一种基于智能车的安全通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种智能车的安全通信方法。
【背景技术】
[0002] 采用明文的形式在智能车和服务器之间进行通信，存在极大的安全隐患。具体来 说，存在如下3个安全隐患：通信内容被窃听、通信身份被伪装、通信内容被篡改。
[0003] 由于上述信息是在互联网中传输，而所谓的互联网，是由能连通到全世界的网络 组成的，因此无论处于哪个位置上的服务器和客户端通信时，在整个通信线路上的路由器、 交换器、网桥等网络设备，都不可能全是某个人的私有物，所以不能保证在这些环节不会遭 到窃听、身份被伪装和篡改。一旦使用明文传输的消息被窃取，窃取方就可以知道当前通信 的内容。
[0004] 在采用明文的形式在智能车和服务器之间进行通信的过程中，没有对通信双方的 身份进行验证，任何人都可以说他是智能车或他是服务器，只要发送的数据格式符合要求 就行。服务器对要求建立连接的请求来者不拒，这样就存在有人伪装智能车的情况，向服务 器发送虚假的智能车信息，而真实的智能车出现被盗窃的风险。还有可能出现有人伪装服 务器，向智能车发送虚假的控制命令的情形，存在极大的安全隐患。由于采用明文的形式在 智能车和服务器之间进行通信的过程中无法验证报文的完整性，也就是是否出现被篡改的 情况，那么就有可能出现消息在中途被黑客修改的安全隐患。本来服务器是希望智能车停 止，篡改之后的命令是让其加速，这样的隐患可想而知。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种智能车的安全通信方法，能够解决智能车和服务器之间 进行通信时存在的通信内容被窃听、通信身份被伪装、通信内容被篡改这三大隐患。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种基于智能车的安全通信方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤一：采用智能车的编号及跟该编号一一对应的MASK值作为其密码，服务器端 分配有一对公钥和私钥，同时给智能车内置服务器的公钥，智能车客户端随机生成一个数， 作为本次通信对称加密算法的密钥，同时也用来对服务器进行验证，智能车客户端将使用 非对称加密算法即用服务器公钥加密客户端生成的对称密钥，发送给服务器；
[0009] 步骤二：服务器用私钥解密消息，获得对称密钥；用对称加密算法加密握手文本 "hello, zju roboy ! "，回复给客户端；
[0010] 步骤三：客户端用对称加密算法解密握手文本，检查握手文本是否正确，若正确则 服务器端验证成功，否则说明服务器为伪装；在服务器验证成功的基础上，用对称加密算法 加密智能车编号和MASK，作为客户端的验证信息，发送给服务器；
[0011] 步骤四：服务器解密验证信息，获得编号和MASK，对智能车身份进行校验，身份认 证合法返回true，不合法返回false ;
[0012] 步骤五：接收到服务器的验证成功反馈后，智能车和服务器就正式建立起了安全 可靠的连接；
[0013] 步骤六：智能车和服务器在已经建立好的连接上，采用对称加密算法进行双向通 {目。
[0014] 所述的公钥和私钥的生成，涉及到费马-欧拉定理，包括如下步骤：
[0015] a)随机选择两个不同的质数p和q，这两个数越大，长度越接近，就越难破解，选p =73, q = 97，
[0016] b)计算p和q的乘积η，η = 73*97 = 7081 ;n的二进制表示长度就是密钥的长 度，7081的二进制表示为1101110101001，一共有13位，因此本次非对称密钥的长度就是13 位；
[0017] c)计算η的欧拉函数Φ (η)，根据欧拉公式Φ (η) = (p-1) (q-Ι)，因此η = 6912 ;
[0018] d)随机选择一个整数e，但是必须满足I < e < φ(η)，并且e要与φ (η)互质，这 里选29 ;
[0019] e)计算e对于Φ (η)的模反元素 d，所谓模反元素就是指有一个整数d，使得ed 被Φ (η)除的余数为1，ed = 1 (ηι〇(1Φ (η))，这个公式等价于ed-1 = k<i> (η)，相当于对 ex+Φ (n)y = 1这个二元一次方程求解，其中e = 29，Φ (η) = 6912,利用扩展欧几里得算 法，得出一组解为（6197,-26);
[0020] f)到这一步，我们就求出了公钥和私钥所需的所有东西，η = 7081，e = 29, d = 6197,公钥就是（7081，29)，私钥就是（7081，6197)。
[0021] 步骤二采用AES算法，AES加密过程在一个4*4的字节矩阵上进行，其初值为明文， 同样的，128位密钥也刚好形成一个4*4的矩阵，将其称为密钥矩阵，AES加密时，共涉及4 种运算，分别是轮密钥加、字节替换、移位变换、混淆变换。
[0022] 步骤四在服务器启动时，将身份信息加载到内存中，采用key-value形式存储，以 加快验证速度，采用Java的HashMap数据结构，编号为key，MASK为value。
[0023] 与现有技术相比本发明的有益效果是：
[0024] (1)本发明所有的消息均通过加密之后进行传送，黑客窃取传递的报文后，只能看 到一段乱码，能有效防止黑客窃取通信内容；
[0025] (2)在智能车和服务器正式传递消息之前，分别完成了对服务器和智能车的身份 认证，确保通信双方身份真实有效，防止服务器端和智能车客户端被伪装；
[0026] (3)本发明的通信在传递有效数据的同时，还会传递明文信息的消息摘要，对明文 计算消息摘要，黑客想要修改消息摘要而不被发觉，必须要获得明文才行，而明文又采用了 AES加密，使得黑客无法得逞，能有效防止黑客篡改通信内容。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明方法的安全通信流程示意图；
[0028] 图2为AES加密流程示意图；
[0029] 图3为移位变换阶段示意图。
【具体实施方式】
[0030] 为了使本发明的技术方案更加清晰，以下结合附图1至3,对本发明进行详细说 明。应当理解的是，本说明书中描述的【具体实施方式】仅仅是为了解释本发明，并不是为了限 定本发明的保护范围。
[0031] 每辆智能车在出厂时都会分配一个全局唯一智能车编号，同时还有跟该编号一一 对应的MASK值，相当于是智能车的密码。服务器端分配有一对公钥和私钥，同时在智能车 出厂时内置服务器的公钥。本发明所述的智能车的安全通信方法，通过下面的步骤实现：
[0032] 步骤一：智能车客户端随机生成一个数，作为之后通信对称加密算法的密钥，同时 也用来对服务器进行验证。这一步智能车客户端使用非对称加密算法即用服务器公钥加密 客户端生成的对称密钥，发送给服务器。在本安全通信方法中，每次智能车客户端和服务器 通信时都采用不同的对称加密密钥，保证了数据传输的安全。加密密钥的生成采用MD5算 法，当需要与服务器建立连接时，根据当前智能车位置信息、电池信息、累计行驶里程、当前 时钟等信息通过MD5算法生成1024位密钥，保证了密钥的随机性。
[0033] 本安全通信方法的非对称加密算法采用RSA公钥加密算法，RSA算法非常可靠，随 着密钥的增长，它的破解难度越来越大。据已有信息查证，目前被破解的最长的RSA密钥长 度为768位，但也是花了很大的功夫才破解成功的。换句话说，长度超过768位的密钥至今 还没有被人破解（至少是还没有人宣布已经破解）。因此我们完全可以认为在当前的环境 下，1024位的RSA密钥是安全的，2048位的RSA密钥极其安全。
[0034] 首先是公钥和私钥的生成，生成公钥和私钥的过程涉及到费马-欧拉定理，具体 分为如下步骤：
[0035] a)随机选择两个不同的质数p和q，这两个数越大，长度越接近，就越难破解，这里 我们以P = 73, q = 97来举例说明。
[0036] b)计算p和q的乘积η，η = 73*97 = 7081 ;n的二进制表示长度就是密钥的长 度。7081的二进制表示为1101110101001，一共有13位，所以本次非对称密钥的长度就是 13位。
[0037] c)计算η的欧拉函数φ(η),根据欧拉公式φ(η) = (p - l.)(q - 1),因此=6912。
[0038] d)随机选择一个整数e，但是必须满足I < e < φ(η)，并且e要与φ(η)互质。这 里我们选择29。
[0039] e)计算e对于φ(η)的模反元素 d，所谓"模反元素"就是指有一个整数d，使得ed 被φ(η)除的余数为I，ed φ(η))Ρ.这个公式等价于ed - I. = k φ(丨1)，:为了求出 d，相当于对战+ cp(n)y = 1这个二元一次方程求解，其中e = 29，Φ (η) = 6912,利用扩展 欧几里得算法，得出一组解为（6197,-26)。
[0040] f)到这一步，我们就求出了公钥和私钥所需的所有东西。η = 7081，e = 29, d = 6197,所以公钥就是（7081，29)，私钥就是（7081，6197)。
[0041] 然后是如何使用公钥对信息进行加密，RSA加密的对象必须是整数，并且还要小于 η (因为η很大，这个条件很容易满足）。在智能车管理系统通信中，智能车VCU和服务器之 间采用RSA加密的对象就是一个对称加密算法的密钥。加密需要用到公钥中的η和e，假设 我们要加密的随机数为m，加密的过程就是执行公式m e= c (mod η)。现在η = 7081，e = 29,假设m = 314,根据该公式，计算出c等于3117,这就是我们使用公钥加密得到的密文。
[0042] 接着是如何使用私钥对密文进行解密，解密就要用到上面生成的私钥（7081， 6197)。按照如下公式cd= m(mod η)，算出m = 314,跟加密前的信息一致。至此，整个加 密解密过程全部完成。
[0043] 步骤二：服务器用私钥解密消息，获得对称密钥。用对称