CN1758593A - 多媒体组播业务的业务密钥更新方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多媒体组播业务的业务密钥更新方法，多媒体组播业务包括组播业务中心和若干被授权用户，业务密钥用以用户解密组播业务中心发送的经加密处理的包含组播业务数据的组播报文，其特征在于，包括：(1)组播业务中心预先设置更新业务密钥的更新条件；(2)当用户关系发生变化时，判断是否满足更新条件，若否，进行步骤(2)；反之，进行更新业务密钥过程：组播业务中心集中更新所有授权用户的业务密钥，产生并发送新的业务密钥，以使当前所有被授权用户获得所述新的业务密钥。当有大量用户退出或大量新用户加入该项组播业务时，组播业务系统通过定时或延时等处理，减少更新业务密钥的次数，进而减少密钥更新的开销，提高系统的业务质量。

Description

多媒体组播业务的业务密钥更新方法

技术领域

本发明涉及通信领域中组播业务数据的安全传输，尤其涉及一种多媒体组播业务的业务密钥更新方法。

背景技术

多媒体组播业务是目前正在进行标准化的重要业务，该业务主要是关于一种单点到多点的数据传输方式，即从一个数据源通过网络播发多媒体数据至多个用户终端，以便更有效利用无线资源和网络资源进行数据通信，其中该数据源称之为组播业务中心。

多媒体组播业务广泛应用很多行业，如数字电视、软件更新、军事应用和移动通信。以数字电视为例，接收组播业务中心发送电视节目等数据的用户应是经登记被授权的合法用户，并且考虑到按时、按流量等不同的计费方式，组播业务中心还需进行用户认证及相应的计费处理。

为了节省网络资源，组播业务中心通常使用公用信道传输组播业务数据至多个用户终端。但是基于前述所述的安全和计费考虑，需要对组播业务数据进行机密性保护。

最常见的机密性保护是将组播业务数据打包成的组播报文经加密处理才在传输链路上传输。每一被授权的用户预先获得业务密钥，所述业务密钥是用以解密组播业务中心加密的组播报文。当组播业务中心发送加密的组播报文时，每个合法用户利用业务密钥即可得到组播业务数据。由此确保被加密的组播报文只有授权用户才能解读。

利用多用户共享一业务密钥来解决组播业务数据保密问题的关键是业务密钥的生成和分发，这种生成和分发应该满足未授权用户无法获得业务密钥。也就是说，不仅从未被授权的用户无法获得业务密钥用以解读组播报文，而且也包括退出组播业务的用户终端无法解读退出之后组播业务中心发送的组播报文，以及新加入组播业务的用户终端也无法解读加入之前组播业务中心发送的组播报文。

正是由于用户可以在组播业务进行中动态加入和退出(用户关系发生变化)，使得组播业务数据的机密性提出了新的挑战。目前，现有技术主要采用前向加密和后向加密两种多媒体组播业务的业务密钥更新方法来保护组播业务数据的机密性。

前向加密就是当有用户退出组播业务时，组播业务中心生成新业务密钥并发送至各个未退出组播业务的授权用户，以保证退出组播业务的用户无法利用本用户已有的密钥解密组播业务中心后继发送的组播报文。

后向加密就是当新用户加入组播业务时，组播业务中心生成新业务密钥并发送至各个授权用户，以保证新加入组播业务的接收者无法解密加入以前组播业务中心发送的组播报文。

每当有用户加入或退出时都需要更新组播的加密密钥，而当加入到某项组播业务的用户数较多时，用户的加入和退出就会比较频繁，相当地，在整个组播业务系统中用于业务密钥产生及更新方面的开销就会增大，进而影响系统的业务质量。

还是以数字电视为例，组播业务系统包括一组播业务中心及若干用户终端，组播业务系统每更新一业务密钥时，首先组播业务中心生成一新业务密钥，然后将所述新的业务密钥通过密钥更新报文发送至各个用户终端。若更新过于频率，不仅占用大量的网络资源，而且影响整个组播业务系统传输业务数据的速度。并且还需保证退出组播业务的用户无法从密钥更新报文中获得新的业务密钥，现有技术中实现起来具有一定难度。

发明内容

本发明公开了一种多媒体组播业务的业务密钥更新方法，以解决现有技术中当有大量用户退出或大量新用户加入该项组播业务时，组播业务系统频繁更新业务密钥而引起用于业务密钥产生及更新的开销大，进而影响系统的业务质量的技术问题。

为解决上述问题，本发明公开了一种多媒体组播业务的业务密钥更新方法，所述多媒体组播业务包括组播业务中心和若干被授权用户，所述业务密钥用以所述用户解密所述组播业务中心发送的经加密处理的包含组播业务数据的组播报文，包括：

(1)所述组播业务中心预先设置更新业务密钥的更新条件；

(2)当用户关系发生变化时，判断是否满足更新条件，若否，进行步骤(2)；反之，进行更新业务密钥过程：所述组播业务中心集中更新所有授权用户的业务密钥，产生并发送新的业务密钥，以使当前所有被授权用户获得所述新的业务密钥。

其中，步骤(1)的更新条件包括所述组播业务中心设置的定时器的计时值大于等于一阈值；

步骤(1)和步骤(2)之间还包括：当用户关系发生变化且所述定时器未打开时，所述组播业务中心启动定时器；

步骤(2)还包括：每次更新业务密钥过程结束后，定时器中的计时值归零。

而且还可以是，步骤(1)的更新条件包括所述组播业务中心设置的计数器的计数值大于等于一阈值；

步骤(1)和步骤(2)之间还包括：当用户关系发生变化时，将计数器中的计数值加1；

步骤(2)还包括：每次更新业务密钥过程结束后，计数器中的计数值归零。

本发明采用以下的一种方式实现，首先，步骤(1)之前还包括：

所述组播业务中心保存每个被授权用户及各自对应的加密密钥，所述加密密钥用以解密所述组播业务中心发送加密的包含新业务密钥的密钥更新报文。

当用户关系发生变化为被授权用户退出所述组播业务时，所述组播业务中心删除所述用户及对应的加密密钥。

并且，当用户关系发生变化为新用户获得授权加入所述组播业务时，所述组播业务中心保存所述新用户及对应的加密密钥。

另外，步骤(2)中所述组播业务中心发送新的业务密钥具体为：所述组播业务中心分别用本中心保存的各个加密密码加密包含新业务密钥的密钥更新报文。

本发明还公开了另一种实现方法，首先，步骤(1)之前还包括：

建立并保存所述组播业务中心作为根节点至各个用户作为叶子节点由至少一级中间节点和叶子节点连接组成的密钥树，每个叶子节点保存从根节点到本叶子节点所经过的所有中间节点各自对应的节点密钥及本叶子节点对应的加密密钥，所述加密密钥和节点密钥是用以解密所述组播业务中心发送包含业务密钥的密钥更新报文，所述组播业务中心保存各个中间节点对应的节点密钥及各个中间节点下包含的每个用户对应的加密密钥。

并且，当用户关系发生变化为新用户获得授权加入所述组播业务时，在所述密钥树的某个中间节点下添加所述新用户，所述组播业务中心保存所述中间节点与所述新用户的关系及所述新用户对应的加密密钥，所述新用户保存本用户的加密密钥及根节点到本叶子节点所经过的所有中间节点对应的节点密钥。

还有，当用户关系发生变化为指被授权用户退出所述组播业务时，所述组播业务中心删除所述用户对应的加密密钥及从根节点到本叶子节点所经过的所有中间节点对应的节点密钥。

步骤(2)中所述更新业务密钥过程还包括：所述组播业务中心产生节点密钥被删除的中间节点的新节点密钥，并分别用所述中间节点下所有保存的加密密钥加密所述新节点密钥，以使当前被授权的叶子节点获得新的节点密钥。

步骤(2)中所述组播业务中心发送新的业务密钥具体为：

所述组播业务中心分别用节点密钥来加密所述密钥更新报文，以使当前的所述叶子节点利用本节点保存的节点密钥或加密密钥来解密，获得所述加密密钥。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过设置更新条件，定时或批量更新业务密钥，以降低更新密钥的开销，尤其是某项组播业务的用户数量多且用户的加入和退出比较频繁时，减少生成业务密钥的数量，提高组播业务中心的运行效率，同时减少更新业务密钥花费的网络资源。

另外，本发明采用密钥树的方式建立与各个用户的通信，在更新业务密钥时，仅需利用各个中间节点的节点密钥加密包含业务密钥的更新密钥报文，还可以减少更新密钥时的信息数量，加快密钥更新速度。

附图说明

图1为本发明多媒体组播业务的业务密钥更新方法的流程图；

图2为组播业务中心与用户之间采用一层密钥树结构进行数据通信的结构示意图；

图3为本发明多媒体组播业务的业务密钥更新方法的第一实施例的流程图；

图4为组播业务中心与用户之间采用多层密钥树结构进行数据通信的结构示意图；

图5为本发明多媒体组播业务的业务密钥更新方法的第二实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

目前，一项多媒体组播业务通常包括一个组播业务中心和若干被授权用户，所述业务密钥用以所述被授权用户解密所述组播业务中心发送的加密的包含组播业务数据的组播报文。

请参阅图1，其为本发明多媒体组播业务的业务密钥更新方法的流程图。其中每项多媒体组播业务通常包括一组播业务中心和若干被授权用户，该方法包括以下步骤：

S110：组播业务中心预先设置更新业务密钥的更新条件；

S120：当用户关系发生变化时，判断是否满足更新条件，若否，进行步骤S120；反之，进行更新业务密钥过程：所述组播业务中心集中更新所有授权用户的业务密钥，产生并发送新的业务密钥，以使当前所有被授权用户获得所述新的业务密钥。

由于现有技术中当有大量用户退出或大量新用户加入该项组播业务时，组播业务系统频繁更新业务密钥而引起用于业务密钥产生及更新的开销大，进而影响系统的业务质量。为此，本申请人通过来设置更新条件以达到延时更新或定时更新的目的，进而减少组播业务系统更新业务密钥的次数。

更新条件可以根据具体的多媒体组播业务具体设置。比如，用户关系发生变化(用户关系发生变化包括新用户获得授权加入所述组播系统和被授权用户退出所述组播系统成为未授权用户)非常多且间隔时间非常短时，可以将更新条件设置成定时，即组播业务系统周期性更新所述业务密钥。

更新条件可以为所述组播业务中心设置的定时器的计时值大于等于一阈值。每当用户关系发生变化时，首先，判断是否是系统更新业务密钥后用户关系第一次发生改变，即所述定时器是否打开，若定时器打开，则说明用户关系发生变化并非是系统更新业务密钥后用户关系第一次发生变化。当用户关系发生变化是系统更新业务密钥后用户关系第一次发生变化时，打开定时器，定时器开始计时。然后，判断是否满足更新条件------定时器的计时值大于等于一阈值，若是，则系统进行业务密钥更新过程，并且每次更新业务密钥过程结束后，定时器中的计时值归零。

更新条件还可以为所述组播业务中心设置的计数器的计数值大于等于一阈值。在这种更新条件下，当用户关系发生变化时，首先将计数器中的计数值加1；然后，判断是否满足更新条件----计数器的计数值大于等于一阈值，若是，才进行更新业务密钥过程，并且每次更新业务密钥过程结束后，计数器中的计数值归零。

本发明设置的更新条件并非局限于上面所述的三种条件，并且，所述组播业务中心也不是仅能设置计数器或定时器，可以根据更新条件来具体设置。比如多媒体组播业务在定时器不超过10S时，计数器的计数值大于等于20进行更新业务密钥及在定时器超过10S时就进行更新业务密钥。根据上述的更新条件，在所述组播业务中心需要设置计数器和定时器，并且在用户关系发生变化时，不仅需要计时而且还需要计算用户关系发生变化的次数。

以下就以两个具体实施例为例，来说明本发明的多媒体组播业务的业务密钥更新方法。

实施例1

请参阅图2，组播业务中心与用户之间采用一层密钥树结构进行数据通信。在这种结构下，组播业务中心与每个被授权用户共享一个加密密钥。组播业务中心利用加密密钥来加密包含业务密钥的密钥更新报文，每个被授权用户利用加密密钥来解密组播业务中心发送的密钥更新报文。

请参阅图3，其为本发明多媒体组播业务的业务密钥更新方法的第一实施例的流程图。

首先进行步骤S210：组播业务中心保存每个被授权用户及各自对应的加密密钥。在组播业务中心上设置一加密密钥存储表，所述加密密钥存储表用以存储每个被授权用户及对应的加密密钥。当然本发明的组播业务中心保存加密密钥的形式并非局限于表；

随后进行步骤S220：所述组播业务中心设置的更新条件为定时器的计时值超过一阈值；

随后进行步骤S230：所述组播业务中心设置一定时器；

随后进行步骤S240：若用户关系发生变化，判断是否是系统业务密钥更新后的第一次用户关系发生变化，即判断定时器是否打开，若定时器未打开，则，组播业务中心启动定时器，否则进行步骤S250；

当用户关系发生变化是指被授权用户退出所述组播业务时，所述组播业务中心将该用户标记为非授权用户，最简便的标记操作为在加密密钥存储表中删除所述用户及对应的加密密钥。

当用户关系发生变化为新用户获得授权加入所述组播业务时，组播业务中心在加密密钥存储表中保存所述新用户及对应的加密密钥。

随后判断步骤S250：判断是否满足更新条件，即定时器的计时值是否超过一阈值，若否，进行步骤240；若是，则组播业务中心先生成新的业务密钥，然后分别用本中心保存的各个当前被授权用户的加密密码加密包含新业务密钥的密钥更新报文，以便当前被授权用户能够接收到新的业务密钥，进而当前被授权用户能够解密所述组播报文，获得组播业务数据，最后复位所述定时器。

通过上述更新方法更新业务密钥，退出组播业务系统的用户虽然能够接收到密钥更新报文，但并不能解密所述密钥更新报文，获得业务密钥。

在一项多媒体组播业务中，通过既存在新用户获得授权加入组播业务系统，也存在被授权用户退出组播业务系统。若只存在其中一种的特殊情况时，更新的方法类似，在此不再赘述。

实施例2

在组播业务用户数较多时，为了便于用户管理，提高用户密钥更新的速度，可以采用多层密钥树结构来建立组播业务中心和被授权用户之间的通信。

请参阅图4，其为多层密钥树结构示意图。这种多层密钥结构中，每个用户作为一个叶子节点，组播业务中心作为根节点。组播业务中心和叶子节点之间至少设置一个中间节点，每个中间节点拥有从该节点到根结点所经过的所有节点的节点密钥，每个叶子节点拥有从各自所处的叶子节点到树的根节点的节点链路所经过的包括叶子节点、各层中间节点所对应的所有节点密钥和加密密钥。

请参阅图5，其为多媒体组播业务的业务密钥更新方法的第二实施例的流程图。

步骤S310：建立如图4所示的密钥树，即：建立并保存所述组播业务中心作为根节点至各个用户作为叶子节点由至少一级中间节点和叶子节点连接组成的密钥树。比如：该多媒体组播业务中的用户分布在四个小区，则可以预先设置四个中间节点及各个中间节点的节点密钥，组播业务中心利用所述节点密钥加密包含业务密钥的密钥更新报文，保存节点密钥的用户可以利用所述节点密钥匙解密所述组播业务中心发送的密钥更新报文。然后，将分别属于每个小区的用户作为该小区对应的中间节点下属的叶子节点，每个叶子节点保存从根节点到本叶子节点所经过的所有中间节点各自对应的节点密钥及本叶子节点对应的加密密钥，所述加密密钥是用以解密所述组播业务中心发送包含业务密钥的密钥更新报文，所述组播业务中心保存各个中间节点对应的节点密钥及各个中间节点下包含的每个用户对应的加密密钥。

随后进行步骤S320：所述组播业务中心设置的更新条件为计数器的计数值超过一阈值；

随后进行步骤S330：所述组播业务中心设置一计数器；

随后进行步骤S340：若用户关系发生变化，计数器的计数值加1后重置计数值，并进行步骤S350；

当用户关系发生变化为新用户获得授权加入所述组播业务时，在所述密钥树的某个中间节点下添加所新用户，所述组播业务中心保存所述中间节点与所述新用户的关系及所述新用户对应的加密密钥，所述新用户保存本用户的加密密钥及根节点到本叶子节点所经过的所有中间节点对应的节点密钥。

当用户关系发生变化为指被授权用户退出所述组播业务时，所述组播业务中心删除所述用户对应的加密密钥及从根节点到本叶子节点所经过的所有中间节点对应的节点密钥。

随后判断步骤S350：判断是否满足更新条件，即计数器的计数值是否超过一阈值，若否，进行步骤340；若是，则组播业务中心先生成新的业务密钥，然后分别用节点密钥及节点密钥被删除的所有叶子节点的加密密钥来加密所述加密密钥，以使当前的所述叶子节点利用本节点保存的节点密钥或加密密钥来解密，获得所述业务密钥，进而当前被授权用户能够解密所述组播报文，获得组播业务数据，最后复位所述定时器。

实际更新过程中，若用户关系发生变化是指被授权用户退出组播业务时，在步骤S350的更新业务密钥之前，所述组播业务中心产生节点密钥被删除的中间节点的新节点密钥，并分别用所述中间节点下所有保存的加密密钥加密所述新节点密钥，以使当前被授权的叶子节点获得新的节点密钥。

这样，所述组播业务中心更新业务密钥就会很方便，即组播业务中心分别用节点密钥来加密所述密钥更新报文，以使当前的所述叶子节点利用本节点保存的节点密钥或加密密钥来解密，获得所述加密密钥。

采用上述结构进行业务密钥更新时，组播业务中心无需将密钥更新报文用所有的保密密钥进行加密，组播业务中心只需用节点密钥加密密钥更新报文，该中间节点下所有的叶子节点都能解密所述密钥更新报文，获得业务密钥。

这种结构采用点到点和点到多点相结合的方式分发加密密钥，可以减少更新密钥时的信息数量加快密钥更新速度。

本发明所指的业务密钥更新，可以是组播业务中心产生密钥然后将密钥通过加密的方式传递给用户，也可以是组播业务中心将生成组播业务密钥所需要的信息通过加密方式传递给用户。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1、一种多媒体组播业务的业务密钥更新方法，所述多媒体组播业务包括组播业务中心和若干被授权用户，所述业务密钥用以所述用户解密所述组播业务中心发送的经加密处理的包含组播业务数据的组播报文，其特征在于，包括：

(1)所述组播业务中心预先设置更新业务密钥的更新条件；

(2)当用户关系发生变化时，判断是否满足更新条件，若否，进行步骤(2)；反之，进行更新业务密钥过程：所述组播业务中心集中更新所有授权用户的业务密钥，产生并发送新的业务密钥，以使当前所有被授权用户获得所述新的业务密钥。

2、如权利要求1所述的多媒体组播业务的业务密钥更新方法，其特征在于，

步骤(1)的更新条件包括所述组播业务中心设置的定时器的计时值大于等于一阈值；

步骤(1)和步骤(2)之间还包括：当用户关系发生变化且所述定时器未打开时，所述组播业务中心启动定时器；

步骤(2)还包括：每次更新业务密钥过程结束后，定时器中的计时值归零。

3、如权利要求1所述的多媒体组播业务的业务密钥更新方法，其特征在于，

步骤(1)的更新条件包括所述组播业务中心设置的计数器的计数值大于等于一阈值；

步骤(1)和步骤(2)之间还包括：当用户关系发生变化时，将计数器中的计数值加1；

步骤(2)还包括：每次更新业务密钥过程结束后，计数器中的计数值归零。

4、如权利要求2或3所述的多媒体组播业务的业务密钥更新方法，其特征在于，步骤(1)之前还包括：

所述组播业务中心保存每个被授权用户及各自对应的加密密钥，所述加密密钥用以解密所述组播业务中心发送加密的包含新业务密钥的密钥更新报文。

5、如权利要求4所述的多媒体组播业务的业务密钥更新方法，其特征在于，当用户关系发生变化为被授权用户退出所述组播业务时，所述组播业务中心删除所述用户及对应的加密密钥。

6、如权利要求4或5所述的多媒体组播业务的业务密钥更新方法，其特征在于，当用户关系发生变化为新用户获得授权加入所述组播业务时，所述组播业务中心保存所述新用户及对应的加密密钥。

7、如权利要求5或6所述的多媒体组播业务的保密密码更新方法，其特征在于，步骤(2)中所述组播业务中心发送新的业务密钥具体为：所述组播业务中心分别用本中心保存的各个加密密码加密包含新业务密钥的密钥更新报文。

8、如权利要求2或3所述的多媒体组播业务的保密密码更新方法，其特征在于，步骤(1)之前还包括：

建立并保存所述组播业务中心作为根节点至各个用户作为叶子节点由至少一级中间节点和叶子节点连接组成的密钥树，每个叶子节点保存从根节点到本叶子节点所经过的所有中间节点各自对应的节点密钥及本叶子节点对应的加密密钥，所述加密密钥和节点密钥是用以解密所述组播业务中心发送包含业务密钥的密钥更新报文，所述组播业务中心保存各个中间节点对应的节点密钥及各个中间节点下包含的每个用户对应的加密密钥。

9、如权利要求8所述的多媒体组播业务的业务密钥更新方法，其特征在于，当用户关系发生变化为新用户获得授权加入所述组播业务时，在所述密钥树的某个中间节点下添加所述新用户，所述组播业务中心保存所述中间节点与所述新用户的关系及所述新用户对应的加密密钥，所述新用户保存本用户的加密密钥及根节点到本叶子节点所经过的所有中间节点对应的节点密钥。

10、如权利要求8或9所述的多媒体组播业务的业务密钥更新方法，其特征在于，当用户关系发生变化为指被授权用户退出所述组播业务时，所述组播业务中心删除所述用户对应的加密密钥及从根节点到本叶子节点所经过的所有中间节点对应的节点密钥。

11、如权利要求10所述的多媒体组播业务的业务密钥更新方法，其特征在于，步骤(2)中所述更新业务密钥过程还包括：所述组播业务中心产生节点密钥被删除的中间节点的新节点密钥，并分别用所述中间节点下所有保存的加密密钥加密所述新节点密钥，以使当前被授权的叶子节点获得新的节点密钥。

12、如权利要求9或11所述的多媒体组播业务的业务密钥更新方法，其特征在于，步骤(2)中所述组播业务中心发送新的业务密钥具体为：

所述组播业务中心分别用节点密钥来加密所述密钥更新报文，以使当前的所述叶子节点利用本节点保存的节点密钥或加密密钥来解密，获得所述加密密钥。

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