基于認(rèn)證信息的密鑰交換系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)上的安全技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于認(rèn)證信息的密鑰交換協(xié)議（口令認(rèn)證密鑰交換（PAKE : Pas sword Authenticated Key Exchange))是指參與通信的兩個(gè)以上的主體共享用于如下的通信的 密鑰的過程，即該通信基于其中一個(gè)以上的主體所知道的密碼（Password)而被加密。PAKE 可根據(jù)其實(shí)現(xiàn)方式而分為基于公鑰證書的PAKE及基于非公鑰證書的PAKE。
[0003] 對(duì)于基于公鑰證書的PAKE而言，為了交換密鑰常常需要執(zhí)行公鑰認(rèn)證的步驟，對(duì) 于基于非公鑰證書的PAKE(相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)：IEEE P1363. 2及IS0/IEC 11770-4)而言，因通 過直接指數(shù)乘密碼來存儲(chǔ)的認(rèn)證者（verifier)構(gòu)成方式而發(fā)生了難以更新現(xiàn)有系統(tǒng)的遷 移（migration)及參數(shù)（parameter)的新問題。此外，由于這種方式需要將密碼與成組參 數(shù)（group parameter)直接結(jié)合，因此為了應(yīng)對(duì)針對(duì)此的離線分析需要相對(duì)多的實(shí)時(shí)計(jì)算 量并且無法靈活地交換協(xié)議的消息流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的實(shí)施例旨在提供一種將基于ID(身份標(biāo)識(shí)號(hào)碼）的加密技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有 的基于認(rèn)證信息的密鑰交換協(xié)議而同時(shí)具有基于公鑰證書的PAKE的優(yōu)點(diǎn)及基于非公鑰證 書的PAKE的優(yōu)點(diǎn)的高效的認(rèn)證及密鑰交換協(xié)議。
[0005] 此外，本發(fā)明的實(shí)施例旨在最小化認(rèn)證及密鑰交換所需的通信次數(shù)。
[0006] 根據(jù)示例性實(shí)施例，提供一種基于用戶認(rèn)證信息的密鑰交換系統(tǒng)，包括：終端，利 用終端側(cè)隨機(jī)數(shù)及服務(wù)器ID來生成與所述終端用戶的認(rèn)證信息對(duì)應(yīng)的基于ID的密文；月艮 務(wù)器，利用與所述服務(wù)器ID對(duì)應(yīng)的服務(wù)器側(cè)私鑰來對(duì)從所述終端接收的所述基于ID的密 文進(jìn)行解密以恢復(fù)所述認(rèn)證信息，并利用恢復(fù)的所述認(rèn)證信息來認(rèn)證所述終端，并且生成 與認(rèn)證的所述終端對(duì)應(yīng)的服務(wù)器側(cè)會(huì)話密鑰。
[0007] 所述終端可由所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)計(jì)算第一會(huì)話密鑰元素，并由所述服務(wù)器ID及 所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)生成終端側(cè)加密化元素，并且結(jié)合所述認(rèn)證信息和所述終端側(cè)加密化元 素而生成加密化字符串。
[0008] 所述終端側(cè)加密化元素可通過如下的數(shù)學(xué)式來計(jì)算。
[0009] D = (H(IDS))X
[0010] (其中，D為終端側(cè)加密化元素，IDS為服務(wù)器ID，x為終端側(cè)隨機(jī)數(shù)，H為單向哈 希值）
[0011] 所述加密化字符串可通過所述認(rèn)證信息及所述終端側(cè)加密化元素的異或運(yùn)算 (X0R)來計(jì)算。
[0012] 所述服務(wù)器可從所述終端接收包含所述第一會(huì)話密鑰元素及所述加密化字符串 的基于ID的密文，并通過所述服務(wù)器側(cè)私鑰及所述第一會(huì)話密鑰元素來計(jì)算服務(wù)器側(cè)加 密化元素，并且利用所述服務(wù)器側(cè)加密化元素而從所述加密化字符串恢復(fù)所述認(rèn)證信息。
[0013] 所述服務(wù)器側(cè)加密化元素可通過如下的數(shù)學(xué)式來計(jì)算。
[0014] D' = XKs
[0015] (其中，D'為服務(wù)器側(cè)加密化元素，X為第一會(huì)話密鑰元素，Ks為服務(wù)器側(cè)私鑰）
[0016] 所述認(rèn)證信息可通過接收到的所述加密化字符串及所述服務(wù)器側(cè)加密化元素之 間的異或運(yùn)算（X0R)來恢復(fù)。
[0017] 所述服務(wù)器可根據(jù)恢復(fù)的所述認(rèn)證信息和已存儲(chǔ)于所述服務(wù)器的所述終端的認(rèn) 證信息的相同與否來認(rèn)證所述終端。
[0018] 所述服務(wù)器在所述終端得到認(rèn)證時(shí)，可由通過服務(wù)器側(cè)隨機(jī)數(shù)計(jì)算第二會(huì)話密鑰 元素，并且由所述服務(wù)器側(cè)隨機(jī)數(shù)及所述第一會(huì)話密鑰元素來生成服務(wù)器側(cè)第三會(huì)話密鑰 元素。
[0019] 所述服務(wù)器側(cè)第三會(huì)話密鑰元素可通過將所述第一會(huì)話密鑰元素作為底數(shù)，并將 所述服務(wù)器側(cè)隨機(jī)數(shù)作為指數(shù)的乘方來計(jì)算。
[0020] 所述終端可從所述服務(wù)器接收所述第二會(huì)話密鑰元素，并由所述第二會(huì)話密鑰元 素生成終端側(cè)第三會(huì)話密鑰元素及終端側(cè)會(huì)話密鑰。
[0021] 所述終端側(cè)第三會(huì)話密鑰元素可通過將所述第二會(huì)話密鑰元素作為底數(shù)并將所 述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)作為指數(shù)的乘方來計(jì)算。
[0022] 所述終端側(cè)會(huì)話密鑰（sk)可以是包含所述終端ID、所述服務(wù)器ID、所述加密化字 符串、所述第一會(huì)話密鑰元素、所述第二會(huì)話密鑰元素、所述終端側(cè)加密化元素及所述終端 側(cè)第三會(huì)話密鑰元素中的一個(gè)以上的字符串的哈希值。
[0023] 所述服務(wù)器側(cè)會(huì)話密鑰可以是包含所述終端ID、所述服務(wù)器ID、所述加密化字符 串、所述第一會(huì)話密鑰元素、所述第二會(huì)話密鑰元素、所述服務(wù)器側(cè)加密化元素及所述服務(wù) 器側(cè)第三會(huì)話密鑰元素中的一個(gè)以上的字符串的哈希值。
[0024] 根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，提供一種基于用戶認(rèn)證信息的密鑰交換方法，包括如 下步驟：在終端中，利用終端側(cè)隨機(jī)數(shù)及服務(wù)器ID來生成與所述終端用戶的認(rèn)證信息對(duì)應(yīng) 的基于ID的密文；在服務(wù)器中，通過與所述服務(wù)器ID對(duì)應(yīng)的服務(wù)器側(cè)私鑰來對(duì)從所述終端 接收的所述基于ID的密文進(jìn)行解密以恢復(fù)所述認(rèn)證信息；在所述服務(wù)器中，利用恢復(fù)的所 述認(rèn)證信息來認(rèn)證所述終端；在所述終端得到認(rèn)證時(shí)，生成與認(rèn)證的所述終端對(duì)應(yīng)的服務(wù) 器側(cè)會(huì)話密鑰。
[0025] 生成所述基于ID的密文的步驟還可包括如下步驟：由所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)計(jì)算第 一會(huì)話密鑰元素；由所述服務(wù)器ID及所述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)生成終端側(cè)加密化元素；結(jié)合所述 認(rèn)證信息和所述終端側(cè)加密化元素而生成加密化字符串。
[0026] 所述終端側(cè)加密化元素可通過如下的數(shù)學(xué)式來計(jì)算。
[0027] D = (H(IDS))X
[0028] (其中，D為終端側(cè)加密化元素，IDS為服務(wù)器ID，x為終端側(cè)隨機(jī)數(shù)，H為單向哈 希值）
[0029] 所述加密化字符串可通過所述認(rèn)證信息及所述終端側(cè)加密化元素的異或運(yùn)算 (X0R)來計(jì)算。
[0030] 恢復(fù)所述認(rèn)證信息的步驟還可包括如下步驟：從所述終端接收包含所述第一會(huì)話 密鑰元素及所述加密化字符串的基于ID的密文；通過所述服務(wù)器側(cè)私鑰及所述第一會(huì)話 密鑰元素來計(jì)算服務(wù)器側(cè)加密化元素；利用所述服務(wù)器側(cè)加密化元素而從所述加密化字符 串恢復(fù)所述認(rèn)證信息。
[0031] 所述服務(wù)器側(cè)加密化元素可通過如下的數(shù)學(xué)式來計(jì)算。
[0032] D' = XKs
[0033] (其中，D'為服務(wù)器側(cè)加密化元素，X為第一會(huì)話密鑰元素，Ks為服務(wù)器側(cè)私鑰）
[0034] 從所述加密化字符串恢復(fù)所述認(rèn)證信息的步驟可被構(gòu)成為：通過接收到的所述加 密化字符串及所述服務(wù)器側(cè)加密化元素之間的異或運(yùn)算（X0R)來恢復(fù)所述認(rèn)證信息。
[0035] 認(rèn)證所述終端的步驟可被構(gòu)成為：根據(jù)恢復(fù)的所述認(rèn)證信息和已存儲(chǔ)于所述服務(wù) 器的所述終端的認(rèn)證信息的相同與否來認(rèn)證所述終端。
[0036] 生成所述服務(wù)器側(cè)會(huì)話密鑰的步驟還可包括如下步驟：由服務(wù)器側(cè)隨機(jī)數(shù)計(jì)算所 述第二會(huì)話密鑰元素；由所述服務(wù)器側(cè)隨機(jī)數(shù)及所述第一會(huì)話密鑰元素生成服務(wù)器側(cè)第三 會(huì)話密鑰元素。
[0037] 所述服務(wù)器側(cè)第三會(huì)話密鑰元素可通過將所述第一會(huì)話密鑰元素作為底數(shù)，并將 所述服務(wù)器側(cè)隨機(jī)數(shù)作為指數(shù)的乘方來計(jì)算。
[0038] 所述終端可從所述服務(wù)器接收所述第二會(huì)話密鑰元素，并由所述第二會(huì)話密鑰元 素生成終端側(cè)第三會(huì)話密鑰元素及終端側(cè)會(huì)話密鑰。
[0039] 所述終端側(cè)第三會(huì)話密鑰元素可通過將所述第二會(huì)話密鑰元素作為底數(shù)，并將所 述終端側(cè)隨機(jī)數(shù)作為指數(shù)的乘方來計(jì)算。
[0040] 所述終端側(cè)會(huì)話密鑰（sk)可以是包含所述終端ID、所述服務(wù)器ID、所述加密化字 符串、所述第一會(huì)話密鑰元素、所述第二會(huì)話密鑰元素、所述終端側(cè)加密化元素及所述終端 側(cè)第三會(huì)話密鑰元素中的一個(gè)以上的字符串的哈希值。
[0041] 所述服務(wù)器側(cè)會(huì)話密鑰（sk'）可以是包含所述終端ID、所述服務(wù)器ID、所述加密 化字符串、所述第一會(huì)話密鑰元素、所述第二會(huì)話密鑰元素、所述服務(wù)器側(cè)加密化元素及所 述服務(wù)器側(cè)第三會(huì)話密鑰元素中的一個(gè)以上的字符串的哈希值。
[0042] 根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，提供一種計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序?yàn)榱伺c硬件結(jié)合 而執(zhí)行如下的步驟而存儲(chǔ)于介質(zhì)：利用終端側(cè)隨機(jī)數(shù)及服務(wù)器ID來生成與所述終端用戶 的認(rèn)證信息對(duì)應(yīng)的基于ID的密文；利用與所述服務(wù)器ID對(duì)應(yīng)的服務(wù)器側(cè)私鑰來對(duì)從所述 終端接收的所述基于ID的密文進(jìn)行解密以恢復(fù)所述認(rèn)證信息；利用恢復(fù)的所述認(rèn)證信息 來認(rèn)證所述終端；在所述終端得到認(rèn)證時(shí)，生成與認(rèn)證的所述終端對(duì)應(yīng)的服務(wù)器側(cè)會(huì)話密 鑰。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可利用用戶的認(rèn)證信息來有效且安全地認(rèn)證終端，尤其是 在初期由服務(wù)器執(zhí)行針對(duì)終端的認(rèn)證，從而可有效地應(yīng)對(duì)分布式