本發(fā)明涉及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)密鑰管理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種能夠減少密鑰更新延時(shí)的自主群組密鑰更新方法。

背景技術(shù)：

群組密鑰管理是無線網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)技術(shù)之一，隨著分布式無線網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，分布式群組密鑰管理(distributedgroupkeymanagement,dgkm)成為安全研究熱點(diǎn)。dgkm具有無需密鑰管理中心kmc支持、公開信道協(xié)商和容忍失敗節(jié)點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，但是由于所有節(jié)點(diǎn)共享密鑰協(xié)商任務(wù)，具有延時(shí)長、計(jì)算開銷大和全體成員參與更新的缺陷。

隨著高性能處理器和能量水平的不斷提高，深空網(wǎng)絡(luò)、dtn網(wǎng)絡(luò)、機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)等對密鑰管理延時(shí)提出了更為苛刻的要求，基于密鑰交互協(xié)議的群組密鑰管理方案在密鑰更新中需要全部成員重新計(jì)算和發(fā)布公開密鑰資料，需要為成員交互支付延時(shí)，不適合非可靠端到端服務(wù)、延時(shí)有限和非同步機(jī)制支持的無線網(wǎng)絡(luò)。

單加密密鑰多解密密鑰加密解密方法(one-encryption-keymulti-decryption-keyencryptionmethod,omem)，既存在一個(gè)加密密鑰和解密密鑰集合，使用相同加密密鑰加密的信息能夠被多個(gè)不同的解密密鑰解密。omem更新過程中必須依賴一個(gè)強(qiáng)有力的實(shí)體密鑰管理中心作為密鑰更新的發(fā)起者和承擔(dān)者，即使合法成員也不能利用自己的私有秘密密鑰材料成功執(zhí)行密鑰更新過程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種自主群組密鑰更新方法，該更新方法，可以避免omem的缺陷，減少密鑰更新延時(shí)和計(jì)算總量，無需密鑰管理中心、可靠端到端鏈接與同步機(jī)制的支持，適用延時(shí)受限的無線網(wǎng)絡(luò)場景。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種自主群組密鑰更新方法，包括以下步驟：

s1、消息發(fā)送者發(fā)送明文m；

s2、密鑰源分發(fā)初始密鑰kl′和更新密鑰kj′，加入成員注冊私有秘密密鑰，退出成員注銷私有秘密密鑰；

s3、更新密鑰kl′和加密算法對明文m加密得到密文c＝ekl′(m)；

s4、將密文c發(fā)送給下一節(jié)點(diǎn)；

s5、更新密鑰kj′和解密算法對密文c解密得到明文m；

s6、執(zhí)行密鑰交互協(xié)議；

s7、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；

所述步驟s6的密鑰交互協(xié)議為基于diffie-hellman協(xié)議構(gòu)造的自主密鑰管理方案，有合法實(shí)體uii∈{1,2,...,n}、公告板b與離線管理服務(wù)器c三類參與實(shí)體，ui和c已經(jīng)選擇素?cái)?shù)階有限域fp和乘法循環(huán)群fp^*的任一生成元g作為密鑰資料，包含以下步驟：

s61、密鑰協(xié)商階段；

s62、加密階段；

s63、解密階段；

s64、密鑰更新階段；

所述步驟s61具體包括以下步驟：

s611、節(jié)點(diǎn)ui從[1,p]域內(nèi)隨機(jī)選擇秘密值xi，作為解密密鑰skey＝xi，將xi通過保密安全信道發(fā)送到c，c秘密保存；

s612、c從[1,p]域內(nèi)隨機(jī)選擇秘密值t，計(jì)算p0＝g^tmodp，計(jì)算{pi}，i∈{1,2,...,n}；

s613、c將公開加密密鑰ekey＝{pi}，i∈{0,1,2,...,n}發(fā)布到b；

所述步驟s62具體包括以下步驟：

s621、ukk∈{1,2,...,n}從b獲取{pi}i∈{0,1,2,...,n}，在[1,p]內(nèi)選擇隨機(jī)數(shù)s和r作為秘密值，計(jì)算替換參數(shù)

s622、對{pi|i∈{0,1,2,...,n}}計(jì)算得到對信息m加密得到mg^rsmodp；

s623、加密者使用公開信道將加密信息mg^rsmodp、發(fā)布給ujj∈{1,2,...,k-1,k+1,...,n}；

所述步驟s63具體包括以下步驟：

s631、解密者ujj∈{1,2,...,n}持有秘密密鑰xjj∈{1,2,...,n}解密，uj使用如下的方式解密：

s632、解密者計(jì)算將所有的部分相乘得到

所述步驟s64具體為：

當(dāng)新節(jié)點(diǎn)un+1加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要使自己的秘密值xn+1具有合法性和有效性，執(zhí)行以下步驟：

s641、un+1從[1,p]隨機(jī)選擇秘密值xn+1；

s642、un+1向管理者c匯報(bào)秘密值xn+1；

s643、un+1重新計(jì)算公開加密密鑰，令和

s644、公告版更新公開加密密鑰為{p0,pi'|i∈{1,2,...,n+1}}，更新后的公開密鑰{pi'}為：

當(dāng)節(jié)點(diǎn)un退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要使用自己的秘密值xn注銷公告板的加密密鑰，執(zhí)行以下步驟：

s645、un令p0”＝g^tmodp，計(jì)算

s646、un在b上公開加密密鑰為和{pi”}i∈{1,2,...,n-1}，內(nèi)容為：

當(dāng)成員un需要更新自己私有秘密密鑰時(shí)，執(zhí)行以下步驟：

s647、un從[1,p]選擇隨機(jī)數(shù)x'n，通過安全信道將其發(fā)送給c，將xn更新為x′n；

s648、如果該請求被允許，un執(zhí)行計(jì)算：

當(dāng)un使用{pi|i∈{1,2,...,n}}和β＝x'n-xn，計(jì)算{pi'|i∈{1,2,...,n}}；

當(dāng)un在公告板b上發(fā)布更新后的公開加密密鑰{pi'|i∈{1,2,...,n}}

本發(fā)明的有益效果是，由加入/退出成員本地自主執(zhí)行密鑰加入/退出操作，非更新成員不參與密鑰更新過程，更新公開加密密鑰不會(huì)破壞非更新成員秘密解密密鑰的有效性，基于該方法設(shè)計(jì)自主密鑰管理方案，滿足單加密密鑰多解密密鑰性質(zhì)，從而減少密鑰交互過程的延時(shí)和計(jì)算總量，無需密鑰管理中心、可靠端到端鏈接和同步機(jī)制的支持，適用延時(shí)受限的無線網(wǎng)絡(luò)場景。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明的示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明提供一種自主群組密鑰更新方法，包括以下步驟：

s1、消息發(fā)送者發(fā)送明文m；

s2、密鑰源分發(fā)初始密鑰kl′和更新密鑰kj′，加入成員注冊私有秘密密鑰，退出成員注銷私有秘密密鑰；

s3、更新密鑰kl′和加密算法對明文m加密得到密文c＝ekl′(m)；

s4、將密文c發(fā)送給下一節(jié)點(diǎn)；

s5、更新密鑰kj′和解密算法對密文c解密得到明文m；

s6、執(zhí)行密鑰交互協(xié)議；

s7、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；

所述步驟s6的密鑰交互協(xié)議為基于diffie-hellman協(xié)議構(gòu)造的自主密鑰管理方案，有合法實(shí)體uii∈{1,2,...,n}、公告板b與離線管理服務(wù)器c三類參與實(shí)體，ui和c已經(jīng)選擇素?cái)?shù)階有限域fp和乘法循環(huán)群fp*的任一生成元g作為密鑰資料，包含以下步驟：

s61、密鑰協(xié)商階段；

s62、加密階段；

s63、解密階段；

s64、密鑰更新階段；

所述步驟s61具體包括以下步驟：

s611、節(jié)點(diǎn)ui從[1,p]域內(nèi)隨機(jī)選擇秘密值xi，作為解密密鑰skey＝xi，將xi通過保密安全信道發(fā)送到c，c秘密保存；

s612、c從[1,p]域內(nèi)隨機(jī)選擇秘密值t，計(jì)算p0＝g^tmodp，計(jì)算{pi}，i∈{1,2,...,n}；

s613、c將公開加密密鑰ekey＝{pi}，i∈{0,1,2,...,n}發(fā)布到b；

所述步驟s62具體包括以下步驟：

s621、ukk∈{1,2,...,n}從b獲取{pi}i∈{0,1,2,...,n}，在[1,p]內(nèi)選擇隨機(jī)數(shù)s和r作為秘密值，計(jì)算替換參數(shù)

s622、對{pi|i∈{0,1,2,...,n}}計(jì)算得到對信息m加密得到mg^rsmodp；

s623、加密者使用公開信道將加密信息mg^rsmodp、發(fā)布給ujj∈{1,2,...,k-1,k+1,...,n}；

所述步驟s63具體包括以下步驟：

s631、解密者ujj∈{1,2,...,n}持有秘密密鑰xjj∈{1,2,...,n}解密，uj使用如下的方式解密：

s632、解密者計(jì)算將所有的部分相乘得到

所述步驟s64具體為：

當(dāng)新節(jié)點(diǎn)un+1加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要使自己的秘密值xn+1具有合法性和有效性，執(zhí)行以下步驟：

s641、un+1從[1,p]隨機(jī)選擇秘密值xn+1；

s642、un+1向管理者c匯報(bào)秘密值xn+1；

s643、un+1重新計(jì)算公開加密密鑰，令和

s644、公告版更新公開加密密鑰為{p0,pi'|i∈{1,2,...,n+1}}，更新后的公開密鑰{pi'}為：

當(dāng)節(jié)點(diǎn)un退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要使用自己的秘密值xn注銷公告板的加密密鑰，執(zhí)行以下步驟：

s645、un令p0”＝g^tmodp，計(jì)算

s646、un在b上公開加密密鑰為和{pi”}i∈{1,2,...,n-1}，內(nèi)容為：

當(dāng)成員un需要更新自己私有秘密密鑰時(shí)，執(zhí)行以下步驟：

s647、un從[1,p]選擇隨機(jī)數(shù)x'n，通過安全信道將其發(fā)送給c，將xn更新為x′n；

s648、如果該請求被允許，un執(zhí)行計(jì)算：

當(dāng)un使用{pi|i∈{1,2,...,n}}和β＝x'n-xn，計(jì)算{pi'|i∈{1,2,...,n}}；

當(dāng)un在公告板b上發(fā)布更新后的公開加密密鑰{pi'|i∈{1,2,...,n}}

私有解密密鑰skeyi更新不會(huì)引發(fā)其他成員的私有解密密鑰skej，i≠j更新，skeyi更新后skeyj仍可以對更新的加密密鑰ekey‘加密的信息解密，且更新成員ui在密鑰更新活動(dòng)中生成的加密密鑰ekey'不會(huì)破壞其他成員的私有解密密鑰的合法性和有效性，無需非更新成員參與密鑰更新過程。

滿足如下的條件：

自主群密鑰管理方案具有前向后向安全性、密鑰獨(dú)立性、密鑰自主性和高效的更新效率。

關(guān)于自主群密鑰管理方案的前向后向安全性分析：

根據(jù){si}中的s1和s2，ppt攻擊者隨機(jī)選擇值x成功猜測{xi}中的任意元素的概率為：

因?yàn)閨g|＝ρ，||p||＝n且n＞＞n，當(dāng)ρ＝θ(2ⁿ)。

所以

negl(n)是一個(gè)可忽略的函數(shù)。

同理，ppt攻擊者通過si-1和si成功猜測集合{xi}中的任意元素的概率為：

綜上所述，任意ppt攻擊者從{pi}中得到解密密鑰集合{xi}中的任意元素是一個(gè)困難問題，證明方案具有私密性。

un執(zhí)行密鑰離開操作后，xn不屬于集合{xi}，不是方程中的根，un利用xn計(jì)算得到信息如下：

退出節(jié)點(diǎn)無法利用xn對新公開加密密鑰的信息解密，它解密更新后加密密鑰加密的信息的概率為可忽略的函數(shù)。

新加入節(jié)點(diǎn)un+1通過加入更新操作將自己的秘密值xn+1作為新方程的根，因此un+1使用xn+1能夠解密更新公開加密密鑰{pi'}加密的信息；但是xn+1不是方程的根，因此un+1不能使用xn+1解密{pi}加密的信息；所以新加入節(jié)點(diǎn)解密加入前加密密鑰加密信息的概率為可忽略的函數(shù)。

關(guān)于自主密鑰管理方案的密鑰獨(dú)立性：

首先由于集合{xi}中任意秘密值xi是ui從域[1,p]中隨機(jī)選擇，因此{(lán)xi}中元素之間不具有相關(guān)性，已知ui的值xi，不能推導(dǎo)出uj(i≠j)的值xj；

其次從公開信道獲取公開加密密鑰{pi}求解xj，假設(shè)已知除xj之外的{xi}，則pi可以表示為由于{pi}，{ai}和{bi}都是已知值，最終歸結(jié)為根據(jù)求解xj。因此攻擊者使用{pi}和xi求出xj的概率為一個(gè)可忽略的函數(shù)。攻擊者既不能根據(jù)xi求出xj，也不能根據(jù){pi}求出xj，akms滿足密鑰獨(dú)立性。

關(guān)于自主密鑰管理方案的密鑰自主性：

首先，加入/退出節(jié)點(diǎn)有能力對公鑰進(jìn)行更新，并且新鮮的公鑰能夠保證非更新成員解密密鑰的合法性和有效性，更新過程中非更新成員不參與更新；

其次，更新過程不能破壞非更新成員解密密鑰的合法性和有效性。

關(guān)于自主密鑰管理方案的更新效率，非更新成員無需參與密鑰更新過程，因此，在密鑰更新過程中，只有加入或者退出節(jié)點(diǎn)密鑰更新，使得密鑰更新的規(guī)?？s減。當(dāng)有新成員加入或者退出時(shí)，并不需要所有的成員都在b附近，或者提供可靠的端到端鏈路，非更新成員在更新過程中無需提供自身獨(dú)有的秘密解密密鑰，只要回到b獲取公開加密密鑰即可，無需依賴密鑰管理中心，也無需節(jié)點(diǎn)密鑰更新的同步機(jī)制，總之，其更新效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于agkm和omdep。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。