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私有化部署授权系统 - 第6章:设备迁移方案

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第6章:设备迁移方案

🎯 本章目标

学完这一章,你将理解:
– 为什么需要设备迁移
– 迁移包的结构和内容
– 安全迁移的完整流程

预计学习时间: 20分钟


6.1 什么是设备迁移?

场景:从公有云搬到私有云

假设客户原本使用你的公有云服务,现在要切换到私有化部署:

迁移前:
[机器人1] ─┐
[机器人2] ─┼→ [公有云平台](厂商的服务器)
[机器人3] ─┘

迁移后:
[机器人1] ─┐
[机器人2] ─┼→ [私有云平台](客户自己的服务器)
[机器人3] ─┘

问题: 如何让机器人从连接公有云,改为连接私有云?

生活类比

就像手机换运营商:

原来:手机 → 移动公司
现在:手机 → 联通公司

需要做什么?
1. 从移动公司导出你的号码信息
2. 把信息导入联通公司
3. 手机更新配置,连接联通网络

6.2 迁移的核心挑战

挑战1:设备身份延续

问题:设备在公有云有身份信息,如何转移到私有云?

公有云的设备信息:
├── 设备ID:DEVICE-001
├── 序列号:CLN-2024-00001
├── 密钥:KEY-PUBLIC-001
└── 历史数据:清扫记录、地图等

需要完整迁移到私有云 ✅

挑战2:安全传输

问题:如何安全地把设备信息从公有云传到私有云?

风险:
├── 传输过程被窃听 → 密钥泄露
├── 迁移包被篡改 → 假冒设备
└── 迁移包被复制 → 设备被盗用

挑战3:无缝切换

问题:如何让设备平滑切换,不影响业务?

理想流程:
今天:设备连接公有云,正常工作
明天:设备连接私有云,继续工作
  └── 客户无感知,业务不中断 ✅

6.3 迁移包的结构

什么是迁移包?

迁移包 = 一个加密的文件,包含设备迁移所需的所有信息

迁移包的完整结构

迁移包(Migration Package)
├── 📋 包元数据
│   ├── 版本号:2.0
│   ├── 创建时间:2024-12-01
│   ├── 过期时间:2024-12-08(7天有效期)
│   ├── 包ID:PKG-2024-001
│   └── 设备数量:100台
│
├── 👤 客户信息
│   ├── 客户ID:CUST-2024-001
│   ├── 客户名称:某某清洁公司
│   └── 目标平台:私有云
│
├── 🤖 设备清单(核心部分)
│   ├── 设备1
│   │   ├── 设备ID:DEVICE-001
│   │   ├── 序列号:CLN-2024-00001
│   │   ├── 设备信息(加密)
│   │   ├── 当前密钥(加密)
│   │   └── 迁移令牌(一次性)
│   │
│   ├── 设备2
│   │   └── ...
│   │
│   └── 设备100
│       └── ...
│
├── 🔑 迁移密钥
│   ├── 传输密钥(用于加密迁移包)
│   └── 验证密钥(用于验证完整性)
│
└── 🔒 安全签名
    ├── 签名算法:RSA-SHA256
    ├── 签名值
    └── 签名者:公有云平台

关键字段详解

1. 迁移令牌(Migration Token)

作用: 一次性密码,用于设备激活

migration_token = {
    "token_id": "TOKEN-2024-001",
    "device_id": "DEVICE-001",
    "valid_from": "2024-12-01 00:00:00",
    "valid_until": "2024-12-31 23:59:59",  # 30天有效期
    "usage_count": 0,  # 使用次数
    "max_usage": 1,    # 最多使用1次
    "encrypted_value": "..."  # 加密的令牌值
}

特点:
– 只能使用一次
– 有时间限制
– 使用后立即失效

类比: 就像快递的取件码,用一次就作废

2. 传输密钥(Transport Key)

作用: 加密迁移包,防止传输过程被窃听

# 公有云生成传输密钥
transport_key = generate_random_key(256)  # 256位

# 用传输密钥加密设备信息
encrypted_device_info = encrypt(device_info, transport_key)

# 把传输密钥用客户的公钥加密
encrypted_transport_key = encrypt(transport_key, customer_public_key)

流程:

公有云:生成传输密钥 → 加密设备信息 → 用客户公钥加密传输密钥
        ↓
私有云:用客户私钥解密传输密钥 → 用传输密钥解密设备信息

6.4 安全迁移流程

完整流程图

[阶段1:导出准备](公有云)
运维人员 → 公有云:请求导出设备列表
公有云:验证操作权限
公有云:生成迁移密钥对
公有云:创建设备迁移包
公有云:加密 + 签名
公有云 → 运维人员:返回加密迁移包
        ↓
[阶段2:安全传输]
运维人员:下载迁移包到U盘
运维人员:物理传输到客户现场
运维人员:上传迁移包到私有云
        ↓
[阶段3:导入验证](私有云)
私有云:验证包签名
私有云:检查包是否过期
私有云:解密迁移包
私有云:验证设备数量是否符合License
私有云:导入设备信息
私有云:生成新的认证凭证
        ↓
[阶段4:设备切换]
设备 → 私有云:请求迁移激活
私有云 → 设备:发送迁移挑战
设备:用迁移令牌签名
设备 → 私有云:返回签名响应
私有云:验证签名
私有云 → 设备:下发新配置
设备:更新连接配置
设备 → 私有云:确认迁移完成

阶段1:导出准备(代码示例)

def create_migration_package(devices, customer_info):
    """
    创建设备迁移包
    """

    # 1. 生成传输密钥
    transport_key = generate_random_key(256)

    # 2. 准备设备清单
    device_list = []
    for device in devices:
        # 为每个设备生成迁移令牌
        migration_token = generate_migration_token(device["id"])

        device_entry = {
            "device_id": device["id"],
            "serial_number": device["serial"],
            "device_info": encrypt(device["info"], transport_key),
            "current_keys": encrypt(device["keys"], transport_key),
            "migration_token": migration_token,
            "validity": {
                "valid_from": current_time(),
                "valid_until": current_time() + 30 * 86400  # 30天
            }
        }
        device_list.append(device_entry)

    # 3. 组装迁移包
    package = {
        "metadata": {
            "version": "2.0",
            "created_at": current_time(),
            "expires_at": current_time() + 7 * 86400,  # 7天过期
            "package_id": generate_uuid(),
            "device_count": len(devices)
        },
        "customer": {
            "customer_id": customer_info["id"],
            "customer_name": customer_info["name"],
            "target_platform": "PRIVATE_CLOUD"
        },
        "devices": device_list,
        "migration_keys": {
            "transport_key": encrypt(transport_key, customer_info["public_key"]),
            "verification_key": generate_verification_key()
        }
    }

    # 4. 签名整个包
    package["signature"] = sign_package(package, private_key)

    return package

阶段3:导入验证(代码示例)

def import_migration_package(package_file, customer_private_key):
    """
    导入迁移包到私有云
    """

    # 1. 加载迁移包
    package = load_package(package_file)

    # 2. 验证签名
    if not verify_package_signature(package):
        raise Exception("迁移包签名验证失败,可能被篡改")

    # 3. 检查是否过期
    if current_time() > package["metadata"]["expires_at"]:
        raise Exception("迁移包已过期")

    # 4. 解密传输密钥
    encrypted_transport_key = package["migration_keys"]["transport_key"]
    transport_key = decrypt(encrypted_transport_key, customer_private_key)

    # 5. 验证设备数量
    license = load_license()
    if package["metadata"]["device_count"] > license["max_robots"]:
        raise Exception(f"设备数量超过License限制")

    # 6. 导入每个设备
    imported_devices = []
    for device_entry in package["devices"]:
        # 解密设备信息
        device_info = decrypt(device_entry["device_info"], transport_key)
        device_keys = decrypt(device_entry["current_keys"], transport_key)

        # 生成本地认证凭证
        local_credentials = generate_local_credentials(device_info)

        # 保存到数据库
        save_device(
            device_id=device_entry["device_id"],
            info=device_info,
            keys=device_keys,
            credentials=local_credentials,
            migration_token=device_entry["migration_token"]
        )

        imported_devices.append(device_entry["device_id"])

    return {
        "success": True,
        "imported_count": len(imported_devices),
        "devices": imported_devices
    }

阶段4:设备切换(代码示例)

def activate_device_migration(device_id, migration_request):
    """
    激活设备迁移
    """

    # 1. 查找设备的迁移令牌
    migration_token = get_migration_token(device_id)

    if not migration_token:
        return False, "设备未找到或未导入"

    # 2. 检查令牌是否有效
    if migration_token["usage_count"] >= migration_token["max_usage"]:
        return False, "迁移令牌已使用"

    if current_time() > migration_token["valid_until"]:
        return False, "迁移令牌已过期"

    # 3. 发送迁移挑战
    challenge = generate_random_challenge()

    # 4. 验证设备响应
    device_signature = migration_request["signature"]
    is_valid = verify_signature(
        data=challenge,
        signature=device_signature,
        token=migration_token["encrypted_value"]
    )

    if not is_valid:
        return False, "迁移令牌验证失败"

    # 5. 标记令牌已使用
    mark_token_used(migration_token["token_id"])

    # 6. 下发新配置
    new_config = {
        "platform_url": "https://private-cloud.customer.com",
        "device_certificate": generate_device_certificate(device_id),
        "connection_params": get_connection_params()
    }

    send_config_to_device(device_id, new_config)

    # 7. 记录迁移完成
    log_migration_completed(device_id)

    return True, "迁移激活成功"

6.5 迁移安全机制

安全机制1:多层加密

设备信息
  ↓ 第1层:用传输密钥加密
加密的设备信息
  ↓ 第2层:传输密钥用客户公钥加密
双重加密的迁移包
  ↓ 第3层:整个包用私钥签名
最终迁移包(加密+签名)

好处:
– 即使迁移包被截获,也无法解密
– 只有拥有客户私钥的人才能解密

安全机制2:一次性令牌

迁移令牌特性:
├── 只能使用1次
├── 有效期30天
├── 使用后立即失效
└── 无法重放攻击

防止的攻击:

攻击者截获迁移令牌 → 尝试重复使用
系统检测:令牌已使用 → 拒绝 ❌

安全机制3:时间窗口限制

迁移包有效期:7天
迁移令牌有效期:30天

逻辑:
├── 迁移包必须在7天内导入
├── 设备必须在30天内激活
└── 超时自动失效

防止的风险:

迁移包被盗 → 但已经过期 → 无法使用 ✅

6.6 迁移失败处理

常见失败场景

失败场景 原因 处理方式
签名验证失败 迁移包被篡改 拒绝导入,联系厂商
迁移包过期 超过7天有效期 重新生成迁移包
设备数量超限 超过License限制 升级License或减少设备
令牌已使用 重复激活 检查设备是否已迁移
网络中断 激活过程断网 重试激活流程

回滚机制

def rollback_migration(device_id):
    """
    回滚迁移(恢复到迁移前状态)
    """

    # 1. 查找迁移前的备份
    backup = get_migration_backup(device_id)

    if not backup:
        return False, "未找到备份数据"

    # 2. 恢复设备信息
    restore_device_info(device_id, backup["device_info"])

    # 3. 恢复密钥
    restore_device_keys(device_id, backup["keys"])

    # 4. 恢复连接配置
    restore_connection_config(device_id, backup["config"])

    # 5. 标记迁移失败
    mark_migration_failed(device_id)

    return True, "迁移已回滚"

6.7 本章小结

核心要点

  1. 设备迁移 = 把设备从公有云转移到私有云
  2. 迁移包 = 加密的设备信息打包文件
  3. 安全机制 = 多层加密 + 一次性令牌 + 时间限制
  4. 四阶段流程 = 导出 → 传输 → 导入 → 激活

类比总结

设备迁移 = 手机换运营商
迁移包 = 号码转移凭证
迁移令牌 = 激活码(用一次就作废)
传输密钥 = 快递包裹的密码锁

迁移流程总结

┌─────────────────────────────────┐
│      设备迁移完整流程            │
├─────────────────────────────────┤
│ 阶段1:公有云导出设备信息        │
│ 阶段2:物理传输迁移包            │
│ 阶段3:私有云导入验证            │
│ 阶段4:设备激活切换              │
└─────────────────────────────────┘

🤔 思考题

  1. 理解题:为什么迁移令牌只能使用一次?如果可以重复使用会有什么风险?

  2. 场景题:如果迁移过程中,有10台设备成功激活,但还有90台失败了,应该怎么处理?

  3. 安全题:如果黑客截获了迁移包,但没有客户的私钥,能破解出设备信息吗?


📚 下一章预告

第7章(最后一章)我们将学习实施建议
– 如何分阶段实施这套方案?
– 最小可行方案(MVP)应该包含什么?
– 技术选型建议

最后冲刺,加油!


本章关键词
– 设备迁移
– 迁移包
– 迁移令牌
– 传输密钥
– 多层加密
– 一次性令牌
– 时间窗口
– 回滚机制

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