面向船联网的群组认证密钥协商协议设计

• 作 者: 孙青
• 出 处: 上海海洋大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 船联网 动态ID 身份认证 群组密钥协商 双线性对 三叉树

渔业船联网是一种基于物联网技术,以船舶为网络节点,浮标、船载仪器、岸站等为信息源,经过数据处理,综合利用无线通信技术,实现船到岸、船到船等数据传输的网络系统。根据船舶的数目,可以将船舶通信分为单船和岸站之间的通信和船队之间的多船通信。单船通信是指船和岸站之间的数据传输,多船通信是指船队之间的密钥协商。由于船联网环境下的群组通信系统具有规模较大、信道开放、节点频繁加入或离开群组的特点,所以这种开放环境下如何保障船舶之间通信安全和船舶用户隐私面临巨大挑战。为了确保内河航运中船船互联之间信息的安全传输,针对船联网身份认证问题的研究将十分重要,也是首先要解决的问题。因此,针对单船通信和多船通信,设计不同的身份认证协议。针对船联网中的船和岸站之间的单船通信,采用动态ID双因素远程用户身份认证协议。针对船队中船和船之间的多船通信,基于双线性对和三叉树结构,设计一个具有认证功能的群组协议。论文的主要研究内容及结论如下:1)分析了目前船联网环境下的安全需求(包括单船和多船群组通信),提出一种面向船联网的群组认证密钥协商协议,包括单船用户身份认证协议和多船群组认证密钥协商协议。2)针对单船的动态ID远程用户身份认证协议,分析了Hsieh和Leu的方案,提出改进方案。新方案基于密码学技术(智能卡、杂凑函数),身份认证机制结合其他技术(时间戳、随机数),对用户进行身份认证。智能卡作为双因素身份认证中的一种工具,解决了完全依赖单一静态口令、容易泄露用户信息和安全性较差等问题。在发送登录请求消息时,利用杂凑函数的单向性加密用户身份标识,保证了用户身份的匿名性。在登录阶段,插入智能卡后,通过Hash公式将用户身份标识和口令结合起来,第一时间验证用户身份标识和口令的准确性,解决了慢速错误密码检测问题。时间戳和随机数是动态的因子,可以保证协议中认证码的新鲜性,可以抵抗重放攻击。最后采用BAN逻辑形式化分析方法证明方案的安全性。3)针对多船之间群组认证密钥协商协议,研究了Choi方案,提出改进方案。新方案利用双线性对结合密钥树结构设计适合动态群组的密钥协商协议。基于双线性密码体制中BDH问题的困难性,构造会话密钥使其难解,实现协议安全性。