简单认证密钥协商协议的学习与研究

1999年Seo及Sweeney两位学者修改了著名的Diffie-Hellam密钥协议以提供用户身份认证,从而提出了简单认证密钥协商协议(SAKA)。但Sun却指出SAKA算法存在三处严重缺陷:(1)不能确认某个用户的身份;(2)不能防御密码猜测攻击;(3)不能提供完美前向安全性(PFS)。为了克服SAKA算法的缺陷,Tseng,Wang等人对该协议做出了一些改进。本文通过分析,指出了这些协议存在安全缺陷的根本原因并证明了其并不能有效抵制在线密钥猜测攻击。针对这些协议无法保证其安全性的不足,本文提出了一个改进方案,能够有效防止中间人攻击并提高计算效能。

面向车联网通勤的双阶段认证密钥协商协议

针对通勤车辆在车联网中向路边单元(RSU)获取服务的安全与效率问题,提出了一种双阶段的认证密钥协商协议。在初始认证阶段,利用车辆、RSU和可信机构(TA)间协商的3个独立会话密钥,保障2个实体间传输的隐私不被第三方实体窃取。在快速认证阶段,车辆和RSU间利用车辆旅行时间表高效地完成相互认证。协议支持车辆匿名与匿名追溯,且能防止通勤路线等隐私泄露。此外,通过随机预言机证明了协议的安全性。仿真结果表明,在典型通勤场景下,所提方案比同类方案降低了59.35%的计算开销和44.21%的通信开销。

适用于智能家居的格上基于身份多方认证密钥协商协议

随着物联网应用的日益普及,物联网设备终端数量激增、种类多样、层次复杂,常处于不可控的环境之中,因此,确保数据传输过程的安全性和隐私性至关重要。对基于物联网架构的智能家居服务进行探讨得出,启用智能家居应用需涉及多个方面,如用户、云、物联网智能集线器(the IoT smart hub,ISH)和智能设备,它们需要多方验证以进行安全通信。由此提出了一种针对智能家居应用的格上基于身份多方认证密钥协商协议,并证明在eCK模型下是安全的。其安全性可以归约到环上带误差学习(ring learning with errors,RLWE)问题的困难性,能够抗量子计算攻击。所提协议由一个格上基于身份的加密方案转换而成,无须公钥证书,避免了部署一个庞大的公钥基础设施(public key infrastructure,PKI)。通过信息交互实现显式认证,且可具有一定的匿名性质,与其他相关的后量子格上多方认证密钥协商协议方案相比,该协议在安全性和执行效率方面更具优势。

分布式智能车载网联系统的匿名认证与密钥协商协议

智能车载网联系统作为智慧城市建设的重要组成部分,近年来受到学术界与工业界越来越多的关注。智能车载网联系统中提升了智能车辆的行驶安全性与出行效率,但在开放的环境下数据传输容易被截取,造成敏感信息泄漏。因此需要实现匿名认证并且协商正确的会话密钥,来确保智能车载网联系统敏感信息的安全。该文提出面向分布式智能车载网联系统架构的匿名认证与密钥协商协议。该协议基于中国剩余定理秘密分享技术来保护认证标识符,智能车辆能够以线性的计算开销在不同的区域恢复出对应的标识符,该标识符能够长期安全使用且智能车辆能够在不使用防篡改设备的情况下完成安全认证,路侧通信基站能够检测信息的匿名性和完整性,并与智能车辆协商到后续安全通信的会话密钥,同时实现双向认证。此外,协议能够在复杂的分布式智能车载网联系统中拓展批量匿名认证、域密钥更新、车对车的匿名认证、匿名身份可追踪等实用性功能。安全性与性能分析表明该协议能够安全高效地部署在分布式智能车载网联环境。

工业物联网系统基于混沌映射三因素认证与密钥协商协议

工业物联网系统通过各类终端传感器设备,将采集的关键工业数据实时传输到工业物联网平台,提供数据智能分析与决策。然而,对工业数据的非法访问将导致数据或敏感身份标识泄露、数据篡改等信息安全问题,影响工业物联网系统的正常运行。基于此,文章面向工业物联网系统,搭建多用户、多网关、多工业物联网平台下的分布式数据匿名传输架构,提出基于混沌映射的三因素认证与密钥协商协议。协议实现了用户到移动终端设备的智能卡、口令、生物特征信息的三因素登录认证。在网关协助下,用户利用移动终端设备,基于混沌映射技术与关键凭证,实现了用户到工业物联网平台的双向匿名认证,并协商了用于后续保密通信的会话密钥。文章对协议进行了应用拓展,包括用户口令与生物特征信息的更新、智能卡撤销的功能,基于中国剩余定理实现了对多网关的密钥同步更新。安全性分析与性能评估表明,该设计协议能够安全高效地部署在工业物联网系统。

轻量级的两方认证密钥协商协议

轻量级的两方认证密钥协商协议允许通信双方在公开信道上建立一个相同且安全的会话密钥。现有的认证协议难以满足轻量级的需求,同时多数轻量级协议仍存在某些安全问题。基于此,提出了一种基于身份的两方匿名轻量级逆向防火墙认证密钥协商协议。该协议在eCK模型下结合BAN逻辑被证明是安全的。协议提供匿名性、完美前向安全性、抗重放攻击、抗Dos攻击、抗中间人攻击。与其他轻量级认证协议对比发现,该协议具有更高的安全性和较短的运行时间,适用于资源受限设备。

一种车联网中的无证书匿名认证密钥协商协议

在车联网中,各节点在开放的无线信道上通信,因此易受到恶意攻击,保障车辆通信过程中消息的完整性和身份的匿名性变得至关重要。针对现有的WZQ协议无法抵抗临时密钥泄露攻击问题,文章提出一种车联网中的无证书匿名认证密钥协商协议iWZQ。iWZQ采用无证书签名技术,解决了复杂的密钥存储和密钥托管问题,同时将身份认证与交通消息验证分离,避免了频繁检查消息撤销列表的问题。此外,通过可证明的安全理论和Scyther工具证明了文章所提协议的安全性。将文章所提协议与其他协议进行性能比较,结果表明,iWZQ在提高安全性的同时能够有效降低计算开销和通信开销。

移动边缘计算场景下基于身份的安全认证密钥协商协议

移动边缘计算的快速发展推动了对新型安全技术的研究。认证密钥协商协议作为保障安全通信的重要方法之一,得到了广泛的关注,但现有的面向移动边缘计算的认证密钥协商协议并不能很好地同时满足移动边缘计算的安全性和性能需求。针对这一问题,提出了移动边缘计算场景下的认证密钥协商协议。首先,协议方案根据移动用户和边缘计算服务器的身份构建身份认证的凭证,双方通过该凭证完成相互认证并构建会话密钥,保证了通信安全;其次,通过形式化分析和非形式化分析证明了方案具有良好的安全性能;最后,由于所提方案避免使用包括双线性对在内的计算开销较大的密码学运算,在计算和通信开销方面的表现也较优。

车联网环境下的轻量级认证密钥协商协议研究

针对车联网复杂高速变化的网络环境以及开放网络中恶意攻击和隐私泄露的威胁,为保障车联网通信过程中的高安全、低时延与信息的隐私性,文中设计并实现了一种新型的基于国密算法SM9的轻量级认证密钥协商协议,在保证本协议可以抵御车联网中假冒与伪造攻击、重放攻击、中间人攻击等恶意攻击的同时,降低了认证密钥协商过程中的计算开销与通信时延,极大程度提高了认证密钥协商效率。本协议的轻量级特性适用于车联网中车辆高速行驶的复杂环境,满足了车联网环境对于认证密钥协商协议的低时延与高安全要求,具备较高的可行性。

糅合多种因素的双向身份认证密钥协商协议

为了提高身份认证协议的安全性能,提出一种糅合多种安全因素的双向身份认证密钥协商协议,该协议引入高熵随机数,糅合智能卡、生物特征认证和公钥密码体制等多种安全因素。通信双方通过挑战/应答机制的三次握手来实现双向认证,并协商生成后续会话所需密钥。通过BAN逻辑分析和多种已知攻击的非形式化安全分析证明,本协议有较高的安全性能。本协议实现双向认证所需通信带宽为1360 bits,通信总轮数为3次,期间仅需一次非对称加密、一次非对称解密和12次Hash运算。与其它相关协议相比,该协议有效降低了运算复杂度,展现出更高的效率。

基于SM2的车联网身份认证密钥协商协议

车联网作为物联网领域的关键技术节点,它的出现是高通信时代实现万物互联的开端。但由于车联网环境复杂,仍存在一些安全问题,而车联网中的身份认证又是关键一环。本文提出了基于SM2的车联网身份认证密钥协商协议。本方案以椭圆曲线算法SM2为基础,有效提高了认证效率,可以达到低时延;在协议基础上进行改进,使其安全性更高。安全分析结果表明,本方案在可认证性、匿名性、条件追踪、假冒攻击、重放攻击、中间人攻击方面都有一定效果。性能分析结果表明,本方案下的计算开销和通信开销都有所降低。因此,该方案在资源受限的物联网或嵌入式环境中,有着重要的理论意义与应用价值。

智能家居网络下基于多因子的认证密钥协商方案

智能家居网络通过物联网技术将智能设备相连,用户可以远程查看和控制家居设备,但信息在不安全的公共网络上传输将面临各种网络威胁,因此研究和设计安全高效且符合智能家居网络的认证密钥协商协议非常必要。2020年,WAZID等人针对智能家居网络提出轻量级认证密钥协商方案(Wazid-Das方案),经过安全性分析和证明后发现,该方案过于依赖智能家居网关节点(Gateway Node,GWN),系统健壮性不高;该方案将用户和设备密钥存储在GWN中,但GWN面临特权攻击和各种外部网络攻击,并不绝对安全,且没有考虑用户的访问控制。文章在Wazid-Das方案的基础上针对智能家居网络提出一种基于切比雪夫映射(Chebyshev Chaotic Map)和安全略图(Secure Sketch)的多因子认证密钥协商方案。安全性证明和仿真实验结果表明,该方案虽然计算开销有所增加,但安全性显著提高,且通信开销大幅降低。

5G车联网中安全高效的组播服务认证与密钥协商方案

5G车联网(5G-V2X)中,内容提供者通过以点对多的传输方式向属于特定区域的一组车辆提供服务消息。针对于车辆获取组播服务遭受的安全威胁与隐私泄露问题,该文提出一种认证和密钥协商方案用于内容提供者与车辆之间的组播服务消息传输。首先,采用无证书聚合签名技术批量验证群组内所有车辆,提高了认证请求的效率。其次,基于多项式密钥管理技术实现安全的密钥协商,使得非法用户或核心网络无法获取共享会话密钥。最后,实现了群组内车辆的动态密钥更新机制,当车辆加入或离开群组时,内容提供者只需要发送1条密钥更新消息即可更新会话密钥。基于形式化验证工具和进一步安全性分析表明,所提方案可以保证匿名性、不可链接性、前向和后向安全性以及抗共谋攻击等安全需求。与现有方案相比,计算效率提高了约34.2%。

基于格密码的5G-R车地认证密钥协商方案

5G-R作为我国下一代高速铁路无线通信系统,其安全性对于保障行车安全至关重要。针对5G-AKA协议存在隐私泄露、根密钥不变和效率低等问题,基于格密码理论提出一种新型5G-R车地认证方案。首先,使用临时身份信息GUTI代替SUCI,克服了SUCI明文传输的缺点。其次,设计基于格密码的根密钥更新策略,采用格上公钥密码体制、近似平滑投射散列函数和密钥共识算法,实现了根密钥的动态更新和前后向安全性。再次,加入随机质询和消息认证码,实现了通信三方的相互认证,可有效防范重放、DoS等多种恶意攻击。最后,采用串空间形式化方法进行安全验证,结果表明:本文方法较其他方法有更高的安全性,被攻击成功的概率最低,仅为O(n^(2))×2^(-128),且有较低的计算开销和通信开销,能够满足5G-R高安全性的需求。

面向无线传感器网络的认证密钥协商机制

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是物联网的重要组成部分,因为WSN能通过因特网将采集到的数据发送到云服务器.认证和密钥协商机制是一个重要的密码学概念,可以确保数据传输的安全和完整性.传感器节点是资源受限的设备,因此目前多数认证和密钥协商机制在计算效率上并不适用于WSN.针对该问题,本文提出了一种新的认证和密钥协商机制,该方案是一种基于椭圆曲线的轻量级认证和密钥协商方案.在eCK安全模型下,将方案的安全性规约到CDH数学困难假设之上,形式化的证明了方案的安全性.最后通过方案对比,表明文章所提出的方案实现了计算效率和安全属性之间的平衡.

基于多因素认证的安全密钥协商方案优化分析

阐述现有的基于多因素认证的安全密钥协商方案,分析存在的问题和挑战,提出一种优化的安全密钥协商方案,该方案结合多因素认证技术和密码学算法,能够提高安全性、减少计算量和通信开销。

车联网中基于环的匿名高效批量认证与组密钥协商协议

针对当前批量认证与密钥协商协议依赖于半可信路边单元(RSU)且不适用于大规模车联网(IoV)场景下密钥更新的问题,提出了IoV中基于环的匿名高效批量认证与组密钥协商协议。通过假名机制确保匿名性,利用混沌映射安全构建认证密钥对,并通过少量双线性映射快速完成对大批车辆的批量认证。充分考虑大规模IoV场景下车辆加入与离开情况,利用混沌映射半群性高效构建环状会话组,设计了适用于大规模车辆的组密钥建立与更新机制。此外,该协议设定了假名更新与匿名追溯机制确保更安全的会话过程,同时利用BAN逻辑模型证明了协议语义安全性。安全性分析与仿真结果表明,所提协议具备多重安全属性且拥有一定的效率优势。

边云协同场景中基于动态属性权限的群组密钥协商协议

针对边云协同应用场景中多域间终端的安全通信、信息安全交换及安全资源共享等问题,提出一种基于动态属性权限的群组密钥协商(Group Key Agreement,GKA)协议,为应用场景中的群组终端之间建立了一条安全的通信信道.协议提出了一种密钥证实算法,解决了传统方案中密钥生成和密钥分发造成的安全隐患;采用隐藏属性认证技术实现对终端身份认证,同时,保障了终端的身份和属性信息不被泄露;采用属性基加密(Attribute-Based Encryption,ABE)与牛顿插值多项式相结合的方式,能够支持安全细粒度的GKA;采用非对称计算,将计算任务转移到边缘服务器上执行,减轻终端的计算量;利用区块链技术不可篡改的特性,实现终端身份和通信信息的完整性验证和数据的可追溯性.此外,该协议支持属性权限动态更新,保障群组密钥的新鲜性.通过与应用的文献进行对比分析,本协议在计算时间、计算能耗和通信能耗方面具有较好的性能.

横向联邦学习环境基于身份认证及密钥协商协议

近年来,联邦学习受到多个领域的广泛关注,而认证及会话密钥协商是保证通信实体之间安全传输、可靠通信的关键技术和基本的安全保障。根据横向联邦学习参与方数据特征,提出一种基于身份的无证书轻量级认证及密钥协商协议;参与方在密钥生成中心(KGC)完成注册后,利用公共参数计算各自的临时密钥和长期密钥完成认证、计算会话密钥;最后,采用扩展的CK(eCK)模型对所提协议进行安全性证明。性能分析表明:所提协议在计算性能和通信开销方面可以有效地控制成本,适用于单服务器下横向联邦学习的训练环境。

基于CPN的车载网络无证书匿名认证和密钥协商方案研究

为了解决现有车载网络的认证方案中普遍存在密钥托管带来的缺陷,以及没有考虑计算受限电子控制单元(ECU)轻量级部署和安全快速认证的问题,首先,针对计算不受限的ECU网络,提出了一种无双线性配对的轻量级无证书匿名认证和密钥协商方案,该方案通过椭圆曲线密码体制安全构建认证密钥对,通过哈希函数和异或等轻量级方法实现匿名认证和密钥协商。然后,针对计算受限的ECU网络,提出了一种无证书批量验证方案来降低认证成本。最后,提出了一种基于有色Petri网(CPN)和Dolev-Yao攻击者模型的安全验证方法,对整体方案进行形式化安全性评估。安全评估和性能分析表明,所提方案能有效抵抗重放、伪装、篡改、已知密钥、已知特定会话临时信息攻击等多种不同类型的攻击,在保证多重安全属性的同时有较小的计算与通信成本。