專利名稱：基于音頻通信的信息安全設(shè)備及其通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信息安全設(shè)備和通信方法的設(shè)計，特別是一種通過音頻信道進行數(shù)據(jù)通信的信息安全設(shè)備及其通信方法。
背景技術(shù)：
隨著手機、掌上電腦、平板電腦等移動設(shè)備的廣泛應(yīng)用，包括網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上支付、電子商務(wù)、電子政務(wù)在內(nèi)的很多安全敏感的應(yīng)用被部署在這些設(shè)備上。由于這些設(shè)備可能遭受病毒、木馬等惡意軟件的威脅，也可能由于丟失而導(dǎo)致秘密泄露，因此為了保證系統(tǒng)的安全，一些安全敏感的關(guān)鍵操作通常在一個獨立的專用安全設(shè)備內(nèi)部執(zhí)行，并且將執(zhí)行結(jié)果返回給移動設(shè)備，由移動設(shè)備完成整個操作流程。因此這些獨立的專用安全設(shè)備為整個系統(tǒng)提供了安全性和便利性。
安全設(shè)備可以為主機提供安全相關(guān)數(shù)據(jù)存儲、對稱密碼運算、非對稱密碼運算、隨機數(shù)生成、安全協(xié)議執(zhí)行等功能。安全設(shè)備被廣泛用于認證系統(tǒng)、電子簽名系統(tǒng)、網(wǎng)上銀行等系統(tǒng)中以增強系統(tǒng)的安全性。安全設(shè)備需要通過一定的通信接口和主機進行通信，目前常用的通信接口主要包括有線連接的USB接口、MMC/SDI0接口、智能卡/SM卡接口、以太網(wǎng)接口和串口等，以及無線連接的藍牙、WIFI和近場通信NFC等。如常見的用于網(wǎng)銀的U盾就是通過標準USB接口和具備標準USB接口的計算機進行通信。由于不同生產(chǎn)廠商的手機和平板電腦等移動設(shè)備之間的接口差異較大，不同的設(shè)備具有的接口各不相同，因此采用上述接口的安全設(shè)備很難適應(yīng)不同的移動設(shè)備。例如很流行的iPhone手機和iPad平板電腦就不具備USB接口和MMC/SDI0接口，而具備iPhone和iPad專有接口的安全設(shè)備也不能用于Android和Nokia手機。雖然在不同移動設(shè)備之間缺乏統(tǒng)一的數(shù)字通信接口，但是各種不同的移動設(shè)備上都具備進行模擬音頻信號的輸出輸出能力。例如，在包括iPhone、iPad、Android設(shè)備、Nokia手機和筆記本電腦在內(nèi)的移動設(shè)備上，都具備標準的3. 5毫米音頻接口，可以和麥克風(fēng)耳機等設(shè)備進行音頻模擬信號的通信。因此，音頻接口是一種普遍存在的移動設(shè)備接口。但目前，還沒有一種利用音頻信道進行數(shù)據(jù)通信的信息安全保護的設(shè)備和方法，從而實現(xiàn)密碼運算和身份認證等功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用移動設(shè)備上廣泛存在的音頻接口，提供一種通過音頻信道進行數(shù)據(jù)通信的信息安全設(shè)備，以及通過此設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信的方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種通過音頻接口進行數(shù)據(jù)通信的安全設(shè)備，設(shè)備具備的功能包括(I)具備程序執(zhí)行能力。能夠執(zhí)行設(shè)備的固件程序和用戶程序。(2)具備密碼運算和安全協(xié)議執(zhí)行功能。能夠執(zhí)行隨機數(shù)生成、對稱密碼運算、非對稱密碼運算、安全協(xié)議運算中的一種或多種功能。
(3)具備音頻接口和音頻輸入輸出功能。能夠通過音頻接口向其他設(shè)備發(fā)送音頻信號，也能夠通過音頻接口接收來自其他設(shè)備的音頻信號。(4)具備數(shù)據(jù)和音頻編解碼功能。能夠?qū)?shù)據(jù)編碼為音頻信號，并通過音頻接口輸出給其他設(shè)備；也能夠通過音頻接口和輸入來自于其他設(shè)備的音頻信號，并解碼為數(shù)據(jù)。(5)具備存儲功能。設(shè)備能夠存儲程序和數(shù)據(jù)。設(shè)備的構(gòu)成包括(I)主控芯片，用于提供程序執(zhí)行能力。(2)安全處理器，用于提供密碼運算和安全協(xié)議執(zhí)行運算。該處理器可以采取智能卡芯片或U盾安全芯片的獨立形式，或者可以集成到主控芯片中，或者可以以將密碼算法和安全協(xié)議以軟件程序的形式在主控芯片中執(zhí)行。 (3)音頻接口，具備音頻輸出輸出功能，用于和主機進行通信。音頻接口可以是具備物理連接的接口，如3. 5毫米的音頻插頭或插座；也可以是不具備物理連接的音頻輸入輸出接口，如喇叭和麥克風(fēng)通過空氣中傳輸?shù)穆暡ㄟM行音頻信號的輸入輸出。(4)數(shù)據(jù)和音頻編解碼模塊，用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為音頻，以及將音頻轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。模塊可以是獨立的芯片，也可以是電路，也可以在主控芯片中以軟件程序?qū)崿F(xiàn)。(5)存儲器，用于存儲程序和數(shù)據(jù)，可以是獨立的存儲器，也可以集成在主控芯片或安全芯片中。技術(shù)方案還包括一種使用上述設(shè)備的數(shù)據(jù)通信方法，數(shù)據(jù)傳輸過程包含如下步驟(I)設(shè)備和主機首先建立一個音頻信道。(2)設(shè)備接收來自于主機的音頻信號。(3)設(shè)備對音頻信號進行解碼，獲得來自于主機的命令數(shù)據(jù)。(4)設(shè)備針對主機的命令進行運算并產(chǎn)生結(jié)果數(shù)據(jù)。(5)設(shè)備將結(jié)果數(shù)據(jù)編碼為音頻信號。(6)設(shè)備將音頻信號通過音頻信道發(fā)送給主機。在步驟(I)中，音頻信道的建立可以是有線連接的方式，也可以是無線的方式。在有線連接的方式中，一種典型的連接方式為，設(shè)備的音頻接口是一個音頻插頭，主機具有一個音頻插座，當設(shè)備的音頻插頭插入主機的音頻插座時，音頻信道就建立起來了。在無線方式中，設(shè)備和主機都具備喇叭和麥克風(fēng)，兩個設(shè)備之間可以通過在空氣中傳播聲波建立音頻連接，當兩個設(shè)備之間的距離足夠互相的麥克風(fēng)可以接收來自對方喇叭發(fā)出的聲音時，音頻信道就建立起來了。在步驟(3)和步驟(5)中，設(shè)備通過一個算法將數(shù)字信號編碼為可以在音頻信道上傳輸?shù)哪M信號，也可以通過這個算法將在音頻信道上采集的模擬信號解碼為數(shù)字信號。在步驟(4)中，設(shè)備根據(jù)主機發(fā)來的命令執(zhí)行相應(yīng)的操作，這些操作可以包括將來自主機的數(shù)據(jù)存儲在設(shè)備中、讀取設(shè)備中存儲的數(shù)據(jù)并返回給主機、生成數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進行處理等。數(shù)據(jù)生成可以包括隨機數(shù)生成，數(shù)據(jù)處理可包括各種密碼運算，如密碼雜湊算法、消息認證碼算法、對稱密碼算法、非對稱密碼算法，數(shù)據(jù)的存儲可以包括對稱密鑰和非對稱密鑰、元數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、公鑰證書等。
本發(fā)明利用一種具備程序執(zhí)行功能、音頻輸入輸出功能、數(shù)據(jù)和音頻編解碼功能、密碼運算功能、數(shù)據(jù)存儲功能的安全設(shè)備，通過音頻信道，和具備音頻輸入輸出功能的主機進行通信，在設(shè)備內(nèi)為主機進行安全相關(guān)數(shù)據(jù)處理，使得基于音頻信道的信息安全設(shè)備成為可能，同時使得不同種類的移動設(shè)備都可以通過音頻信道和安全設(shè)備進行通信。


圖I為本發(fā)明實施例的流程圖；圖2為本發(fā)明實施例的硬件框架圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細描述本發(fā)明提供一種認證設(shè)備及通信方法的優(yōu)選實施例，它主要負責(zé)保存用戶的敏感 數(shù)據(jù)，如密鑰和數(shù)字證書等，并使用存儲的密鑰進行密碼運算，以完成認證協(xié)議。設(shè)備的硬件部分如圖2中所示，圖中201為主機，202為認證設(shè)備。203為設(shè)置在認證設(shè)備中的主控芯片，該主控芯片集成了處理器、存儲器和數(shù)據(jù)音頻編解碼算法和音頻信號輸入輸出功能和安全處理器，安全處理器可以進行RSA、DES、3DES、SHA-I、SHA-256、MD5、AES和橢圓曲線等密碼運算功能，主控芯片中集成的存儲器中還包括安全存儲，可以用于存儲密鑰和證書等敏感數(shù)據(jù)。主控芯片可以選用國產(chǎn)的安全智能卡芯片或者U盾芯片，如國民技術(shù)的SSX20芯片。204為音頻接口，和主控芯片的音頻輸出輸出連接，可選用3. 5毫米的帶麥克風(fēng)立體聲耳機音頻插頭，其中左右聲道引腳和主控芯片的音頻輸出引腳連接，麥克風(fēng)引腳和主控芯片的音頻輸入引腳連接。205為電池，向主控芯片提供能源，可以選用標準的CR2032紐扣電池。如流程圖I所示。總體功能如圖I所示步驟101中王機對認證設(shè)備完成了初始化。設(shè)備在完成初始化后會在內(nèi)部的存儲器中建立用戶的身份信息(如公鑰證書)，并在安全存儲器中建立用戶的密鑰。步驟102中主機通過特定的音頻信號激活認證設(shè)備。步驟103中認證設(shè)備獲得用戶輸入的訪問口令。步驟104中認證設(shè)備檢查用戶的訪問口令是否有效。如果口令有效，則為用戶分配一個訪問權(quán)限；如果無效，則跳轉(zhuǎn)到步驟107。步驟105中認證設(shè)備等待來自主機的命令。如果在一定時限內(nèi)沒有接收到主機的命令則跳轉(zhuǎn)到步驟107。步驟106中認證設(shè)備執(zhí)行命令，進行數(shù)據(jù)處理，并向主機返回結(jié)果。在命令執(zhí)行完畢后跳轉(zhuǎn)至步驟105，再次等待來自主設(shè)備的命令。步驟107中認證設(shè)備關(guān)閉，斷開與主設(shè)備的連接。本實施例可實現(xiàn)如下功能包括(I)認證登錄。認證設(shè)備可以向主機提供設(shè)備中存儲的用戶身份信息，以及運算得到的認證信息，用于登錄主機或通過主機登錄遠程服務(wù)器。(2)生成數(shù)字簽名。認證設(shè)備可以通過內(nèi)部的簽名密鑰為主機發(fā)來的消息生成數(shù)
字簽名。
(3)存儲安全敏感數(shù)據(jù)。認證設(shè)備可以為用戶存儲口令、密鑰、私密信息和公鑰證書。(4)生成一次性口令。認證設(shè)備可以通過內(nèi)部存儲的種子密鑰和一次性口令算法生成一次性口令并發(fā)送給主機，可以通過主機的顯示屏幕顯示一次性口令，或者直接使用一次性口令進行登錄認證。以上通過詳細實施例描述了本發(fā)明所提供的通過音頻信道進行數(shù)據(jù)通信的信息 安全設(shè)備及其通信方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明做一定的變換或修改；不限于實施例中所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種通過音頻信道進行數(shù)據(jù)通信的信息安全設(shè)備，其特征在于包括 1)主控芯片，用于提供程序執(zhí)行能力。
2)安全處理器，用于提供密碼運算和安全協(xié)議執(zhí)行運算； 3)音頻接口，具備音頻輸出輸出功能，用于和主機進行通信； 4)數(shù)據(jù)和音頻編解碼模塊，用于將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為音頻，以及將音頻轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號; 5)存儲器，用于存儲程序和數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于所述安全處理器為智能卡芯片或U盾安全芯片，或者集成到主控芯片中，或者以將密碼算法和安全協(xié)議以軟件程序的形式在主控芯片中執(zhí)行。
3.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于音頻接口是具備物理連接的接口，或是不具備物理連接的音頻輸入輸出接口。
4.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于數(shù)據(jù)和音頻編解碼模塊是獨立的芯片，或是電路，或在主控芯片中以軟件程序?qū)崿F(xiàn)。
5.如權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于所述存儲器是獨立的存儲器，或集成在主控芯片或安全處理器中。
6.一種采用音頻信道進行數(shù)據(jù)通信的安全設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信的方法，其特征在于數(shù)據(jù)傳輸過程包含如下步驟 1)設(shè)備和主機首先建立一個音頻信道； 2)設(shè)備接收來自于主機的音頻信號； 3)設(shè)備對音頻信號進行解碼，獲得來自于主機的命令數(shù)據(jù)； 4)設(shè)備針對主機的命令進行運算并產(chǎn)生結(jié)果數(shù)據(jù)； 5)設(shè)備將結(jié)果數(shù)據(jù)編碼為音頻信號； 6)設(shè)備將音頻信號通過音頻信道發(fā)送給主機。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在步驟I)中，音頻信道采用有線或無線連接，在有線連接的方式中，若設(shè)備的音頻接口是一個音頻插頭，主機具有一個音頻插座，音頻插頭插入主機的音頻插座；在無線連接方式中，若設(shè)備和主機都具備喇叭和麥克風(fēng)，兩個設(shè)備之間通過在空氣中傳播聲波建立音頻連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種信息安全設(shè)備和通信方法的設(shè)計，特別是一種通過音頻信道進行數(shù)據(jù)通信的信息安全設(shè)備及其通信方法。本發(fā)明利用一種具備程序執(zhí)行功能、音頻輸入輸出功能、數(shù)據(jù)和音頻編解碼功能、密碼運算功能、數(shù)據(jù)存儲功能的安全設(shè)備，通過音頻信道，和具備音頻輸入輸出功能的主機進行通信，在設(shè)備內(nèi)為主機進行安全相關(guān)數(shù)據(jù)處理，使得基于音頻信道的信息安全設(shè)備成為可能，同時使得不同種類的移動設(shè)備都可以通過音頻信道和安全設(shè)備進行通信。
文檔編號H04L29/06GK102904718SQ20111020847
公開日2013年1月30日 申請日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者付洪軍, 關(guān)志 申請人:付洪軍, 關(guān)志