讯系统成为一种应用广泛的移动支付应用系统。

正常情况下，带磁通道的2.4GHz近距离射频通讯系统在一个发起方和一个位于发起方磁通道工作范围内的响应方之间进行射频通讯。所述带磁通道的2.4GHz近距离射频通讯系统的通讯过程一般为，发起方首先通过磁通道发送一包含随机数的激活查询消息请求给响应方，响应方通过磁通道接收到所述激活查询消息请求后被激活，通过射频通道发送一射频响应消息ATI对所述激活查询消息做出射频响应。通讯双方通常并不直接使用所述激活查询消息请求中携带的随机数来计算所述射频响应消息ATI的工作参数，而是使用所述随机数的单向变换结果或者所述随机数单向变换结果中的部分字节来计算所述射频响应消息ATI的工作参数。典型的带磁通道的2.4GHz近距离射频通讯系统使用了激活查询消息请求所携带的随机数单向变换结果中的部分字节来计算射频响应消息ATI的工作参数，此种方式既实现了2.4GHz射频链路工作参数的快速配置，又保证不会由于2.4GHz射频通道的开放性而泄漏磁通道传递的随机数信息本身，使得通过磁通道所传递的随机数还可复用于密钥协商等其他安全性用途，从而提高了磁通道数据的传输利用率。

但是，上述方式带来了一个潜在的问题：当有多个发起方同时工作于同一环境中时，在计算ATI射频响应工作参数时，虽然邻近发起方各自生成的随机数完全不同，但是基于各自生成的随机数而生成的单向变换结果中被实际使用到的那部分数据字节有可能完全相同。一旦出现这种情况则邻近发起方会使用相同的射频工作参数去接收ATI，使用相同射频工作参数的邻近发起方就有可能接收到位于其磁通道工作范围之外的响应方的ATI，从而与其磁通道工作范围之外的响应方建立射频连接，使得本次射频接入和交易具有不确定性，即发生了所谓“异常连接”。理论上发生上述 “异常连接”的概率为1/2⁸ⁿ，n为所述随机数单向变换结果中被实际使用的字节数。典型情况下n为2字节，发生上述“异常连接”的概率为1/2¹⁶，尽管概率很小，但一旦发生则有可能造成误刷卡，因此必须采取措施避免此种情况的发生。

对于“异常连接”的解决方式，所述带磁通道的2.4GHz近距离射频通讯系统原来是在“异常连接”可能发生后的交易阶段对于本次连接是否存在异常进行判断。这种方式属于在“连接”发生后的事后检测方式，需要滞后一定时间才能作出判断。因此当一次交易时间很短时，在检出“异常连接”之前交易就可能已经结束了，所以存在一定的隐患。

因此，需要提出一种方法，以确保开放性的通讯连接发生在通讯发起方和位于所述发起方安全通讯范围内的通讯响应方之间，从根本上杜绝了上述异常连接情况的发生；进一步，在确认安全通道与开放通道之间的绑定关系成立之后，通讯双方基于通道绑定来建立开放通道的连接，从而保证了后续通讯是在通道已绑定的实体之间进行的。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种安全通道与开放通道绑定的方法，该安全通道与开放通道包括安全通道和开放通道，该方法包括如下步骤：

A、发起方生成一第一随机数，并通过所述安全通道将所述第一随机数发送给响应方；

B、响应方通过安全通道接收所述第一随机数，生成一第二随机数和通道绑定信息，并通过所述开放通道把所述通道绑定信息发送给发起方，其中所述通道绑定信息至少由所述第二随机数和MAC验证码Mac1组成；

C、发起方接收所述通道绑定信息，通过验证所述通道绑定信息来确定所述通道绑定信息是否来自发起方安全通道工作范围内的响应方；

D、在确认所述安全通道与所述开放通道之间的绑定关系成立之后，通讯双方基于通道绑定来建立开放通道的连接，开始下一步的开放通道的通讯交互过程。

所述安全通道为利用磁、声或光进行通信的信道，所述开放通道为利用2.4GHz射频、WiFi、ZigBee或蓝牙进行通信的信道。

步骤B中获得所述通道绑定信息中MAC验证码的步骤具体为：响应方以所接收的第一随机数直接作为MAC密钥Key1或者基于所接收的第一随机数来生成MAC密钥Key1，并利用所述MAC密钥Key1对至少包含所述第二随机数在内的一段明文数据进行MAC运算，得到所述明文数据的MAC验证码Mac1；响应方将所述明文数据及其MAC验证码Mac1一起作为所述通道绑定信息。优选地，所述明文数据为“第二随机数||响应方的唯一标识”；或者，所述明文数据为“第二随机数||响应方的唯一标识||响应方的版本信息”，其中“||”表示拼接操作;响应方以接收到的所述第一随机数为有效密钥位，按照每7位插入1位对该7位的奇校验位或偶校验位的方式，得到MAC密钥Key1；所述MAC运算使用分组密码算法的CBC加密模式，以MAC密钥Key1为加密密钥对所述明文数据进行加密操作；取加密结果的部分字节作为MAC验证码Mac1，较佳地，取加密结果的左4字节作为MAC验证码Mac1。

步骤C中所述验证的步骤具体为：发起方采用与响应方同样的方式，以自己产生的第一随机数直接作为MAC密钥Key2或者基于自己产生的第一随机数来生成MAC密钥Key2，并利用所述MAC密钥Key2，对从响应方接收到的通道绑定信息中的所述明文数据进行与响应方同样的MAC运算，得到发起方的MAC验证码Mac2；发起方将计算得到的所述MAC验证码Mac2与从响应方接收到的通道绑定信息中的所述Mac验证码Mac1进行比较，如果两者相同，则认为所述开放通道与所述安全通道的绑定关系成立，否则认为发生了错误，发起方立即中断后续开放通道的交互过程，重新开始通道绑定。

所述第一随机数和第二随机数为不小于2字节的随机数。优选地，所述第一随机数为14字节的随机数，所述第二随机数为5字节的随机数。

所述安全通道为磁通道，开放通道为2.4GHz射频通道，步骤A中发起方通过磁通道激活查询消息请求将所述第一随机数传递给响应方，步骤B中响应方通过所述磁通道激活查询消息请求接收所述第一随机数，并通过射频通道在所述请求的射频响应消息ATI中将通道绑定信息发送给发起方，步骤C中发起方通过射频通道在所述请求的射频响应消息ATI中接收所述通道绑定信息。

在确认磁通道与射频通道之间的绑定关系成立之后，通讯双方采用新的不同于通道绑定过程中所使用的工作参数来进行后续射频通讯，所述工作参数至少由射频频点和射频地址组成；或者，在确认磁通道与射频通道之间的绑定关系成立之后，通讯双方基于所述第二随机数和所述第一随机数计算后续射频通讯工作参数，所述工作参数至少由射频频点和射频地址组成；或者在确认磁通道与射频通道之间的绑定关系成立之后，通讯双方基于所述第二随机数来计算后续射频通讯工作参数，所述工作参数至少由射频频点和射频地址组成。

以带磁通道的2.4G近距离射频通讯系统为例，本发明提供的技术方案并不需要改变该通讯系统现有通讯流程，也不增加大的额外绑定开销，只是在接收到磁通道消息的通讯响应方的射频响应消息中携带一个通道绑定信息，就能够保证所述带磁通道的2.4G近距离射频通讯系统在建立射频连接之前确认射频通道与其对应的磁通道的唯一绑定关系，从而彻底杜绝了可能的射频“异常连接”情况的发生。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的磁通道与射频通道绑定的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明可以适用于磁、声、光等其他任何安全通道与2.4GHz射频、WiFi、ZigBee、蓝牙等其他任何开放通道之间的绑定。

为了便于理解本发明，下面仅以带磁通道的2.4GHz近距离射频通讯系统的磁通道和射频通道之间的绑定，即安全通道以磁通道为例，开放通道以2.4GHz射频通道为例进行说明。

发起方产生一第一随机数RN1且通过磁通道消息将所述第一随机数RN1发送给响应方，响应方通过该磁通道接收所述第一随机数RN1，并发送射频响应消息给该发起方，该射频响应消息中包含一通道绑定信息，发起方接收到该射频响应消息后，通过所述通道绑定信息来判断射频响应是否来自正确的射频响应方。如果验证通过则射频通道与磁通道的绑定关系成立，否则认为发生了错误的射频响应，立即中断射频通讯交互过程，重新开始通道绑定。具体流程如图1所示。

步骤100：发起方生成第一随机数RN1。较佳的，RN1为不小于2字节的随机数。本实施例中，RN1为14字节随机数。

步骤200：发起方通过磁通道将所述第一随机数RN1发送给响应方，响应方通过磁通道接收所述第一随机数RN1。

较佳的，发起方通过磁通道激活查询消息请求，将所述第一随机数RN1传递给响应方；响应方通过所述磁通道激活查询消息请求，接收所述第一随机数RN1。

步骤300：响应方生成第二随机数RN2。较佳的，RN2为不小于2字节的随机数；本实施例中，RN2为5字节随机数。

步骤400：响应方生成通道绑定信息，包括如下子步骤：

步骤401：生成MAC密钥：响应方以从磁通道接收到的第一随机数RN1直接作为MAC密钥Key1或者基于从磁通道接收到的第一随机数RN1来生成MAC密钥Key1；较佳的，响应方以接收到的RN1为有效密钥位，按照每7位插入1位对该7位的奇校验位或偶校验位的方式，得到MAC密钥Key1；或者，对于长度为14字节（112位）的RN1，按照每7位插入1位对该7位的奇校验位或偶校验位的方式，得到16字节（128位）长的MAC密钥Key1；

步骤402：MAC运算：响应方使用该MAC密钥Key1，对至少包含所述第二随机数RN2在内的一段明文数据PD进行MAC运算，得到所述PD的MAC验证码Mac1。

较佳的，所述明文数据PD为RN2||UID，其中，“||”表示拼接操作，UID为响应方的唯一标识；

较佳的，所述明文数据PD为RN2||UID||Version，其中，“||”表示拼接操作，UID为响应方的唯一标识，Version为响应方的版本信息；

较佳的，所述MAC运算使用分组密码算法的CBC加密模式，以Key1为加密密钥对PD进行加密操作；

较佳的，所述MAC运算使用DES/3DES或AES等分组密码算法的CBC加密模式，以Key1为加密密钥对PD进行加密操作；

较佳的，取加密结果的部分字节作为Mac1验证码；

较佳的，取加密结果的左4字节作为Mac1验证码。

步骤500：响应方通过射频通道将所述明文信息PD及其MAC验证码Mac1一起作为通道绑定信息发送给发起方，发起方通过射频通道接收所述通道绑定信息并获得所述明文信息PD及其MAC验证码Mac1。

较佳的，响应方通过射频通道在所述请求的射频响应消息ATI中将所述明文信息PD及其MAC验证码Mac1一起作为通道绑定信息发送给发起方，发起方通过射频通道在所述请求的射频响应消息ATI中接收所述通道绑定信息并获得所述明文信息PD及其MAC验证码Mac1。

步骤600：发起方计算通道验证信息，包括如下子步骤：

步骤601：计算MAC密钥：发起方采用与响应方同样的方式，以第一随机数RN1直接作为MAC密钥Key2或者基于第一随机数RN1来生成MAC密钥Key2；

步骤602：MAC运算：发起方使用自己生成的MAC密钥Key2，对从响应方接收到的通道绑定信息中的所述明文数据PD进行与响应方同样的MAC运算，得到发起方的MAC验证码Mac2。

步骤700：验证通道绑定信息：发起方将计算得到的所述MAC验证码Mac2与从响应方接收到的通道绑定信息中的所述Mac验证码Mac1进行比较，如果两者相同，则认为射频通道与磁通道的绑定关系成立，否则认为发生了错误的射频响应，发起方立即中断后续射频交互过程，重新开始通道绑定。

步骤800：射频通讯：在确认磁通道与射频通道之间的绑定关系成立之后，通讯双方基于通道绑定来建立射频连接，开始下一步的射频通讯交互过程。

较佳的，在确认磁通道与射频通道之间的绑定关系成立之后，通讯双方采用新的不同于通道绑定过程中所使用的工作参数来进行后续射频通讯，所述工作参数至少由射频频点和射频地址组成；

较佳的，在确认磁通道与射频通道之间的绑定关系成立之后，通讯双方基于所述RN2和所述RN1来计算后续射频通讯工作参数，所述工作参数至少由射频频点和射频地址组成；

较佳的，在确认磁通道与射频通道之间的绑定关系成立之后，通讯双方基于所述RN2来计算后续射频通讯工作参数，所述工作参数至少由射频频点和射频地址组成。

使用本发明提供的上述方法，由于每次只有处于发起方磁通道工作范围之内的响应方才能够接收到正确的随机数从而产生正确的通道验证信息，而位于发起方磁通道工作范围之外的其他响应方则无法接收到正确的随机数从而无法产生正确的通道验证信息，因此发起方通过验证从射频通道返回的通道验证信息，就能够判定射频通道是否与磁通道具有唯一绑定关系。

由于能够方便可靠地确认磁通道和射频通道以及通讯双方之间的绑定关系，尤其是在射频连接建立之前完全确认通讯双方的磁通道与射频通道是否具有绑定对应关系，从而保证了后续射频通讯不会出现“异常连接”的情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种安全通道与开放通道绑定的方法，包括如下步骤：

A、发起方生成一第一随机数，并通过所述安全通道将所述第一随机数发送给响应方；

B、响应方通过所述安全通道接收所述第一随机数，生成一第二随机数,以所述第一随机数RN1作为MAC密钥Key1或基于所述第一随机数RN1生成MAC密钥Key1,利用所述MAC密钥Key1对包含所述第二随机数的明文数据进行MAC运算，得到所述明文数据的MAC验证码Mac1，将所述明文数据及MAC验证码Mac1作为通道绑定信息发送给发起方； 

C、发起方接收所述通道绑定信息,以所述第一随机数作为MAC密钥Key2或者基于所述第一随机数生成MAC密钥Key2，利用所述MAC密钥Key2对所述明文数据进行MAC运算，得到MAC验证码Mac2；

D、发起方比较所述MAC验证码Mac2与所述Mac验证码Mac1，若两者相同，则所述通道绑定信息来自发起方安全通道工作范围内的响应方，所述开放通道与所述安全通道的绑定成立，发起方和响应方建立开放通道的连接。

2.根据权利要求1所述的安全通道与开放通道绑定的方法，其特征是，步骤A中发起方通过磁通道激活查询消息请求来将所述第一随机数传递给响应方，步骤B中响应方通过所述磁通道激活查询消息请求来接收所述第一随机数。

3.根据权利要求1所述的安全通道与开放通道绑定的方法，其特征是，所述基于所述第一随机数RN1生成MAC密钥Key1包括响应方以接收到的所述第一随机数为有效密钥位，按照每7位插入1位对该7位的奇校验位或偶校验位的方式得到所述MAC密钥Key1。

4.根据权利要求1所述的安全通道与开放通道绑定的方法，其特征是，所述明文数据为“第二随机数||响应方的唯一标识”；或者，所述明文数据为“第二随机数||响应方的唯一标识||响应方的版本信息”，其中“||”表示拼接操作。

5.根据权利要求1所述的安全通道与开放通道绑定的方法，其特征是，所述MAC运算使用分组密码算法的CBC加密模式，以MAC密钥Key1为加密密钥对所述明文数据进行加密操作。

6.根据权利要求5所述的安全通道与开放通道绑定的方法，其特征是，取加密结果的部分字节作为MAC验证码Mac1。

7.根据权利要求5所述的安全通道与开放通道绑定的方法，其特征是，取加密结果的左4字节作为MAC验证码Mac1。

8.根据权利要求1所述的安全通道与开放通道绑定的方法，其特征是，步骤B中响应方通过射频通道在所述查询消息的射频响应消息将通道绑定信息发送给发起方，步骤C中发起方通过射频通道在所述查询消息的射频响应消息接收所述通道绑定信息。

9.根据权利要求1所述的安全通道与开放通道绑定的方法，其特征是，所述安全通道为磁通道，开放通道为2.4GHz射频通道。

10.根据权利要求9所述的安全通道与开放通道绑定的方法，其特征是，在所述磁通道与所述射频通道之间的绑定关系成立之后，发起方和响应方基于所述第一随机数和/或所述第二随机数和计算下一步射频通讯工作参数，所述工作参数至少由射频频点和射频地址组成。

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