[发明专利]用于CTCS-3级列控系统车地安全通信协议的密钥管理方法

说明书

本发明提供了一种用于CTCS‑3级列控系统车地安全通信协议的密钥管理方法，该方法包括：由CTCS‑3级列控系统中的安全相关设备分担其车地安全通信协议所要求的密钥管理功能，离线生成传输密钥和验证密钥的密钥本，并将所述密钥本存储于所述安全相关设备中，应用公钥密码体制根据所述传输密钥的密钥本为CTCS‑3级列控系统中的安全相关设备分配传输密钥，在传输密钥分配完成后，利用传输密钥，继续按照CTCS‑3级列控系统车地安全通信协议规定的方法建立安全通道，利用安全通道为安全相关设备分发验证密钥。本发明的方法通过安全相关设备执行密钥管理功能，改变了密钥管理过程中物理分发密钥的方式，降低了人工干预密钥管理的所带来的风险，提高了密钥的安全性。

技术领域

本发明涉及车地安全通信技术领域，尤其涉及一种用于CTCS-3级列控系统车地安全通信协议的密钥管理方法。

背景技术

在CTCS(China Train Control System，中国列车控制系统)-3级列控系统中，OBU(On board Unit，车载列控设备)与地面RBC(Raid Block Cente，无线闭塞中心)通过如图1所示的GSM-R系统实现基于开放无线网络的双向数据信息交互。为保证车地列控关键信息的安全，以ETCSEuroradio功能接口规范及ETCS subset-037协议为基础，制定了CTCS-3级车地通信协议，该协议基于3DES对称加密算法保证系统车地间关键数据的安全传输。

CTCS-3级车地通信协议根据EN50159安全通信标准构建，现有技术中提供的CTCS-3级列控系统车载设备与RBC安全通信参考模型图如图2所示，其中CTCS-3级列控系统车地安全通信由该协议中安全功能模块(SFM)提供相关安全保护，该模块提供安全服务，即安全连接建立以及连接生存期内应用数据安全传输。其中，建立安全连接的前提是在设备进行通话前启动对等实体认证程序，用于对通信双方设备进行身份验证，该安全流程的实现依赖于设备间共享的认证密钥，并且在认证过程中，通信双方设备会基于认证密钥自动生成共享的会话密钥，以对设备间安全相关数据提供保护。可见，对等实体认证所需的认证密钥和有效的密钥管理是确保CTCS-3级车地通信安全的关键。

图3为现有技术中的Euroradio安全协议密钥管理图，Euroradio安全协议中，设置KMC(Key Management Centre，密钥管理中心)执行密钥管理功能，协议定义了三个级别的密钥，如下表1：

表1

根据表1，传输密钥包括两种密钥：K-TRANS1用于保护KMC与信号安全设备之间所交互消息的真实性和完整性。K-TRANS2用于加密保护KMC与信号安全设备之间交换的验证密钥。

K-KMC密钥也由两个密钥组成：K-KMC1用于保护KMC与KMC之间所交互的消息的真实性和完整性。K-KMC2用于通过加密来保护KMC之间所交换的验证密钥。

上述三个级别的密钥，传输密钥属于主密钥，验证密钥属于密钥加密密钥。主密钥为上层密钥，采用物理方式保护其安全性；验证密钥为中间层密钥，受主密钥的保护；会话密钥为底层密钥，由中间层密钥提供保护，其特点是上层密钥决定下层密钥的安全，但下层密钥的破译不会影响到上层密钥的安全，而KSMAC是由安全设备间自动生成的，所以传输密钥与验证密钥的管理是通信安全的关键。

具体的密钥管理功能如下：

(一)在同一密钥管理区域(简称KM域)内的密钥管理功能：

(1)传输密钥与验证密钥的生成和验证：由KMC负责在安全的环境下由授权人员和程序计算生成密钥，使密钥具有随机性与不可预测性；并由KMC对生成的密钥进行检查验证，以确保密钥具有相同强度。