CN101064610A

CN101064610A - 一种身份认证方法

Info

Publication number: CN101064610A
Application number: CN 200710200704
Authority: CN
Inventors: 刘贤洪
Original assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Current assignee: Sichuan Changhong Electric Co Ltd
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2007-10-31

Abstract

本发明涉及数字信息的一种身份认证的方法。本发明所要解决的技术问题是，提供一不需要第三方参与且算法简单的身份认证方法。采用技术方案包括以下步骤：认证方产生一个随机数R，并同认证方公钥P1一起传送到待认证方；待认证方将随机数R、公钥P1、私钥S2进行处理得到结果Y2；认证方将随机数R、公钥P2、私钥S1进行处理得到结果Y1；比较结果Y1与结果Y2是否相同，如是通过验证；如否验证失败。本发明能快速实现设备间的身份认证。适用于IC卡、USB Key、芯片等基于硬件实现的认证，也适用于基于软件实现的认证。

Description

一种身份认证方法

技术领域

本发明涉及数字信息的一种身份认证的方法。

背景技术

随着计算机技术、密码学技术、信息安全技术、电子商务技术、数字内容技术的发展，认证技术得到了广泛的使用。认证(Authentication)是证实实体身份的过程，是保证系统安全的重要措施之一。当主体提供服务时，需要确认来访者的身份，访问者也需要确认服务提供者的身份。

密码技术一直在身份证明中起到重要作用，根据所用密码体制的不同，可分为基于对称密钥技术的身份认证，和基于公开密钥的身份认证两类。

目前，使用最多的还是基于PKI机制的非对称认证算法。

PKI(Public Key Infrastructure，公钥基础设施)，是目前信息安全领域应用最广泛的技术之一，比如安全的浏览器、安全电子邮件、电子数据交换、Internet上信用卡以及VPN等。

PKI的认证的一个基础就是数字证书，目前使用的数字证书一般为x.509数字证书。

数字证书是一段包含用户身份信息、用户公钥信息以及身份验证机构数字签名的数据，也是一个经证书认证中心。数字签名中包含公钥拥有者信息以及公钥。

基于数字证书的认证，一般是认证的双方相互交换证书，然后使用根证书分别对对方证书的有效性进行检查。

举例说明：假设有两台设备A、设备B，它们都有各自的证书和私钥，且证书都由证书认证中心cert_root签发。设备A的证书和私钥分别为：cert_a和key_a，设备B的证书和私钥分别为：cert_b和key_b，设备A的根证书为cert_root_a，设备B的根证书为cert_root_b。现在如果设备A要认证设备B则要执行如下步骤，在此过程中设备A称为认证方，设备B称为待认证方：

(1)待认证方将其证书cert_b发给认证方，认证方用其根证书cert_root_a验证证书cert_b，如果验证不通过则认证失败，验证通过进入下一步；

(2)认证方产生随机数rand_a，用证书cert_b中的公钥对随机数rand_a进行加密得到加密结果enc_rand_a，并将加密结果enc_rand_a发送给待认证方；

(3)待认证方使用私钥key_b对加密结果enc_rand_a进行解密得到解密结果rand_a’，并将解密结果rand_a’发送给认证方；

(4)认证方比较解密结果rand_a’和随机数rand_a，如果相等则认证成功，否则认证失败。

在认证过程中，需要第三方的参与，并且运算复杂，因为加密与解密必须使用RSA、ECC等非常复杂的数学运算，如RSA必须使用幂指数运算，ECC必须使用椭圆曲线运算。这样就非常耗系统资源或者硬件资源，在某些情况下甚至无法实现。此外，在离线的情况下，根本不可能到证书认证中心去验证。因此，其应用领域也受到了限制。比如IC卡和IC卡使用设备之间的认证，由于其复杂性现在基本没有采用该认证机制。

目前，在某些应用中，需要一种简单有效的认证方式，在不需要第三方参与的情况下，能够以一种简单的方式实现认证功能。比如，在数字电视接口内容保护中，参与通信的接口需要进行认证，并且该认证在很短的时间内需要重复进行，证书颁发机构无法参与认证的过程，因此要求算法非常简单，PKI机制不太适用。再比如，在IC卡、USB Key与应用终端或者服务器需要进行认证，也需要算法简单，否则IC卡、USB Key无法在规定时间内完成复杂运算。

正是基于以上背景，需要一种简单的算法，达到身份认证的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一不需要第三方参与且算法简单的身份认证方法。

本发明为解决上述技术问题所采用技术方案是，一种身份认证方法，包括以下步骤：

(1)密钥颁发机构按一定规律成对产生公钥、私钥并分配给设备；认证方的一对公钥、私钥分别为P1、S1；待认证方的一对公钥、私钥为P2、S2；

(2)认证方产生一个随机数R，并同认证方公钥P1一起传送到待认证方；

(3)待认证方对收到随机数R、公钥P1后，将公钥P2发送给认证方；待认证方将随机数R、公钥P1、私钥S2进行处理得到结果Y2，并将结果Y2传送到认证方；

(4)认证方收到公钥P2后，将随机数R、公钥P2、私钥S1进行处理得到结果Y1；比较结果Y1与结果Y2是否相同，如是通过验证；如否验证失败。

采用上述方法不需要第三方参与，也不需要加密、解密算法，可以快速安全地实现身份认证。

具体地，步骤(1)所述按一定规律成对产生公钥、私钥具体是，各公钥与各私钥的转置进行点积的结果相同；

步骤(3)所述待认证方将随机数R、公钥P1、私钥S2进行处理具体是，待认证方将公钥P1与私钥S2的转置进行点积后得到点积结果K2，再将点积结果K2与随机数R进行处理；

步骤(4)所述认证方将随机数R、公钥P2、私钥S1进行处理具体是，认证方将公钥P2与私钥S1的转置进行点积后得到点积结果K1，再将点积结果K1与随机数R进行处理。

采用此方法只用简单的乘法运算、加法或者异或运算即可实现。

进一步的，所述按一定规律成对产生公钥、私钥具体是，各公钥与各私钥的转置进行点积的结果在有限域内相同。

进一步的，步骤(3)所述将点积结果K2与随机数R进行处理具体是，采用密码单向算法对点积结果K2与随机数R进行处理；

步骤(4)所述将点积结果K1与随机数R进行处理具体是，采用密码单向算法对点积结果K1与随机数R进行处理。

更进一步的，所述密码单向算法为HASH算法。

优选的，黑名单采用公钥形式存在，步骤(4)中认证方收到公钥P2后，先判断公钥P2是否在黑名单列表中，如是则不再进行认证，认证失败；若否则继续认证。这样就能将失效设备控制在系统之外。

本发明的有益效果是，不需要加密解密，也不需要证书，在不需要第三方参与的情况下，能快速实现设备间的身份认证。可以实现离线身份认证，同时同时也具备黑名单功能。采用此认证方法的芯片，可以降低开发难度、降低芯片规模、提高运算速度，降低芯片成本。适用于IC卡、USB Key、芯片等基于硬件实现的认证，也适用于基于软件实现的认证。

具体实施方式

密钥颁发机构从自己的密钥库中给每个主体分配一对公钥/私钥；密钥颁发机构的密钥库必须保密，认证主体的私钥也必须保密；每个设备的公钥/私钥对均不一样，这样可以实现对某个指定设备的吊销。

每个设备将公钥/私钥对均保存在设备中，其中私钥要求秘密保存，不允许其它设备访问。公钥可以让其它的设备访问。

令公钥和私钥均为1×n的向量，即为行向量；公钥、私钥的生成规律为：各公钥与各私钥的转置进行点积的结果在有限域内相同。密钥的转置为n×1的向量，即为列向量。两个向量的点积结果为标量。只要是公钥与私钥的产生符合一定的规则，且该规则能比较快速地被验证，那么基于本发明的思想都可以采用。

假设有2台设备，分配公钥P1、私钥S1至设备A；分配公钥P2、私钥S2至设备B；为简单起见，设在有限域GF(2⁸)中进行计算。

设备A：公钥P1为(23，21，1，187)，私钥S1为(134，36，50，98)；

设备B：公钥P2为(78，0，156，17)，私钥S2为(7，51，217，159)；

以设备A对设备B进行认证为例，设备A为认证方，设备B为待认证方，认证过程为：

(1)设备A首先产生一个随机数R，并和公钥P1一起传送给设备B；

(2)设备B在接收随机数R和公钥P1后，将自己的公钥P2传送给设备A；

(3)设备B在有限域256内，计算点积结果K2＝P1·S2^T＝(23，21，1，187)·(7，51，217，159)^T＝206，然后计算结果Y2＝f(206，R)，并将结果Y2传送给设备A；

(4)设备A收到公钥P2，在黑名单列表查看公钥P2是否包含在其中，如是，结束认证，认证不成功，并拒绝对设备B服务；如否，继续认证程序；

(5)设备A在有限域256内，计算点积结果K1＝P2·S1^T＝(78，0，156，17)·(134，36，50，98)^T＝206，然后计算结果Y1＝f(206，R)；

Y＝f(K，R)一般事先约定，并采用密码学领域的单向算法，如HASH算法。

(6)设备A比较结果Y1与结果Y2，如果两者相等，则认为认证通过，否则认证失败。

一般现有的PKI技术体系中，一般以证书的ID作为黑名单。由于每对公钥/私钥均是配对的，公钥值本身很短，因此可以直接作为黑名单。定义公钥为黑名单的成员，就可以达到数字证书黑名单的功能。

另外，随机数R可以由认证双方的任何一方产生，不仅限于认证方。本实施例中所有的运算均在有限域中进行，一般要求所有的数均为非负整数；并且公钥、私钥向量成员的个数，一般根据要求选择，私钥的成员整数值要求必须为大整数，整数的位数根据具体要求考虑。比如安全性、存储空间等因素。为了降低关联性，可要求在公钥中保持一定数量的元素值为0。特别的公钥的各元素可至包含0和1。

涉及具体运算时，加法也可以使用异或运算代替。

本发明完全抛弃了传统的PKI机制，在整个认证过程中，不需要使用传统的数字证书以及复杂的运算，只需要进行简单的乘法、加法或者异或运算就能完成对参与方的认证。可以应用在需要进行身份认证的场合，特别是硬件的场合，如IC卡、数字接口认证等，可以安全、高性能、低成本的实现身份的认证。

Claims

1.一种身份认证方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述一种身份认证方法，其特征在于，步骤(1)所述按一定规律成对产生公钥、私钥具体是，各公钥与各私钥的转置进行点积的结果相同；

3.如权利要求2所述一种身份认证方法，其特征在于，所述按一定规律成对产生公钥、私钥具体是，各公钥与各私钥的转置进行点积的结果在有限域内相同。

4.如权利要求1、2或3所述一种身份认证方法，其特征在于，步骤(3)所述将点积结果K2与随机数R进行处理具体是，采用密码单向算法对点积结果K2与随机数R进行处理；

5.如权利要求4所述一种身份认证方法，其特征在于，所述密码单向算法为HASH算法。

6.如权利要求1所述一种身份认证方法，其特征在于，步骤(4)中认证方收到公钥P2后，先判断公钥P2是否在黑名单列表中，如是则不再进行认证；若否则继续认证。