CN1320798C - 密钥生成与分配方法以及使用该方法的计算机网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明的密钥生成与分配方法及其使用该方法的计算机网络系统，包括：根密钥产生步骤，根密钥与一级密钥计算机(F0)利用其中的密码产生程序产生根密钥；一级密钥生成步骤，以上述根密钥为加密因子，根密钥与一级密钥计算机(F0)通过预定算法生成一级密钥；一级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，根密钥与一级密钥计算机(F0)将该一级密钥分配/传输到二级密钥计算机(Si)；二级密钥生成步骤，以接收到的一级密钥为加密因子，二级密钥计算机(Si)通过预定算法生成二级密钥；二级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级密钥计算机(Si)将该二级密钥分配/传输到三级密钥计算机(Ti)或密钥使用者(Ui)。

Description

密钥生成与分配方法以及使用该方法的计算机网络系统

发明领域

本发明涉及以密钥来控制数据安全的技术领域，具体地说，本发明为密钥生成与分配方法以及使用该方法的计算机网络系统。

背景技术

传统的密钥产生与分配及管理的方法有两种：(一)将密钥以明文或密文直接存储在信息载体中来传播密钥，在使用密钥时，直接将密钥读出或读出后再通过预定的算法进行加解密；(二)以密钥发生器的形式来产生密钥，也就是说将产生密钥的算法存储在某种硬件中，依靠硬件来产生密钥。以上是两种常见的密钥产生与分配及管理控制方法，对于第一种方法来说，它直接将密钥以明文或密文的形式存储于信息载体中，如果这种载体或载体中密钥算法一旦被破解，则密钥的作用就失去；对于第二种方法，它是依靠硬件的安全性来增强密钥的安全性，这样直接带来一个问题就是密钥的实施成本过高问题，再者这种方法将密钥的算法直接存储于硬件中，如果硬件被破解，则密钥的安全机制也随即被瓦解。

发明内容

本发明的目的就是要提供密钥生成与分配方法以及使用该方法的计算机网络系统，它利用计算机来实现密钥的生成，并对密钥进行安全管理与控制。

按照本发明的一方面，提供了第一种密钥生成与分配方法，其特征在于，它包括：根密钥产生步骤，根密钥与一级密钥计算机利用其中的密码产生程序产生根密钥；一级密钥生成步骤，以上述根密钥为加密因子，根密钥与一级密钥计算机通过预定算法生成一级密钥；一级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，根密钥与一级密钥计算机将该一级密钥分配/传输到二级密钥计算机；二级密钥生成步骤，以接收到的一级密钥为加密因子，二级密钥计算机通过预定算法生成二级密钥；二级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级密钥计算机将该二级密钥分配/传输到三级密钥计算机或密钥使用者。

按照上述的密钥生成与分配方法，其特征在于，还包括：三级密钥生成步骤，以接收到的二级密钥为加密因子，三级密钥计算机通过预定算法生成三级密钥；三级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级密钥计算机将该三级密钥分配/传输到下一级或密钥使用者；M个密钥生成步骤和M个密钥分配步骤，其中，M为等于大于1的正整数。

在上述一级密钥分配步骤、二级密钥分配步骤、三级密钥分配步骤等之后，进一步包括：密钥回传步骤，即各个级别密钥计算机将所生成的本级密钥通过计算机通信网络或信息载体回传到上一级的计算机中。所述密钥回传步骤可改为：各个级别中的密钥计算机定期地将其密钥数据库中所有密钥数据通过计算机通信网络或信息载体回传到上一级的计算机中。

所述的各级密钥生成步骤进一步包括：密钥存储子步骤，即将在该密钥生成步骤中生成的密钥存储到相应的密钥数据库中；

按照本发明的一方面，还提供了第二种密钥生成与分配方法，其特征在于，它包括：根密钥产生步骤，一级中心计算机利用其中的密码产生程序产生根密钥；一级密钥生成步骤，以上述根密钥为加密因子，以各个二级中心计算机所在地域为特征码，一级中心计算机通过预定算法为多个二级中心计算机生成相应的多个一级密钥，并将该一级密钥存储到一级中心数据库中；一级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，一级中心计算机将该一级密钥分配/传输到二级中心计算机；二级密钥生成步骤，以接收到的一级密钥为加密因子，以各个三级中心计算机所在子地域为特征码，二级中心计算机通过预定算法为多个三级中心计算机生成多个二级密钥，并将该二级密钥存储于二级中心数据库中；二级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级中心计算机将该二级密钥分配/传输到下一级或密钥使用者；二级密钥回传步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级中心计算机将其中心数据库中的二级密钥和从其下级中心计算机回传的下级密钥回传到一级中心计算机中的一级中心数据库。

按照上述的密钥生成与分配方法，其特征在于，它进一步包括：三级密钥生成步骤，以接收到的二级密钥为加密因子，以各个密钥使用者的注册信息为特征码，三级中心计算机通过预定算法生成多个三级密钥，并将这些三级密钥存储于三级中心数据库中；三级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级中心计算机将该三级密钥分配/传输到密钥使用者；三级密钥回传步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级中心计算机将该三级密钥回传到二级中心计算机中的二级中心数据库；M个密钥生成步骤、M个密钥分配步骤和M个密钥回传步骤，其中，M为等于大于1的正整数。

在上述每一级的中心数据库中，都设置有一个或多个区域，用于存储和管理下一级或所有下级的密钥和相应数据的数据库区域。

按照本发明的另一方面，提供了第一种计算机网络系统，它使用止述第一种密钥生成与分配方法，其特征在于，它包括：一个根密钥与一级密钥计算机；多个二级密钥计算机；多个三级密钥计算机。

按照上述的计算机网络系统，其特征在于，进一步包括：多个四级密钥计算机；多个五级密钥计算机。各密钥计算机都包括相应的密钥数据库。

按照本发明的另一方面，提供了第二种计算机网络系统，它使用所述的第二种密钥生成与分配方法，其特征在于，它包括：一个一级中心计算机；多个二级中心计算机；多个三级中心计算机。

按照上述的计算机网络系统，其特征在于，进一步包括：多个四级中心计算机；多个五级中心计算机。各中心计算机都包括相应的中心数据库。

附图说明

图1是按照本发明的密钥生成与分配方法的第一实施例的方框示意图。

图2是按照本发明的密钥生成与分配方法的第二实施例的方框示意图。

图3是按照本发明的密钥生成与分配方法的第三实施例的方框示意图。

图4是一个示意图，它显示了按照本发明另一方面的、使用本发明的密钥生成与分配方法的计算机网络系统。

实施例的详细描述

下面将参考图1至图4说明按照本发明的一种密钥生成与分配方法及其使用该方法的计算机网络系统。

图1是一个示意图，它显示了根据本发明的一种密钥生成与分配方法的第一实施例。按照本实施例的一种密钥生成与分配方法，包括：

根密钥产生步骤，根密钥与一级密钥计算机F0利用其中的密码产生程序产生根密钥；

一级密钥生成步骤，以上述根密钥为加密因子，根密钥与一级密钥计算机F0通过预定算法生成一级密钥；

一级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，根密钥与一级密钥计算机F0将该一级密钥分配/传输到二级密钥计算机Si；

二级密钥生成步骤，以接收到的一级密钥为加密因子，二级密钥计算机Si通过预定算法生成二级密钥；

二级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级密钥计算机Si将该二级密钥分配/传输到三级密钥计算机Ti；

三级密钥生成步骤，以接收到的二级密钥为加密因子，三级密钥计算机Ti通过预定算法生成三级密钥；

三级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级密钥计算机Ti将该三级密钥分配/传输到密钥使用者Ui。此处，三级密钥即为用户密钥。

按照上述的密钥生成与分配方法，在上述一级密钥分配步骤、二级密钥分配步骤、三级密钥分配步骤等之后，可进一步地包括：密钥回传步骤，即各个级别密钥计算机将所生成的本级密钥通过计算机通信网络或信息载体回传到上一级的计算机中。在图1中，该回传步骤用虚线表示。

上述的密钥回传步骤，也可改为：各个级别中的密钥计算机定期地将其密钥数据库中所有密钥数据通过计算机通信网络或信息载体回传到上一级的计算机中。

上述的计算机通信网络可以是英特网、电话通信网、专用计算机网络等等。

上述的信息载体可以是软盘、光盘、可移动硬盘、USB可移动磁盘、磁卡、IC卡、CPU卡等等。

在本发明的第二实施例中，为了实现密钥的动态管理和定期更换，就必须存储每期的密钥。因此，有必要在各密钥计算机中增加相应的密钥数据库。图2是一个示意图，它显示了根据本发明的一种密钥生成与分配方法的第二实施例。按照本实施例的一种密钥生成与分配方法，包括：

根密钥产生步骤，根密钥与一级密钥计算机F0利用其中的密码产生程序产生根密钥；

一级密钥生成步骤，以上述根密钥为加密因子，根密钥与一级密钥计算机F0通过预定算法生成一级密钥，并将该一级密钥存储到一级密钥数据库FD0中(密钥存储子步骤)；

一级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，根密钥与一级密钥计算机F0将该一级密钥分配/传输到二级密钥计算机Si；

二级密钥生成步骤，以接收到的一级密钥为加密因子，二级密钥计算机通过预定算法生成二级密钥，并将该二级密钥存储于二级密钥数据库SDi中(密钥存储子步骤)；

二级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级密钥计算机将该二级密钥分配/传输到三级密钥计算机Ti；

三级密钥生成步骤，以接收到的二级密钥为加密因子，三级密钥计算机通过预定算法生成三级密钥，并将该三级密钥存储于三级密钥数据库TDi中(密钥存储子步骤)；

三级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级密钥计算机将该三级密钥分配/传输到密钥使用者Ui。

按照上述的密钥生成与分配方法，在一级密钥分配步骤、二级密钥分配步骤、三级密钥分配步骤等之后，可进一步地包括：密钥回传步骤，即各个级别密钥计算机将所生成的本级密钥通过计算机通信网络或信息载体回传到上一级的计算机中。在图2中，该回传步骤用虚线表示。在每一级的密钥数据库中，都设置有一个或多个区域，用于存储和管理下一级或所有下级的密钥的数据库区域(图中未示出)。

上述的密钥回传步骤，也可改为：各个级别中的密钥计算机定期地将其密钥数据库中所有密钥数据通过计算机通信网络或信息载体回传到上一级的计算机中。

上述的计算机通信网络可以是英特网、电话通信网、专用计算机网络等等。

上述的信息载体可以是软盘、光盘、可移动硬盘、USB可移动磁盘、磁卡、IC卡、CPU卡等等。

进一步，在本发明的第三实施例中，在对密钥进行动态管理和定期更换基础上，为了便于对下级的密钥分配和使用情况进行监控，上述的密钥计算机的功能必须扩展，使之具有数据管理和分析统计功能，因而变成中心计算机。其中的密钥数据库也相应变成中心数据库，以接收下级回传的密钥数据和其它相应数据。图3是一个示意图，它显示了根据本发明的一种密钥生成与分配方法的第三实施例。按照本实施例的一种密钥生成与分配方法，包括：

根密钥产生步骤，一级中心计算机FC0利用其中的密码产生程序产生根密钥；

一级密钥生成步骤，以上述根密钥为加密因子，以各个二级中心计算机所在地域为特征码，一级中心计算机FC0通过预定算法为多个二级中心计算机SC0-SCn生成相应的多个一级密钥，并将该一级密钥存储到一级中心数据库FCD0中(密钥存储子步骤)；

一级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，一级中心计算机FC0将该一级密钥分配/传输到二级中心计算机SCi；

二级密钥生成步骤，以接收到的一级密钥为加密因子，以各个三级中心计算机所在子地域为特征码，二级中心计算机SCi通过预定算法为多个三级中心计算机TC0-TCn生成多个二级密钥，并将该二级密钥存储于二级中心数据库SCDi中(密钥存储子步骤)；

二级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级中心计算机SCi将该二级密钥分配/传输到三级中心计算机TCi；

三级密钥生成步骤，以接收到的二级密钥为加密因子，以各个密钥使用者的注册信息为特征码，三级中心计算机TCi通过预定算法生成多个三级密钥，并将这些三级密钥存储于三级中心数据库TCDi中(密钥存储子步骤)；

三级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级中心计算机(TCi)将该三级密钥分配/传输到密钥使用者Ui；

三级密钥回传步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级中心计算机TCi将该三级密钥回传到二级中心计算机SCi中的二级中心数据库SCDi；

二级密钥回传步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级中心计算机SCi将其中心数据库中的二级密钥和从其三级中心计算机TCi回传的三级密钥回传到一级中心计算机FCi中的一级中心数据库FCDi。

在上述每一级的密钥数据库中，都设置有一个或多个区域，用于存储和管理下一级或所有下级的密钥和相应数据的数据库区域(图中未示出)。

上述的计算机通信网络可以是英特网、电话通信网、专用计算机网络等等。

上述的信息载体可以是软盘、光盘、可移动硬盘、USB可移动磁盘、磁卡、IC卡、CPU卡等等。

在图1至3中，为了简洁，只示出了一个二级密钥计算机、一个三级密钥计算机。但是，在实际中，除了根密钥与一级密钥计算机之外，可以根据需要设置多个二级密钥计算机、多个三级密钥计算机(参见图4)及其相应的密钥数据库或中心数据库。

上述的预定算法可以是目前已有的密钥生成算法，也可以是用户自定义的密钥生成算法。当然，自定义的密钥生成算法要比已有公开的密钥生成算法更具保密性。

从上述的的实施例中可看出，按照本发明的密钥生成与分配方法是一种“树”型层次结构的密钥生成与分配方法。其中，密钥是通过网络从顶层逐级下传散发最终到密钥使用者。所述层次甚至为二层，根据实际需要，可以为任意多层。

而且，按照本发明的密钥生成与分配方法，密钥是根据上一级下传的父密钥与下级计算机所处地域特征码或密钥使用者的注册信息特征码通过特定算法由计算机自动生成的，因此，所生成的密钥具有极高的保密性。其中，下级计算机所处地域特征码、密钥使用者的注册信息特征码、以及所述特定算法都是保密的。而且上一级下传的父密钥是由上级计算机直接传入到该级计算机中由密钥生成程序直接接收，而且所述父密钥最初都是由根密钥繁衍而成的，而根密钥是由计算机通过密钥生成程序自动产生的，因此，整个密钥的生成与分配过程都是由计算机在对于计算机操作人员保密即无人为干涉的情况下而自动产生的，其保密性极高。另外，由于每个密钥产生计算机，即所述“树”型体系结构中的每个节点，所得到的父密钥都是不同的，因此，即使某个密钥使用者或某个节点的密钥被破解，也不会影响到其它密钥使用者和其它节点。因此，整个系统的安全性很高。

另外，由于按照本发明的密钥生成与分配方法，是采用软件的方法实施的，可极其方便地随时或定期地更换根密钥。因为根密钥的更换，即可更换整个网络的每个密钥，所以可进一步提高该网络的保密性。而且，也为破解的网络提供了一种方便、快速的应对解决方法。进一步，这种动态、分级的密钥可存储在计算机的数据库系统中，可供查询、统计、列表用。

下面将结合图4对按照本发明另一方面的、使用本发明的密钥生成与分配方法的计算机网络系统的实施例进行详细描述。

如图4所示，按照本发明该实施例的计算机网络系统包括：一个根密钥与一级密钥计算机F0，多个二级密钥计算机S0-Sn，多个三级密钥计算机T0-Tn。

根据需要，按照本发明的计算机网络系统还可包括多个四级密钥计算机、多个五级密钥计算机等等。

为了实现密钥的动态管理和定期更换，就必须存储每期的密钥。因此，可在各密钥计算机中增加相应的密钥数据库。

在对密钥进行动态管理和定期更换基础上，为了便于对下级的密钥分配和使用情况进行监控，上述的密钥计算机的功能必须扩展，使之具有数据管理和分析统计功能，因而变成中心计算机。其中的密钥数据库也相应变成中心数据库，以接收下级回传的密钥数据和其它相应数据。

按照本发明的密钥生成与分配方法以及使用该方法的计算机网络系统，可以用于各种需要使用密钥的计算机系统，比如：税控计算机系统，银行金融卡计算机系统，等等。它具有保密性强、安全性高、成本低、易维护、易管理等优点。

本发明适用于以智能CPU卡来管理控制某种应用密钥。尤其在密钥需进行大面积大范围地传播、散发情况下，更能体现本发明的优越性，因为它可以利用现有的计算机网络系统来完成管理控制密钥，因此在密钥的安全性和推广成本方面都具有很大的优势。

Claims (19)

1.一种密钥生成与分配方法，其特征在于，它包括：

根密钥产生步骤，根密钥与一级密钥计算机(F0)利用其中的密码产生程序产生根密钥；

一级密钥生成步骤，以上述根密钥为加密因子，根密钥与一级密钥计算机(F0)通过预定算法生成一级密钥；

一级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，根密钥与一级密钥计算机(F0)将该一级密钥分配/传输到二级密钥计算机(Si)；

二级密钥生成步骤，以接收到的一级密钥为加密因子，二级密钥计算机(Si)通过预定算法生成二级密钥；

二级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级密钥计算机(Si)将该二级密钥分配/传输到三级密钥计算机(Ti)或密钥使用者(Ui)。

2.按照权利要求1的密钥生成与分配方法，其特征在于，还包括：

三级密钥生成步骤，以接收到的二级密钥为加密因子，三级密钥计算机(Ti)通过预定算法生成三级密钥；

三级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级密钥计算机(Ti)将该三级密钥分配/传输到下一级或密钥使用者(Ui)。

3.按照权利要求1的密钥生成与分配方法，其特征在于，在所述二级密钥分配步骤之后，进一步包括：二级密钥回传步骤，即二级密钥计算机(Si)将所生成的二级密钥通过计算机通信网络或信息载体回传到根密钥与一级密钥计算机(F0)中。

4.按照权利要求2的密钥生成与分配方法，其特征在于，在所述三级密钥分配步骤之后，进一步包括：三级密钥回传步骤，即三级密钥计算机(Ti)将所生成的三级密钥通过计算机通信网络或信息载体回传到上一级的计算机中。

5.按照权利要求3或4的密钥生成与分配方法，其特征在于，在各级密钥回传步骤中，各级密钥计算机定期地将其密钥数据库中所有密钥数据通过计算机通信网络或信息载体回传到上一级的计算机中。

6.按照权利要求1或2的密钥生成与分配方法，其特征在于：

所述的计算机通信网络是英特网、电话通信网、或专用计算机网络。

7.按照权利要求1或2的密钥生成与分配方法，其特征在于：

所述的信息载体是软盘、光盘、可移动硬盘、UBS可移动磁盘、磁卡、IC卡、或CPU卡。

8.按照权利要求1或2的密钥生成与分配方法，其特征在于：各级密钥生成步骤进一步包括：密钥存储子步骤，即将在该密钥生成步骤中生成的密钥存储到相应的密钥数据库(FD0、SDi、TDi)中。

9.一种密钥生成与分配方法，其特征在于，它包括：

根密钥产生步骤，一级中心计算机(FC0)利用其中的密码产生程序产生根密钥；

一级密钥生成步骤，以上述根密钥为加密因子，以各个二级中心计算机(SC0-SCn)所在地域为特征码，一级中心计算机(FC0)通过预定算法为多个二级中心计算机(SC0-SCn)生成相应的多个一级密钥，并将该一级密钥存储到一级中心数据库(FCD0)中；

一级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，一级中心计算机(FC0)将该一级密钥分配/传输到二级中心计算机(SCi)；

二级密钥生成步骤，以接收到的一级密钥为加密因子，以各个三级中心计算机(TC0-TCn)所在子地域为特征码，二级中心计算机(SCi)通过预定算法为多个三级中心计算机(TC0-TCn)生成多个二级密钥，并将该二级密钥存储于二级中心数据库(SCDi)中；

二级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级中心计算机(SCi)将该二级密钥分配/传输到下一级或密钥使用者(Ui)；

二级密钥回传步骤，通过计算机通信网络或信息载体，二级中心计算机(SCi)将其中心数据库中的二级密钥和从其下级中心计算机回传的下级密钥回传到一级中心计算机(FCi)中的一级中心数据库(FCDi)。

10.按照权利要求9的密钥生成与分配方法，其特征在于，它进一步包括：三级密钥生成步骤，以接收到的二级密钥为加密因子，以各个密钥使用者的注册信息为特征码，三级中心计算机(TCi)通过预定算法生成多个三级密钥，并将这些三级密钥存储于三级中心数据库(TCDi)中；

三级密钥分配步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级中心计算机(TCi)将该三级密钥分配/传输到密钥使用者(Ui)；

三级密钥回传步骤，通过计算机通信网络或信息载体，三级中心计算机(TCi)将该三级密钥回传到二级中心计算机(Sci)中的二级中心数据库(SCDi)。

11.按照权利要求9或10的密钥生成与分配方法，其特征在于，在每一级的中心数据库中，都设置有一个或多个区域，用于存储和管理下一级或所有下级的密钥和相应数据的数据库区域。

12.按照权利要求9或10的密钥生成与分配方法，其特征在于：

所述的计算机通信网络是英特网、电话通信网、或专用计算机网络。

13.按照权利要求9或10的密钥生成与分配方法，其特征在于：

所述的信息载体是软盘、光盘、可移动硬盘、USB可移动磁盘、磁卡、IC卡、或CPU卡。

14.一种计算机网络系统，它使用权利要求1至8中任一所述的密钥生成与分配方法，其特征在于，它包括：

一级密钥计算机(F0)，其中设有一个根密钥；

在所述根密钥与一级计算机层级之下的多个二级密钥计算机；

在所述多个二级密钥计算机层级之下的多个三级密钥计算机。

15.按照权利要求14的计算机网络系统，其特征在于，进一步包括：

在所述多个三级密钥计算机层级之下的多个四级密钥计算机；

在所述多个四级密钥计算机层级之下的多个五级密钥计算机。

16.按照权利要求14或15的计算机网络系统，其特征在于，各密钥计算机都包括相应的密钥数据库。

17.一种计算机网络系统，它使用权利要求9至13中任一所述的密钥生成与分配方法，其特征在于，它包括：

一个一级中心计算机(FC0)；

在所述一级中心计算机层级之下的多个二级中心计算机；

在所述多个二级中心计算机层级之下的多个三级中心计算机。

18.按照权利要求17的计算机网络系统，其特征在于，进一步包括：

在所述多个三级中心计算机层级之下的多个四级中心计算机；

在所述多个四级中心计算机层级之下的多个五级中心计算机。

19.按照权利要求17或18的计算机网络系统，其特征在于，各中心计算机都包括相应的中心数据库。

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