專利名稱：一種使用對(duì)稱密碼算法實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)認(rèn)證加密的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及密碼算法的使用和輕量級(jí)認(rèn)證加密功能的實(shí)現(xiàn)，適用于為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能量受限的器件提供低能耗認(rèn)證與加密功能。
背景技術(shù)：
隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和通信設(shè)備成本的降低，通信已經(jīng)成為人們生活中必須的元素。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使得無(wú)線通信和輕量級(jí)密碼技術(shù)得以更廣泛的使用。在傳統(tǒng)的保密通信中，密碼模塊的基本功能是實(shí)現(xiàn)密碼算法，包括加密和解密算法、消息完整性算法、數(shù)字簽名算法等。作為保密通信系統(tǒng)中至關(guān)重要的認(rèn)證問(wèn)題，傳統(tǒng)上常使用數(shù)字簽名方法。當(dāng)通信雙方共享ー個(gè)密鑰時(shí)，使用對(duì)稱密鑰密碼算法也可以實(shí)現(xiàn)一些認(rèn)證功能，如GSM移動(dòng)通信中網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶頂SI卡認(rèn)證就是通過(guò)一種專門(mén)設(shè)計(jì)的算法實(shí)現(xiàn)的。SM卡的認(rèn)證是使用對(duì)稱密碼實(shí)現(xiàn)認(rèn)證的典型應(yīng)用之一，但在許多傳感器網(wǎng)絡(luò)和RFID節(jié)點(diǎn)應(yīng)用中，使用專門(mén)設(shè)計(jì)的獨(dú)立于加密算法的密碼算法實(shí)現(xiàn)認(rèn)證將增加許多成本，甚至不能忍受。而且，GSM系統(tǒng)中的SM卡也只能完成單向認(rèn)證，而許多傳感網(wǎng)和RFID應(yīng)用系統(tǒng)需要雙向認(rèn)證。而且，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展急需輕量級(jí)密碼算法，包括加密算法和認(rèn)證算法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出ー種使用加密和解密算法，該方法在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)密性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)證功能，同時(shí)具有抗重放攻擊的能力。本發(fā)明的特點(diǎn)是針對(duì)能量受限環(huán)境，提供ー種輕量級(jí)密碼模塊使用方法，使單次加密過(guò)程可以提供上述的所有功能。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出ー種使用對(duì)稱密碼算法實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)認(rèn)證加密的方法，該方法使用的加密模塊包括加密算法E、存放密鑰k的秘密存儲(chǔ)單元和計(jì)數(shù)器CtrA，其加密過(guò)程包括如下步驟I)將計(jì)數(shù)器CtrA的值增加非零增幅δ，即令CtrA = CtrA+ δ ；2)所述加密模塊將要加密的數(shù)據(jù)data和計(jì)數(shù)器的值CtrA混合，然后連同存儲(chǔ)在秘密存儲(chǔ)單元的密鑰值k 一同送入加密算法E,得到密文c = Ek(CtrA, data)；3)加密模塊輸出數(shù)組(CtrA，c)。在所述步驟2)中，所述加密模塊將一個(gè)初始向量值IV送入加密算法，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行加密得到密文c = Ekjiv (CtrA, data)。在所述步驟2)中，所述加密模塊先將計(jì)數(shù)器的值通過(guò)函數(shù)f O映射為初始向量并送入加密算法，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行加密得到密文c = EkJ.{Clrt){CtrA, data) ο在所述步驟I中，所述計(jì)數(shù)器的值CtrA來(lái)自于系統(tǒng)時(shí)鐘，所述增幅δ是兩次使用計(jì)數(shù)器的值所產(chǎn)生的時(shí)差。本發(fā)明還提出ー種使用對(duì)稱密碼算法實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)認(rèn)證解密的方法，該方法使用的解密模塊包括解密算法D、存放密鑰k的秘密存儲(chǔ)單元和計(jì)數(shù)器CtrB，其解密過(guò)程包括如下步驟4)所述解密模塊將所述的加密模塊的輸出數(shù)據(jù)(CtrA，c)中計(jì)數(shù)器部分CtrA的值與所述解密模塊計(jì)數(shù)器的值CtrB進(jìn)行比較如果輸出數(shù)據(jù)(CtrA，c)的加密模塊使用過(guò)程中所述δ > O,則判斷是否滿足CtrA> CtrB ；如果輸出數(shù)據(jù)(CtrA，c)的加密模塊使用過(guò)程中所述δ <0，則判斷是否滿足CtrA< CtrB ；若條件不滿足，則輸出錯(cuò)誤信息I并停止；否則執(zhí)行如下步驟；5)使用所述秘密存儲(chǔ)單元中的密鑰k對(duì)所述數(shù)據(jù)(CtrA，c)進(jìn)行解密，得到d = Dk(c) = (Ctr/,data’)，判斷等式Ctr/ = CtrA是否成立,若不成立,則輸出錯(cuò)誤信息2并停止，否則執(zhí)行如下步驟；6)更新所述計(jì)數(shù)器的值CtrB := CtrA ;輸出所述解密算法得到的部分計(jì)算結(jié)果data’。在步驟5)，所述解密模塊將一個(gè)初始向量IV送入解密算法，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行解密過(guò)程為 d = Dkj IV (c) = (CtrA，, data，)。在步驟5)，所述解密模塊先將計(jì)數(shù)器所述接收收據(jù)部分的計(jì)數(shù)器的值CtrA通過(guò)函數(shù)f()映射為初始向量IV = f(CtrA)并送入解密算法，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行解密的過(guò)程為d = Dk f(CtrA)(c) = {CtrA , data ) ο本發(fā)明進(jìn)一歩提出ー種使用對(duì)稱密碼算法實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)認(rèn)證加密和解密的方法，所述方法使用的密碼模塊包括加密算法Ε、解密算法D、存儲(chǔ)密鑰k的秘密存儲(chǔ)單元和計(jì)數(shù)器Ctr,所述方法包括如下步驟a)所述密碼模塊從輸入ロ讀取ー個(gè)算法選擇指令，根據(jù)所述指令判斷是加密請(qǐng)求還是解密請(qǐng)求；b)如果所述算法選擇指令為加密請(qǐng)求，則執(zhí)行如下步驟所述密碼模塊將所述計(jì)數(shù)器的值更新為Ctr = Ctr+ δ，所述δ為非零數(shù)；所述密碼模塊將計(jì)數(shù)器的值Ctr與被加密的數(shù)據(jù)data混合，然后連同秘密存儲(chǔ)單元中的密鑰值k 一同送入加密算法,得到密文c = Ek (Ctr, data),輸出數(shù)組(Ctr, c)作為對(duì)所述數(shù)據(jù)data的加密結(jié)果；c)如果所述算法選擇指令為解密請(qǐng)求，則執(zhí)行如下步驟所述解密模塊從被解密的輸入數(shù)據(jù)(Ctrl，Cl)分離出輸入計(jì)數(shù)器Ctrl和密文cl ；將Ctrl與所述密碼模塊內(nèi)存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)器的值Ctr進(jìn)行比較如果步驟b)中的所述δ >0，則判斷是否滿足Ctrl > Ctr;如果步驟b)中的所述δ <0，則判斷是否滿足Ctrl < Ctr ;若條件不滿足，則輸出錯(cuò)誤信息I并停止；否則執(zhí)行如下步驟；d)使用秘密存儲(chǔ)單元中的密鑰k對(duì)所述解密數(shù)據(jù)中的Cl進(jìn)行解密，得到d =Dk(cl) = (Ctrl’，data’)，判斷等式Ctrl’ = Ctrl是否成立,若不成立,報(bào)輸出錯(cuò)誤信息2并停止；否則執(zhí)行如下步驟；e)更新所述密碼模塊內(nèi)部計(jì)數(shù)器的值Ctr =Ctrl ;輸出所述解密的部分計(jì)算結(jié)果 data’ ο在步驟b)和步驟c)，向所述加密算法和解密算法輸入初始向量IV，所述數(shù)據(jù)的加密過(guò)程為 c = Ekjiv(Ctr, data);所述數(shù)據(jù)的解密過(guò)程為 d = Dk,IV(c) = (Ctrl’，data，)。在步驟b)，所述加密模塊先將所述密碼模塊內(nèi)部計(jì)數(shù)器的值Ctr通過(guò)函數(shù)f ()映射為初始向量IV = f (Ctr),對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行的加密過(guò)程為C = Ekj f(ctr) (Ctr, data);在步驟c)所述解密模塊先將所從所述被解密數(shù)據(jù)中分離出的計(jì)數(shù)器的值Ctrl通過(guò)函數(shù)f O映射為初始向量IV = f (Ctrl),對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行解密的過(guò)程為d = Dkjffctrl) (C) = (Ctrl’，data’ )。在步驟b)，所述計(jì)數(shù)器Ctr的值更新為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)鐘。


圖I為認(rèn)證加密協(xié)議中加密模塊結(jié)構(gòu)； 圖2為認(rèn)證加密協(xié)議中解密模塊結(jié)構(gòu)；圖3為融加密模塊與解密模塊于一體的認(rèn)證密碼模塊結(jié)構(gòu)；圖4為使用對(duì)稱密碼模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)密性與認(rèn)證性的加解密過(guò)程實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明有ー個(gè)加密模塊，包括一個(gè)加密算法E和一個(gè)密鑰k，ー個(gè)解密模塊，包括與加密算法E對(duì)應(yīng)的解密算法D和一個(gè)與加密模塊中相同的密鑰k，密鑰一般保存在秘密存儲(chǔ)單元。除配對(duì)的加密解密模塊(即有相同的共享密鑰)タト，我們還假定加密模塊和解密模塊共享ー個(gè)計(jì)數(shù)器Ctr，計(jì)數(shù)器有ー個(gè)共同的初始值。下面我們分別針對(duì)加密模塊和解密模塊的工作過(guò)程進(jìn)行描述。加密模塊假設(shè)加密模塊的計(jì)數(shù)器為CtrA，被加密的明文數(shù)據(jù)為data。當(dāng)明文數(shù)據(jù)data輸入加密模塊吋，該加密模塊首先將計(jì)數(shù)器的值增加，如CtrA = CtrA+ δ，其中δ為非零整數(shù)，通常情況下為正整數(shù)。然后讀取秘密存儲(chǔ)單元中的密鑰k并對(duì)計(jì)數(shù)器連同輸入數(shù)據(jù)混合后進(jìn)行加密，得到密文c = Ek (CtrA，data)，然后輸出計(jì)數(shù)器CtrA和密文C。如果加密算法需要初始向量(如序列密碼算法)，則首先檢查是否有初始向量輸入，如果沒(méi)有，則通過(guò)ー個(gè)函數(shù)f的變換，將計(jì)數(shù)器的值映射為初始向量，即IV = f(CtrA)。見(jiàn)圖I。需要說(shuō)明的是，為使用方便，可將計(jì)數(shù)器與數(shù)據(jù)的混合器簡(jiǎn)化為兩個(gè)數(shù)的連接，SP將CtrA與data混合則得到(CtrA| | data)。但本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解,其它變形的數(shù)據(jù)混合不影響本發(fā)明的本質(zhì)，目的是容易將混合后的數(shù)據(jù)分離開(kāi)來(lái)。為敘述方便，我們將僅考慮使用簡(jiǎn)單連接的數(shù)據(jù)混合方式。將計(jì)數(shù)器的值映射為初始向量的方法有很多，而且與計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)格式以及初始向量的數(shù)據(jù)格式都有關(guān)系。我們將在實(shí)施例中給出ー個(gè)具體例子說(shuō)明如何將計(jì)數(shù)器映射為加密和解密算法所需要的初始向量。解密模塊假設(shè)解密模塊的計(jì)數(shù)器為CtrB。本發(fā)明的解密模塊將負(fù)責(zé)對(duì)來(lái)自于加密模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，同時(shí)實(shí)現(xiàn)認(rèn)證功能。當(dāng)解密模塊收到來(lái)自于加密模塊的輸出數(shù)據(jù)(CtrA, c)時(shí)，其中CtrA*加密模塊A的輸出計(jì)數(shù)器值，如果δ > O，則首先判斷是否滿足CtrA > CtrB 否則判斷是否滿足CtrA < CtrB 如果條件不滿足，則輸出錯(cuò)誤信息I ;否則將c送入解密算法D進(jìn)行解密，同時(shí)解密算法D從秘密存儲(chǔ)單元讀取密鑰。如果解密算法需要初始向量(如序列密碼算法)，則首先檢查是否有初始向量輸入，如果沒(méi)有，則通過(guò)一個(gè)函數(shù)f將以1^值映射為D所需要的初始向量。解密算法對(duì)c進(jìn)行解密后得到(Ctr/，data’)，然后判斷是否滿足等式Ctr/ = CtrA，如果等式不成立，則輸出錯(cuò)誤信息2 ;否則輸出data’,同時(shí)將計(jì)數(shù)器CtrB的值更新為CtrA,即CtrB = CtrA。見(jiàn)圖2。當(dāng)ー個(gè)設(shè)備既需要加密又需要解密時(shí)，在使用對(duì)稱密鑰密碼 算法的情況下，將加密模塊與解密模塊融合在一起將會(huì)節(jié)約大量資源，見(jiàn)圖3。首先密鑰和計(jì)數(shù)器是ー樣的，因此可以共享；其次加密算法與解密算法通常有許多共同部件，有時(shí)甚至完全相同，因此這些共性的東西可以在加密和解密算法中共用。對(duì)于輕量級(jí)密碼模塊，特別是ー些用于無(wú)線通信的密碼模塊，加密算法與解密算法的共同資源通常占絕大比例，而不同之處則很小。鑒于此，實(shí)用中的密碼模塊通常融加密模塊與解密模塊于一體，因此我們也以這種密碼模塊為基礎(chǔ)的對(duì)稱密碼使用方法進(jìn)行討論。對(duì)于只包括單個(gè)模塊的情況，可以看作是這個(gè)方法的退化版本。假設(shè)通信雙方分別為用戶A與用戶B，他們分別有一個(gè)預(yù)置共享密鑰k和計(jì)數(shù)器初值CtrA = CtrB = CtrO的密碼模塊Xa和Xb。則用戶A使用密碼模塊Xa對(duì)數(shù)據(jù)data進(jìn)行加密的過(guò)程如下(I)用戶A將加密選擇指令發(fā)送給Xa，可以選擇將初始向量IV發(fā)送給Xa，將數(shù)據(jù)data發(fā)送給Xa ； (2) Xa根據(jù)加密選擇指令執(zhí)行加密算法E ； (3)增加計(jì)數(shù)器CtrA的值，即令
CtrA^= CtrA+6,其中δ是ー個(gè)非零常數(shù)，通常情況下取δ = I ； (4)如果加密算法需要
初始向量，又沒(méi)有初始向量輸入，則使用ー個(gè)映射函數(shù)f O將內(nèi)部的計(jì)數(shù)器CtrA映射為初始向量，即另IV = f(CtrA) ；(5)加密算法E從秘密存儲(chǔ)單元讀取種子密鑰k，讀取計(jì)數(shù)器的值CtrA,將CtrA與data進(jìn)行混合得到data2,通常這種混合是簡(jiǎn)單的連接，即data2 =(CtrA I data) ； (6)將data2送入加密算法E進(jìn)行加密得到密文數(shù)據(jù)c = Ek,IV(data2) = Ek,IV (CtrA data) ； (7)輸出數(shù)組(CtrA, c),該輸出就是用戶A使用加密模塊對(duì)數(shù)據(jù)data進(jìn)行加密的結(jié)果。當(dāng)用戶B需要使用密碼模塊Xb對(duì)上述密文數(shù)組(CtrA，c)進(jìn)行解密時(shí)，其過(guò)程如下(I)用戶B將解密選擇指令連同收到的密文數(shù)組發(fā)送給Xb ； (2)Xb從密文數(shù)組中截取CtrA,并與自己的計(jì)數(shù)器CtrB進(jìn)行比較，當(dāng)δ > O時(shí),檢查是否滿足條件CtrA > CtrB 否則檢查是否滿足條件CtrA<CtrB 當(dāng)δ = I時(shí)，根據(jù)加密過(guò)程可知，正常情況下顯然滿足CtrA > CtrB。如果條件不滿足，則Xb輸出錯(cuò)誤信息I并停止，否則繼續(xù)如下步驟；(3)如果解密算法D需要初始向量，則檢查是否有初始向量輸入，如果沒(méi)有，則使用函數(shù)f ()將接收到的CtrA映射為初始向量，即另IV = f(CtrA)。如果解密算法D不需要初始向量，則略去此步驟；(4) Xb從密文數(shù)組中截取c = Ekjiv (CtrA | data)并發(fā)送給解密算法D。解密算法D從密碼存儲(chǔ)單元讀取種子密鑰k，然后得到解密后的數(shù)據(jù)Dk, IV(c) = (Ctr/ I data，) ； (5)Xb判斷等式Ctra’ = Ctra是否成立。若不成立，則輸出錯(cuò)誤信息2并停止；(6) Xb的計(jì)數(shù)器更新為CtrB = CtrA,并輸出data’。見(jiàn)圖4.注意上述描述的密碼模塊需要對(duì)輸入進(jìn)行判斷，首先判斷是加密請(qǐng)求還是解密請(qǐng)求，然后對(duì)需要使用初始向量的加密模塊需要判斷是否有外部輸入的初始向量。在實(shí)現(xiàn)中可以通過(guò)使用不同的數(shù)據(jù)輸入口來(lái)簡(jiǎn)化這種判斷，例如使用三個(gè)數(shù)據(jù)輸入接ロ，分別用于請(qǐng)求類型判斷、初始向量和被加密的數(shù)據(jù)。這種變化的目的是一致的，該領(lǐng)域的專家應(yīng)該熟悉這種技木，這種對(duì)輸入接ロ的合并和拆分不影響本發(fā)明的本質(zhì)。說(shuō)明I :為什么驗(yàn)證CtrA > CtrB而不是CtrA = CtrB+l 因?yàn)榧用軘?shù)據(jù)可能會(huì)丟失或傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而導(dǎo)致重新傳輸，而重新傳輸可能需要重新進(jìn)行加密過(guò)程，從而可導(dǎo)致 CtrA > CtrB+l。實(shí)施例1(密碼模塊的設(shè)計(jì))假設(shè)加密算法是祖沖之密碼算法ZUC，此時(shí)加密算法和解密算法是完全相同的，因此我們用ZUC代表加密算法E和解密算法D。計(jì)數(shù)器Ctr為64比特(即8字節(jié))數(shù)組。我們假設(shè)輸入數(shù)據(jù)符格式和意義如下第一個(gè)比特1表示加密，O表示解密；第二個(gè)比特1表示首次請(qǐng)求,O表示請(qǐng)求繼續(xù)；第三個(gè)比特1表示有初始向量,O表示無(wú)初始向量；具體地我們有111 :加密請(qǐng)求,首次請(qǐng)求,有初始向量；110 :加密請(qǐng)求，首次請(qǐng)求，無(wú)初始向量100 :加密請(qǐng)求，再次請(qǐng)求；011 :解密請(qǐng)求,首次請(qǐng)求,有初始向量；010 :解密請(qǐng)求,首次請(qǐng)求,無(wú)初始向量000 :解密請(qǐng)求，再次請(qǐng)求；001 :系統(tǒng)初始化。101 :預(yù)留第一個(gè)字節(jié)的其余5個(gè)比特留作擴(kuò)展用。對(duì)上述每種情況的數(shù)據(jù)格式定義如下(其中X表示O或1，缺省可取O)
權(quán)利要求
1.ー種使用對(duì)稱密碼算法實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)認(rèn)證加密的方法，其特征在于，該方法使用的加密模塊包括加密算法E、存放密鑰k的秘密存儲(chǔ)單元和計(jì)數(shù)器CtrA，其加密過(guò)程包括如下步驟 .1)將計(jì)數(shù)器CtrA的值增加非零增幅δ，即令CtrA= CtrA+ δ ； .2)所述加密模塊將要加密的數(shù)據(jù)data和計(jì)數(shù)器的值CtrA混合，然后連同存儲(chǔ)在秘密存儲(chǔ)單元的密鑰值k 一同送入加密算法E,得到密文c = Ek(CtrA, data)； .3)加密模塊輸出數(shù)組(CtrA，c)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟2中，所述加密模塊將一個(gè)初始向量值IV送入加密算法,對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行加密得到密文c = Ek,IV(CtrA, data)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在所述步驟2中，所述加密模塊先將計(jì)數(shù)器的值通過(guò)函數(shù)f O映射為初始向量并送入加密算法，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行加密得到密文C = Ek,f (Ctri)^ctrΛ ^ data、。
4.ー種使用對(duì)稱密碼算法實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)認(rèn)證解密的方法，其特征在于，該方法使用的解密模塊包括解密算法D、存放密鑰k的秘密存儲(chǔ)單元和計(jì)數(shù)器CtrB，其解密過(guò)程包括如下步驟 .4)所述解密模塊將所述的加密模塊的輸出數(shù)據(jù)(CtrA，c)中計(jì)數(shù)器部分CtrA的值與所述解密模塊計(jì)數(shù)器的值CtrB進(jìn)行比較 如果輸出數(shù)據(jù)(CtrA，c)的加密模塊使用過(guò)程中所述δ >0，則判斷是否滿足CtrA>CtrB ； 如果輸出數(shù)據(jù)(CtrA，c)的加密模塊使用過(guò)程中所述δ <0，則判斷是否滿足CtrA<CtrB ； 若條件不滿足，則輸出錯(cuò)誤信息I并停止；否則執(zhí)行如下步驟； .5)使用所述秘密存儲(chǔ)單元中的密鑰k對(duì)所述數(shù)據(jù)(CtrA，c)進(jìn)行解密，得到d= Dk(C)=(Ctr/ , data’ ),判斷等式Ctr/ = CtrA是否成立,若不成立，則輸出錯(cuò)誤信息2并停止，否則執(zhí)行如下步驟； .6)更新所述計(jì)數(shù)器的值CtrB:=以1^;輸出所述解密算法得到的部分計(jì)算結(jié)果data’。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟5)，所述解密模塊將一個(gè)初始向量IV送入解密算法，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行解密過(guò)程為d = Dk,IV(c) = (Ctr/，data’ )。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟5)，所述解密模塊先將計(jì)數(shù)器所述接收收據(jù)部分的計(jì)數(shù)器的值CtrA通過(guò)函數(shù)f ()映射為初始向量IV = f(CtrA)并送入解密算法，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行解密的過(guò)程為ゴ=DkJUtr^c) =、CtrA’，data’)。
7.ー種使用對(duì)稱密碼算法實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)認(rèn)證加密的方法，其特征在干，所述方法使用的密碼模塊包括加密算法E、解密算法D、存儲(chǔ)密鑰k的秘密存儲(chǔ)單元和計(jì)數(shù)器Ctr，所述方法包括如下步驟 a)所述密碼模塊從輸入口讀取ー個(gè)算法選擇指令，根據(jù)所述指令判斷是加密請(qǐng)求還是解密請(qǐng)求； b)如果所述算法選擇指令為加密請(qǐng)求，則執(zhí)行如下步驟所述密碼模塊將所述計(jì)數(shù)器的值更新為Ctr = Ctr+ δ，所述δ為非零數(shù)； 所述密碼模塊將計(jì)數(shù)器的值Ctr與被加密的數(shù)據(jù)data混合，然后連同秘密存儲(chǔ)單元中的密鑰值k 一同送入加密算法,得到密文c = Ek (Ctr, data),輸出數(shù)組(Ctr, c)作為對(duì)所述數(shù)據(jù)data的加密結(jié)果； c)如果所述算法選擇指令為解密請(qǐng)求，則執(zhí)行如下步驟 所述解密模塊從被解密的輸入數(shù)據(jù)(Ctrl，Cl)分離出輸入計(jì)數(shù)器Ctrl和密文Cl ； 將Ctrl與所述密碼模塊內(nèi)存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)器的值Ctr進(jìn)行比較如果步驟b)中的所述δ > O，則判斷是否滿足Ctrl > Ctr ;如果步驟b)中的所述δ < O，則判斷是否滿足Ctrl<Ctr ;若條件不滿足，則輸出錯(cuò)誤信息I并停止；否則執(zhí)行如下步驟； d)使用秘密存儲(chǔ)單元中的密鑰k對(duì)所述解密數(shù)據(jù)中的Cl進(jìn)行解密，得到d= Dk(Cl)=(Ctrl’，data’)，判斷等式Ctrl’ = Ctrl是否成立,若不成立,報(bào)輸出錯(cuò)誤信息2并停止；否則執(zhí)行如下步驟； e)更新所述密碼模塊內(nèi)部計(jì)數(shù)器的值Ctr:= Ctrl ;輸出所述解密的部分計(jì)算結(jié)果data’。
8.如權(quán)利要求7所述的認(rèn)證加密的方法，其特征在于，在步驟b)和步驟d)，向所述加密算法和解密算法輸入初始向量IV，所述數(shù)據(jù)的加密過(guò)程為c = Ek, IV(Ctr, data);所述數(shù)據(jù)的解密過(guò)程為 d = Dkjiv(cl) = (Ctrl’，data，)。
9.如權(quán)利要求7所述的認(rèn)證加密的方法，其特征在于，在步驟b)，所述加密模塊先將所述密碼模塊內(nèi)部計(jì)數(shù)器的值Ctr通過(guò)函數(shù)f ()映射為初始向量IV = f (Ctr)，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行的加密過(guò)程為c = Ek,f(ctr) (Ctr, data);在步驟c)所述解密模塊先將所從所述被解密數(shù)據(jù)中分離出的計(jì)數(shù)器的值Ctrl通過(guò)函數(shù)f ()映射為初始向量IV = f (Ctrl)，對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行解密的過(guò)程為 d = Dkjf(ctrl) (c) = (Ctrl’，data，)。
10.如權(quán)利要求7所述的認(rèn)證加密的方法，其特征在于，在步驟b)，所述計(jì)數(shù)器Ctr的值更新為系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用對(duì)稱密鑰密碼算法實(shí)現(xiàn)機(jī)密性與認(rèn)證性的方法，包括加密模塊的構(gòu)成和使用方法、解密模塊的構(gòu)成和使用方法、以及融加密模塊和解密模塊于一體的密碼模塊在實(shí)現(xiàn)機(jī)密性與認(rèn)證性時(shí)的使用方法。本發(fā)明通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)器的巧妙使用，無(wú)需信息交互，就可以在完成數(shù)據(jù)加密的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)認(rèn)證功能，而且可以有效抵抗重放攻擊。結(jié)合輕量級(jí)加密算法，適合能量受限環(huán)境如無(wú)線傳感器和RFID元器件的使用。
文檔編號(hào)H04L9/32GK102694652SQ201210009399
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者武傳坤 申請(qǐng)人:武傳坤