專利名稱：一種基于時間標(biāo)簽的epon加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光通信技術(shù)及光接入網(wǎng)技術(shù)EPON (以太無源光網(wǎng)絡(luò))的安全通信領(lǐng)域， 尤其涉及用來對三網(wǎng)融合中的保密業(yè)務(wù)進(jìn)行加密和解密的基于時間函數(shù)的加密方案。
背景技術(shù)：
近幾年，隨著電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)三網(wǎng)融合的快速推進(jìn)，我國將在2013 年至2015年，全面實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)。在三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)中，PON (無源光網(wǎng)絡(luò))是解決FTTH (光纖到戶)的主要技術(shù)，而基于以太網(wǎng)的EPON是目前應(yīng)用最成熟也是最理想的接入網(wǎng)方案。EPON是一種融合了以太網(wǎng)和無源光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)的接入網(wǎng)技術(shù)，既能充分利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)資源，又能有效地支持IP數(shù)據(jù)的傳輸。然而EPON是一個點(diǎn)到多點(diǎn)的系統(tǒng)，下行信道以廣播方式發(fā)送給與之相連接的所有ONU (光網(wǎng)絡(luò)單元)，每個ONU僅僅根據(jù)分配到的LLID (邏輯鏈路標(biāo)識)來決定是否接收數(shù)據(jù)，一旦攻擊者把ONU設(shè)置成“混雜”模式，它將能接收到所有的下行傳輸信息。另一方面，EPON系統(tǒng)具有自動發(fā)現(xiàn)功能，對于新加入的ONU可以自動完成注冊，如果ONU不采取任何認(rèn)證措施，那么非法ONU將會隨意接入到系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成極大的安全威脅。同時，由于以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)的透明性，非法用戶可以依據(jù)該結(jié)構(gòu)偽造MAC (媒質(zhì)接入控制)幀和OAM (運(yùn)行管理維護(hù))幀，并利用分配好的上行時隙發(fā)送，不僅可以使用控制幀騙取授權(quán)信息，而且可以利用OAM幀更改系統(tǒng)參數(shù)甚至搗毀系統(tǒng)。因此，MAC幀和OAM幀的安全保障在EPON中顯得尤為重要，目前沒有特別理想的安全措施來解決這一隱患?，F(xiàn)有的一些加密措施中，基本上采用AES (高級加密標(biāo)準(zhǔn))、DES (數(shù)據(jù)加密算法)、 3DES (三重攪動算法)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，或者是將2種加密算法相結(jié)合，如AES和ECC (橢圓曲線密碼)算法相結(jié)合。當(dāng)然，也有對業(yè)務(wù)進(jìn)行分級的加密方法，根據(jù)業(yè)務(wù)對安全性和實(shí)時性的不同需求，對不同的業(yè)務(wù)采用不同的加密算法。這些方法對安全性要求不是很高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及語音、視頻業(yè)務(wù)而言，是能夠滿足其安全需求的。但是，對于0AM、MAC幀和認(rèn)證信令業(yè)務(wù)，它們對安全性要求非常高，現(xiàn)有的加密措施都不能保證其安全，故需要設(shè)計一種新的加密方法來保證它們的安全性。本發(fā)明為了保證密鑰的安全性和唯一性，讓AES 算法與時間標(biāo)簽相結(jié)合形成密鑰，而時間標(biāo)簽是在OLT對每個ONU測距的時候提取的，每個 ONU測距的時間標(biāo)簽都是不同的，且隨著時間變化，因此，每個ONU的密鑰也是隨著時間在變化，這樣既達(dá)到了密鑰的唯一性，也提高了密鑰的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于時間標(biāo)簽的EPON加密方法，該方法實(shí)現(xiàn)密鑰的動態(tài)更新，達(dá)到密鑰的唯一性，以確保密鑰的絕對安全。。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于時間標(biāo)簽的EPON加密方法，其步驟包括a首先在EPON測距的控制幀中提取4個字節(jié)的時間標(biāo)簽；b將AES算法與時間標(biāo)簽相結(jié)合，形成時間函數(shù)，將這個時間函數(shù)作為密鑰；c將輸入數(shù)據(jù)與密鑰一起進(jìn)入加/解密模塊；d在OLT局端，若是發(fā)送下行數(shù)據(jù)，則OLT端完成加密功能，輸出密文發(fā)送出去給用戶端ONU ；若是上行發(fā)來的數(shù)據(jù)，則OLT端完成解密功能，輸出明文；e在ONU用戶端，若是接受下行發(fā)來的數(shù)據(jù)，則ONU端完成解密功能；若是發(fā)送上行數(shù)據(jù)，則ONU端完成加密功能，并把密文發(fā)給 OLT。時間標(biāo)簽是在EPON系統(tǒng)測距的時候提取，在測距的GATE和REPORT幀結(jié)構(gòu)中，有專門的4個字節(jié)是用于放置時間標(biāo)簽的，每個ONU對應(yīng)一個時間標(biāo)簽，測距的同時可完成 OLT和ONU兩端時間標(biāo)簽的同步。每個ONU在測距過程中時間標(biāo)簽是不斷變化的，因此密鑰也隨著時間標(biāo)簽動態(tài)更新，發(fā)送端需要給出相應(yīng)的指示，接收端才能判斷接收到的數(shù)據(jù)是否經(jīng)過了加密處理，以及密鑰是否經(jīng)過了更新。在EPON的幀結(jié)構(gòu)中的前導(dǎo)碼八個字節(jié)里， 有三個字節(jié)是保留字節(jié)，沒有填充任何信息。本發(fā)明設(shè)計在前導(dǎo)碼的第五個字節(jié)的頭兩個比特中引入指示信息，這兩個比特包括加密指示比特EIB和密鑰更新指示比特UIB，指示比特在0和1之間來回變換，用于密鑰的動態(tài)更新和同步。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于在加密算法上引入了時間函數(shù)，讓密鑰保持與時間的同步，實(shí)現(xiàn)密鑰的動態(tài)更新，保證密鑰的絕對安全；本發(fā)明在不改動現(xiàn)有芯片結(jié)構(gòu)和不增加硬件成本的基礎(chǔ)上，對加密方法做了創(chuàng)新性設(shè)計；本發(fā)明克服了傳統(tǒng)加密方法中存在的缺陷，充分保障了 EPON系統(tǒng)中的安全性。


圖1為本發(fā)明基于時間函數(shù)的加/解密流程圖2為本發(fā)明使用的AES算法和時間標(biāo)簽相結(jié)合的流程圖； 圖3為本發(fā)明的時間標(biāo)簽4個字節(jié)在測距控制幀中的位置示意圖； 圖4為本發(fā)明的時間標(biāo)簽的同步原理示意圖5為本發(fā)明加密指示比特(EIB)和更新指示比特(UIB)設(shè)計的示意圖。
具體實(shí)施例方式一種基于時間標(biāo)簽的EPON加密方法，具體實(shí)施方式
如下 A、列混合變換與時間標(biāo)簽的結(jié)合
AES是一個對稱密碼，它是由字節(jié)代換、行移位、列混合和加輪密鑰這四種代換進(jìn)行循環(huán)變換所形成的。分組長度為128bits，而密鑰的大小可以為128bits，192bits，256bits， 根據(jù)所選密鑰大小的不同，可以分別進(jìn)行10輪，12輪和14輪的變換，本發(fā)明選用最簡單的 AES-128算法，如圖2所示。在AES算法的四種變換中，由于字節(jié)代換、行移位和加輪密鑰這三種變換都是對數(shù)據(jù)本身的變換操作，不引入額外的參數(shù)，故選擇在列混合變換中引入時間標(biāo)簽。AES-128 算法的密鑰是一個4X4 bytes的狀態(tài)矩陣，每一行和每一列都是由4個字節(jié)組成。列混合變換是把狀態(tài)矩陣中的每一列都與一個常數(shù)矩陣相乘，得到一個新的列，然后把變換后的新列重新組合成一個新的狀態(tài)矩陣。AES算法的常數(shù)矩陣是一個有逆元的多項(xiàng)式
a (χ) = OSx3 + O Ii-2 + 0 k+02(1)
設(shè)要進(jìn)行列混合變換的狀態(tài)矩陣多項(xiàng)式為
權(quán)利要求
1.一種基于時間標(biāo)簽的EPON加密方法，其步驟包括(a)首先在EPON測距的控制幀中提取4個字節(jié)的時間標(biāo)簽；(b)將AES算法與時間標(biāo)簽相結(jié)合，形成時間函數(shù)，將這個時間函數(shù)作為密鑰；(c)將輸入數(shù)據(jù)與密鑰一起進(jìn)入加/解密模塊；(d)在OLT局端，若是發(fā)送下行數(shù)據(jù)，則OLT端完成加密功能，輸出密文發(fā)送出去給用戶端ONU ；若是上行發(fā)來的數(shù)據(jù)，則OLT端完成解密功能，輸出明文；(e)在ONU用戶端，若是接受下行發(fā)來的數(shù)據(jù)，則ONU 端完成解密功能；若是發(fā)送上行數(shù)據(jù)，則ONU端完成加密功能，并把密文發(fā)給0LT。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于時間標(biāo)簽的EPON加密方法，其特征在于時間標(biāo)簽是在 EPON系統(tǒng)測距的時候提取，在測距的GATE和REPORT幀結(jié)構(gòu)中，有專門的4個字節(jié)是用于放置時間標(biāo)簽的，每個ONU對應(yīng)一個時間標(biāo)簽，測距的同時可完成OLT和ONU兩端時間標(biāo)簽的同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于時間標(biāo)簽的EPON加密方法，其特征在于每個ONU在測距過程中時間標(biāo)簽是不斷變化的，因此密鑰也隨著時間標(biāo)簽動態(tài)更新，發(fā)送端需要給出相應(yīng)的指示，接收端才能判斷接收到的數(shù)據(jù)是否經(jīng)過了加密處理，以及密鑰是否經(jīng)過了更新。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基于時間標(biāo)簽的EPON加密方法，其特征在于在EPON的幀結(jié)構(gòu)中的前導(dǎo)碼八個字節(jié)里，有三個字節(jié)是保留字節(jié)，沒有填充任何信息；本發(fā)明設(shè)計在前導(dǎo)碼的第五個字節(jié)的頭兩個比特中引入指示信息，這兩個比特包括加密指示比特EIB和密鑰更新指示比特UIB，指示比特在0和1之間來回變換，用于密鑰的動態(tài)更新和同步。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于時間標(biāo)簽的EPON，針對EPON中安全性要求高的OAM、MAC幀和認(rèn)證信令業(yè)務(wù)，提出了一種基于時間標(biāo)簽的加密方案。該方案是將AES算法與EPON系統(tǒng)測距過程提取的時間標(biāo)簽相結(jié)合，形成與每個ONU時間相關(guān)的密鑰，進(jìn)行加/解密。密鑰是隨著時間標(biāo)簽動態(tài)更新的，在保證密鑰安全的基礎(chǔ)上全面保障安全性要求高的業(yè)務(wù)。另外，為了保持密鑰的更新與同步，在數(shù)據(jù)幀的前導(dǎo)碼中引入兩個指示比特。密鑰的這種唯一性和安全性，充分保障了認(rèn)證信令和最高級別業(yè)務(wù)的安全。
文檔編號H04L9/00GK102264013SQ20111026336
公開日2011年11月30日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者殷愛菡 申請人:殷愛菡