专利名称：一种实现网络设备间安全可靠互连的方法
技术领域：
本发明涉及一种安全机制，特别是指一种适用于数字家庭网络或小型办公网络中的保证网络设备间安全可靠互连的实现方法。
有鉴于此，申请人在另一专利申请中提出了一种数字家庭网络系统，如
图1所示，该系统主要由网关11、一个以上主干网设备12和多个控制子网设备13构成，该网关11可以进一步包括两部分门户网关110和控制网关111，门户网关110与控制网关111之间通过宽带接口相连。基于此系统结构可以看出，该数字家庭网络由主干网和控制子网两个子网组成，其中，由门户网关110及与其连接的家用设备所形成的网络部分称为主干网，主干网主要用于实现信息设备、通讯设备、娱乐设备等的互连；而由控制网关111及与其连接的家用设备所形成的网络部分称为控制子网，控制子网主要用于实现家用电器、自动化设备、保安监控装置等设备的互连。
数字家庭网络的核心思想就是使网络上的家用设备互连互通、资源共享。那么，如何确保设备正常工作，保证数据完整性与保密性则显得尤为重要。目前，在各种通信网络中都存在有安全认证或保密通信机制，传统的信息安全流程，如图2中步骤201～205所示系统先读取当前用户输入的密码或传输数据中密码域中的密码；然后从自身安全处理程序中读取安全密钥与所读密码进行比较；判断密码和密钥是否相同，如果结果为真，即相同，则进入步骤204运行后续程序；如果结果为假，即不同，则进入步骤205中断程序或进入循环状态，等待重新输入密码或传输数据。
一般在各类通信网络中，设备或用户接入或注册时的鉴权操作是必不可少的，但是，接入或注册后的数据传输以及网络资源使用则没有统一的安全保证，通常都未考虑数据传输和资源使用的安全机制。而数字家庭网络中的信息安全问题与其它网络不太一样，在家庭范围内主要涉及的是设备的合法接入及服务的使用权限问题，同时又要考虑使用的易用性等多方面具体问题，所以用传统的普遍安全方式在有些情况下过于简单，有些情况下又过于复杂，无法满足用户的需求，因此，目前在家庭网络中还未提出适合的安全机制解决方案。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种实现网络设备间安全可靠互连的方法，关键在于申请接入设备在网络中进行注册时，先配置该设备的连接认证密钥，该设备注册认证成功后，与之连接的对端设备根据所配置的连接认证密钥，确定安全传输级别和网络资源使用权限，实现设备间的安全数据传输。
申请接入设备的连接认证密钥由与之连接的资源管理设备中的密钥配置管理程序发放。这种情况下，资源管理设备可以和所有允许注册在其上的网络设备共享同一个连接认证密钥，则该方法进一步包括申请接入设备注册成功后，资源管理设备授权该设备使用已注册的所有网络资源，并直接以共享的连接认证密钥为基础建立传输层安全通道，进行设备间的安全数据传输。
资源管理设备也可与每个允许注册在其上的网络设备共享不同的连接认证密钥，则该方法进一步包括申请接入设备注册成功后，资源管理设备授权该设备使用已注册的公共网络资源。或该方法进一步包括由资源管理设备在两个或以上设备之间产生同一个共享连接认证密钥，授权拥有同一连接认证密钥的网络设备之间相互共享各自的私有网络资源，并已该共享连接认证密钥为基础建立传输层安全通道，进行设备间的安全数据传输。
申请接入设备的连接认证密钥也可通过设备自身设置的应用程序进行配置，该配置过程在本地完成，或由远端设备控制完成。那么，该方法进一步包括两个网络设备之间互连时，以连接认证密钥为基础，通过自协商方式确定传输密钥，实现设备间安全数据传输。
本发明的方法可进一步包括资源管理设备收到申请接入设备的注册请求后，即允许该设备注册，同时授权该设备使用已注册的公共网络资源，并允许设备间直接传输数据。
上述方案中，申请接入设备接入的网络可为数字家庭网络，或小型办公网络。
因此，本发明所提供的实现网络设备间安全可靠互连的方法，由于在设备注册时就对该设备进行连接认证密钥设置，并根据该设备与资源管理设备之间或两个互连设备之间最后确定的共享密钥，进一步确定该设备的网络资源使用权限以及安全传输级别，从而保证了网络设备间通信从注册、互连、数据传输到资源共享的安全可靠性。
在数字家庭网络中，家用设备和资源管理设备之间或家用设备之间互连时都需要先经过安全认证。此处，所提到的家庭资源管理设备是指能够在家庭网络范围内提供设备注册和服务索引功能的设备，比如门户网关、控制网关或服务器。如图3所示，当有家庭网络资源管理设备存在时，设备想加入该家庭网络，就必须向资源管理设备进行注册。注册时资源管理设备向该设备发起认证，认证通过则该设备注册成功。认证密钥由专门的密钥配置管理程序负责，该程序可以在资源管理设备上，也可以在其它任何有人机交互能力的设备上。
当资源管理设备存在但有多个时，对于申请注册的家用设备，要先判断其是否已配置了指定的资源管理设备，如果有，则该设备通过设备查找过程查找网络中是否存在指定的资源管理设备，如果存在，则设备A向该资源管理设备发起设备注册请求。如果该设备未配置指定的资源管理设备，则其先通过设备查找过程查找网络中存在的所有资源管理设备，并将自身注册到其中一个适合的资源管理设备上。
不存在家庭资源管理设备的情况下，如图4所示，其安全机制与存在家庭资源管理设备的情况类似，只是设备与资源管理设备之间的认证过程变为了设备之间的连接认证。
对于家庭网络上的家用设备来说，密钥的获取有两种途径由资源管理设备上设置的密钥配置管理程序负责密钥发放；或是由设备自身设置的应用程序来进行配置。当存在资源管理设备时，通常是由密钥配置管理程序负责密钥发放，密钥配置管理程序对不同家用设备发放的密钥可以是相同的或不同的。该密钥配置管理程序不仅负责设备与资源管理设备之间认证密钥的配置，同时也负责配置设备之间连接认证密钥的发放。其配置过程如图5所示，密钥配置管理程序组播发出认证配置消息，各设备接到该消息后，如果判断自己处于未设定密钥状态，则响应该消息，发出密钥配置请求，由密钥配置管理程序对这些请求进行响应，设置相应密钥。一般，设备在出厂时，都设有缺省密钥，配置管理程序在进行密钥配置时，需要知道缺省密钥。
而不存在资源管理设备时，设备间连接安全基于私钥，也就是说设备间的连接认证密钥是由具体两个设备之间协商的，设备间的连接认证密钥的用途是以该密钥为基础，建立两设备之间的传输密钥，以便进行安全传输。
本发明中，设备间直接互连或是资源管理设备不主动以组播方式发认证配置消息时，认证连接认证密钥的配置完全是根据用户的需求，通过人机交互预先设置的，该配置过程可以在本地实现，也可以通过远端设置来完成。
设备注册到资源管理设备的过程主要是设备与资源管理设备之间的身份认证过程。资源管理设备可以设定两种设备注册方式开放(Open)方式和共享密钥(Shared Key)方式。
当资源管理设备设置的注册方式为Open方式时，任何向资源管理设备申请注册设备，只需发起注册请求，都允许注册；并授权使用资源管理设备记录中一切安全属性为公共(Public)的服务资源；设备之间的数据传输也不考虑加解密，使用明文形式传输。
当资源管理设备设置的注册方式为Shared Key方式时，又分两种情形一种是资源管理设备和所有允许注册的设备共享同一个连接认证密钥Key，如图6所示。当一个设备申请注册时，通过挑战应答(CHAP)的认证机制来确认该设备是否拥有共享的密钥Key。若拥有，则认证通过，允许注册，而且所有注册成功的一切设备都相互信任，授权使用所有注册过的一切资源。注册成功的设备之间根据需要，可以用共享密钥Key为基础建立传输层安全(TLS)通道，实现设备之间的安全数据传输。
另一种是允许注册的设备中，不同的设备可以和资源管理设备共享不同的连接认证密钥Key。当一个设备申请注册时，通过挑战应答(CHAP)的认证机制来确认该设备是否拥有所宣称的设备对应的密钥，若拥有，则注册成功，但是所有注册成功的设备之间没有直接的信任关系，一般情形下只允许使用安全属性为Public的服务资源。不过，可通过资源管理设备的中间作用，产生共享密钥Key，来建立两个设备之间或设备群之间的安全信任关系，满足安全信任关系的设备可以相互使用安全属性为私有(Private)的服务资源。具有安全信任关系的设备，根据需要，可以利用资源管理设备产生的共享密钥来建立它们之间的TLS通道，实现数据安全传输。需要说明的是，本发明的安全机制即可基于对称密码体制来实现，又可基于公钥密码体制来实现。其中，对称密码体制是指加、解密采用同一个密钥；而公钥密码体制是指加、解密采用不同的密钥，这两种密码体制是实现保密通信的两种标准体制。
对于安全策略设置为Shared Key方式的资源管理设备，假定设备A为申请注册的家用设备，如图7所示，设备A与资源管理设备之间的安全认证至少包括以下的步骤步骤701～702设备A向资源管理设备发注册请求消息，资源管理设备收到设备A的请求后，先记录下设备A的相关信息，然后向设备A发送注册响应消息，在响应消息中包含挑战值(ChallengeValue)和身份认证算法标识(AuthenticationAlgorithm ID)。其中，挑战值由资源管理设备随机选取；AuthenticationAlgorithm的类型如表4所示，表4为设备身份认证算法标识与算法类型的对照表。
表4步骤703设备A接收到身份认证算法标识符ID和ChallengeValue后，使用自己的连接认证密钥(Key)对ChallengeValue进行加密，作为响应值(Response)，并发送注册请求消息给资源管理设备。
步骤704～707资源管理设备接收到Response后，自己也利用与设备A所宣称的ID对应的连接认证密钥Key对ChallengeValue进行加密，若Response＝Encrypt(KeyID，ChallengeValue)，则允许该设备注册，同时向设备A发出注册成功的响应，并作好连接的环境条件；若Response≠Encrypt(KeyID，ChallengeValue)，则不允许该设备注册，同时向设备A发出权限禁止的响应，并从资源管理设备数据库中删除设备A的相关信息。
上述步骤是设备注册并配置安全参数的一个整体过程，在步骤703中所发送的注册请求消息与步骤701中设备最初发送的注册请求消息的消息名称虽然相同，但其中所含内容不同，每个注册消息中含有一个序列号，来说明当前执行的是设备注册的第几步，以区分注册请求消息的不同。
权利要求
1.一种实现网络设备间安全可靠互连的方法，其特征在于申请接入设备在网络中进行注册时，先配置该设备的连接认证密钥，该设备注册认证成功后，与之连接的对端设备根据所配置的连接认证密钥，确定安全传输级别和网络资源使用权限，实现设备间的安全数据传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于申请接入设备的连接认证密钥由与之连接的资源管理设备中的密钥配置管理程序发放。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于资源管理设备和所有允许注册在其上的网络设备共享同一个连接认证密钥。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于该方法进一步包括申请接入设备注册成功后，资源管理设备授权该设备使用已注册的所有网络资源，并直接以共享的连接认证密钥为基础建立传输层安全通道，进行设备间的安全数据传输。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于资源管理设备与每个允许注册在其上的网络设备共享不同的连接认证密钥。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于该方法进一步包括申请接入设备注册成功后，资源管理设备授权该设备使用已注册的公共网络资源。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于该方法进一步包括由资源管理设备在两个或以上设备之间产生同一个共享连接认证密钥，授权拥有同一连接认证密钥的网络设备之间相互共享各自的私有网络资源，并已该共享连接认证密钥为基础建立传输层安全通道，进行设备间的安全数据传输。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于申请接入设备的连接认证密钥通过设备自身设置的应用程序进行配置。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于申请接入设备连接认证密钥的配置在本地完成，或由远端设备控制完成。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于该方法进一步包括两个网络设备之间互连时，以连接认证密钥为基础，通过自协商方式确定传输密钥，实现设备间安全数据传输。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该方法进一步包括资源管理设备收到申请接入设备的注册请求后，即允许该设备注册，同时授权该设备使用已注册的公共网络资源，并允许设备间直接传输数据。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于设定申请接入设备接入的网络为数字家庭网络，或办公网络。
全文摘要
本发明公开了一种实现网络设备间安全可靠互连的方法，其关键在于申请接入设备在网络中进行注册时，先配置该设备的连接认证密钥，该设备注册认证成功后，与之连接的对端设备根据所配置的连接认证密钥，确定安全传输级别和网络资源使用权限，实现设备间的安全数据传输。采用该方法可保证并提高数字家庭网络中家用设备互连和使用时的安全可靠性。
文档编号H04L9/28GK1479483SQ0212945
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月26日 优先权日2002年8月26日
发明者吴秋新, 孟闯, 黄景楠, 刘向东, 庄渭峰, 张德魁, 罗予晋, 任艳频, 张渊毅, 李明, 姜珊 申请人:联想(北京)有限公司