一种全密态条件下密钥切换的业务无中断实现方法与流程

本发明涉及网络安全和数据通信技术领域，特别涉及一种全密态条件下密钥切换的业务无中断实现方法。

背景技术：

传统的网络传输加密实现方式基本上都首先通过密钥协商，等待密钥协商成功后建立安全通道，最后进行安全传输业务。正常密钥协商成功前，用户业务都处于中断状态，需要等待协商成功后业务才能通信传输。因此，用户开始使用业务或密码设备异常需要重新协商时，会短时间出现业务失败问题，即密码设备使用流量触发加密模式或无隧道透明传输加密模式时，在未获取协商密钥前，业务处于中断状态。这些因素会对网络的连通性造成影响，在一些连通性要求高的环境中需解决此问题。

技术实现要素：

本发明提供一种全密态条件下密钥切换的业务无中断实现方法，在加密业务环境基础上通过业务报文扩展密码类型和网控工作密钥的使用，实现业务加密无中断，本方法通过”两阶段”原则实现，阶段一，业务工作密钥密钥获取前，通过网控工作密钥加密保护业务报文，阶段二，业务工作密钥批次获取成功后，切换为业务工作密钥加密保护业务报文。

具体步骤如图2所示：

步骤1：入网同步阶段，通过密码设备在入网前与密钥管理中心离线或在线同步网控工作密钥；

步骤2：网控互联阶段，密码设备在未获取密码设备业务工作密钥批次前，收发业务报文都使用网控工作密钥加解密，密钥类型和密钥批次随业务报文一起发送；

步骤3：网控切换业务工作密钥阶段，本端密码设备获取新业务工作密钥批次后，继续使用网控工作密钥加密业务报文，同时设置业务报文的属性字段中密钥批次的更新批次值为新业务工作密钥批次，并与对端密码设备协商业务工作密钥批次，对端密码设备使用网控工作密钥解密业务报文，同时验证新业务工作密钥批次，如果新业务工作密钥批次存在，将当前加密使用的业务工作密钥批次设置新业务工作密钥批次，完成对端密码设备从网控工作密钥切换到业务工作密钥，反向从对端密码设备发起业务时，设置业务报文的属性字段中密钥批次的更新批次值和使用批次值为新业务工作密钥批次，并用新业务工作密钥加密业务报文，本端密码设备接收到业务报文后，根据业务报文的属性字段中密钥批次的使用批次值，使用新业务工作密钥解密业务报文，并验证业务报文的属性字段中密钥批次的更新批次值包含的业务工作密钥批次，如果新业务工作密钥批次存在，将当前加密使用的业务工作密钥批次设置新业务工作密钥批次，完成本端密码设备从网控工作密钥切换到业务工作密钥；

步骤4：业务工作密钥间切换阶段，通过指定时间间隔更新业务工作密钥批次后，本端密码设备继续使用原业务工作密钥加密，同时设置业务报文的属性字段中密钥批次的更新批次值为最新业务工作密钥批次，并与对端密码设备协商业务工作密钥批次，对端密码设备根据业务报文的属性字段中密钥批次的使用批次值，使用原业务工作密钥解密业务报文，并验证业务报文的属性字段中密钥批次的更新批次值包含的业务工作密钥批次，如果新业务工作密钥批次存在，将当前加密使用的业务工作密钥批次设置为新业务工作密钥批次，完成对端密码设备业务工作密钥间切换，反向从对端密码设备发起业务时，设置业务工作密钥批次的更新批次值和使用批次值为新业务工作密钥批次，并用新业务工作密钥加密业务报文，本端密码设备接收到业务报文后，根据使用批次值使用新业务工作密钥解密业务报文，并验证更新批次值的业务工作密钥批次，如果新业务工作密钥批次存在，将当前加密使用的业务工作密钥批次设置为新业务工作密钥批次，完成本端密码设备业务工作密钥间切换，业务过程中任意一端密码设备异常或重启后，业务流程自动回退到第二步网控互联重新开始。

上述发明中的有益效果为：

（1）两阶段工作密钥切换模式：默认采用网控工作密钥加密，优先采用业务工作密钥加密原则。业务报文始终处于全密态下密钥保护，有业务工作密钥时使用业务工作密钥加密保护业务报文，否则使用网控工作密钥加密保护业务报文，不因密钥因素造成业务中断；

（2）密钥类型和密钥批次参数设计：如图3所示，业务报文扩展包含密钥类型和密钥批次,密钥批次又包括使用批次值和更新批次值，使用批次值应用于密钥批次切换，更新批次值应用于业务工作密钥批次协商，密钥类型和密钥批次定义在spi或自定义私有数据格式或借用ip报头tos扩展预留位，随业务报文一起发送对端密码设备。通过数据结构定义，实现网控工作密钥和业务工作密钥切换、业务工作密钥不同批次间无中断同步切换，流程实现都是伴随业务报文实现，无需额外协议业务报文流程支持，提高了网络带宽利用率，适用于卫星等对带宽流量利用率要求高的网络使用,保证了全密态条件下业务无中断切换。

附图说明

图1为本发明的一种全密态条件下密钥切换的业务无中断实现方法的网络拓扑图。

图2为本发明的一种全密态条件下密钥切换的业务无中断实现方法的流程图。

图3为本发明的一种全密态条件下密钥切换的业务无中断实现业务报文数据结构设计图。

图4为本发明的一种全密态条件下密钥切换的业务无中断实现密钥批次切换的流程图。

具体实施方式

针对本发明实现的技术创新特征和目的功效便于理解，结合图示和列举实例，进行阐述本发明。

如图1所示，为本发明实例网络拓扑。实际配置过程如下：

a.实例中部署一台密钥管理中心，在各密码设备入网前需先向密钥管理中心同步获取网控工作密钥，密钥管理中心管理全网所有密码设备密钥，未入网的密码设备无法在网内使用；

b.各密码设备部署在局域网出口需要能与密钥管理中心连通，密码设备向密钥管理中心注册并按指定时间间隔从密钥管理中心获取最新密码设备业务工作密钥批次；

c.各密码设备之间保持互通性，采用透明网桥模式对用户的业务报文加解密；

d.跨局域网访问的业务报文才会途径密码设备进行加密通信。

本发明密钥批次切换流程，如图4所示：

a.本端密码设备未获取业务工作密钥时，一直使用网控工作密钥加密并在业务报文中设置网控工作密钥类型；

b.对端密码设备接收业务报文，判断业务报文密钥类型是网控工作密钥类型，直接获取网控工作密钥解密；

c.对端密码设备未获取业务工作密钥时，一直使用网控工作密钥加密并在业务报文中设置网控工作密钥类型；

d.本端密码设备接收业务报文，判断业务报文密钥类型是网控工作密钥类型，直接获取网控工作密钥解密；

e.本端密码设备获取业务工作密钥后，继续使用网控工作密钥加密并在业务报文中设置网控工作密钥类型，将密钥批次中更新批次值设置为新业务工作密钥批次值；

f.对端密码设备获取业务工作密钥后，对端密码设备接收业务报文，判断业务报文密钥类型是网控工作密钥类型，直接获取网控工作密钥解密。判断密钥批次中更新批次值本地存在时，启用加密时使用此更新批次值；

g.对端密码设备发起业务报文时，发现有启动的密钥批次值，使用此批次的业务工作密钥加密并在业务报文中设置业务工作密钥类型，设置密钥批次中使用批次值为此批次值，更新批次值为此批次值；

h.本端密码设备接收业务报文，判断业务报文密钥类型是业务工作密钥类型，根据密钥批次中使用批次值对应的业务工作密钥解密，同时判断更新批次值本地存在时，启用加密时使用此更新批次值；

i.本端密码设备发起业务报文时，发现有启动的业务工作密钥批次值，使用此批次的业务工作密钥加密并在业务报文中设置业务工作密钥类型，设置业务工作密钥批次中使用批次值为此批次值，更新批次值为此批次值；

j.密码设备密钥批次更新后，继续使用原有业务工作密钥加密并在业务报文中设置网控工作密钥类型，将业务工作密钥批次中更新批次值设置为新业务工作密钥批次值；

f.对端密码设备获取业务工作密钥后，对端密码设备接收业务报文，判断业务报文密钥类型是业务工作密钥类型，获取业务工作密钥批次中使用批次值对应的业务工作密钥解密。判断业务工作密钥批次中更新批次值本地存在时，启用加密时使用此更新批次值；

g.对端密码设备发起业务报文时，发现有启动的密钥批次值，使用此批次的业务工作密钥加密并在业务报文中设置业务工作密钥类型，设置密钥批次中使用批次值为此批次值，更新批次值为此批次值；

h.本端密码设备接收业务报文，判断业务报文密钥类型是业务工作密钥类型，根据密钥批次中使用批次值对应的业务工作密钥解密，同时判断更新批次值本地存在时，启用加密时使用此更新批次值；

i.本端密码设备发起业务报文时，发现有启动的密钥批次值，使用此批次的业务工作密钥加密并在业务报文中设置业务工作密钥类型，设置密钥批次中使用批次值为此批次值，更新批次值为此批次值；

j.任意一端密码设备重启后，业务流程自动回退到网控互联阶段。

相关术语解释

密钥管理中心：密钥管理设备，实现对全网中密码设备的密钥集中管理；

网控工作密钥：网络中一种全网互联互通加密工作密钥；

业务工作密钥：网络中一种点对点保护业务数据的密码；

密钥批次：业务批次集合，包含使用批次值和更新批次值；

使用批次：业务报文加解密使用密钥批次，用于批次切换使用；

更新批次：业务报文协商下一步启用密钥批次，用于批次协商使用；

tos（type-of-service）：ipv4业务报文服务类型字段；

spi：密钥索引值，匹配唯一密钥数据块；

入网：密码设备合法接入网络前参数配置同步及相关验证操作。

上面所述的实施案例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。