CN101783732A - 基于预共享密钥可离线的双向认证方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于预共享密钥可离线的双向认证方法及系统，该方法包括以下步骤：1)由读写器READER向电子标签TAG发送认证请求分组；2)当电子标签TAG收到读写器READER发来的认证请求分组后，构造认证响应分组发送给读写器READER；3)当读写器READER收到电子标签TAG发送的认证响应分组后，构造认证确认分组发送给电子标签TAG。本发明提供了一种可实现电子标签与读写器之间双向认证并建立共享的会话密钥、系统实现代价降低、认证效率更高、安全性更高以及适合在线或离线认证，尤其可以适合离线认证的基于预共享密钥可离线的双向认证方法及系统。
Description
技术领域
本发明属网络安全技术领域，尤其涉及一种基于预共享密钥可离线的双向认证方法及系统。
背景技术
对于无线网络来说，如无线局域网或无线城域网等，其安全问题远比有线以太网严重的多。射频识别标签(RFID，Radio Frequency IDentification)同样面临安全问题，在进行安全通信之前，必须有效地解决RFID系统中读写器和电子标签之间的安全认证问题。目前，在RFID领域还没有有效的安全方案来解决这个问题。
解决RFID安全接入可以采用基于公钥和基于预共享密钥的认证方法。基于公钥基础设施PKI(Public Key Infrastructure)及数字证书的安全机制，由于在认证过程中需要管理数字证书，从而导致系统具有过大的通信量和管理负载，不适合RFID应用。而基于身份的公钥机制显然较基于PKI的公钥机制更适合RFID应用。在基于身份的公钥机制中，用户的公钥就是由其可公开身份信息ID经Hash运算生成的信息，或者，有时也可以直接使用其身份信息，用户不需要管理公钥簿。在认证过程中，也不再需要像传统公钥系统那样进行证书的传递和验证，只需要知道各参与者的身份信息和一些系统参数即可。但基于身份的认证机制尽管不需要管理证书，但同样引入公钥运算，这对RFID电子标签的性能有较高要求。
基于预共享密钥的安全机制是RFID常采用的方法。目前，业界已提出了一些基于预共享密钥的双向认证协议，但是分析发现，这些协议普遍存在一些不足，难以满足RFID应用需求，表现如下：
1)电子标签和读写器的共享密钥需要数据库存储，增加了系统实现代价；
2)认证过程中，读写器需要查询数据库，可能会带来安全性问题，并有可能导致认证时延较大。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可实现电子标签与读写器之间双向认证并建立共享的会话密钥、系统实现代价降低、认证效率更高、安全性更高以及适合在线或离线认证，尤其可以适合离线认证的基于预共享密钥可离线的双向认证方法及系统。
本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种基于预共享密钥可离线的双向认证方法，其特殊之处在于：所述基于预共享密钥可离线的双向认证方法包括以下步骤：
1)由读写器READER向电子标签TAG发送认证请求分组，该分组包括PFLAG字段、N1字段以及MIC1字段，其中：
PFLAG字段，表示该分组的类别及组成信息；
N1字段：读写器READER选取的一次性随机数；
MIC1字段：读写器READER计算的消息完整性校验；
2)当电子标签TAG收到读写器READER发来的认证请求分组后，构造认证响应分组发送给读写器READER，该分组包括：PFLAG字段、N1字段、N2字段以及MIC2字段，其中：
PFLAG字段，表示该分组的类别及组成信息；
N1字段：表示由读写器READER选取的随机数，其值与认证请求分组中的N1字段值相同；
N2字段：电子标签TAG选取的一次性随机数；
MIC2字段：电子标签TAG计算的消息完整性校验；
3)当读写器READER收到电子标签TAG发送的认证响应分组后，构造认证确认分组发送给电子标签TAG，该分组包括：PFLAG字段、N1字段以及MIC3字段，其中：
PFLAG字段，表示该分组的类别及组成信息；
N1字段，表示由TAG选取的随机数，其值应与认证响应分组中的N1字段值相等；
MIC3字段，表示完整性校验密钥。
上述步骤1)中读写器READER计算MIC1的过程为：利用MK||ID1导出共享密钥SK；以SK为密钥对PFLAG||N1||ID1||ID2计算MIC1。
上述步骤2)的具体实现方式是：当电子标签TAG收到读写器READER发来的认证请求分组后，电子标签TAG利用自己的SK对PFLAG||N1||ID1||ID2重新计算MIC1，并与接收到的MIC1进行比较，如果不相等，则丢弃该分组；如果相等，则构造认证响应分组读写器READER。
上述步骤2)中电子标签TAG计算MIC2的过程为：以SK||N1||N2为密钥种子进行密钥推导，导出一个会话消息完整性校验密钥SIK和一个会话加密密钥SEK；以SK||SIK为密钥，对PFLAG||N1||N2||ID1||ID2计算MIC2。
上述步骤3)的具体实现方式是：当读写器READER收到电子标签TAG发送的认证响应分组后，首先判断N1是否自己选取的随机数，如果不是，则丢弃该分组；如果是，以SK||N1||N2为密钥种子进行密钥推导，导出一个会话消息完整性校验密钥SIK和一个会话加密密钥SEK，接着，利用SK||SIK为密钥对PFLAG||N1||N2||ID1||ID2重新计算MIC2并与接收到的MIC2值进行比较，如果不相等，则丢弃该分组；如果相等，构造认证确认分组发送给电子标签TAG。
上述步骤3)中读写器READER计算MIC3的过程为：以SIK为密钥，对PFLAG||N1||ID1||ID2计算MIC3。
上述步骤3)之后还包括：
4)当电子标签TAG收到读写器READER发送的认证确认分组后，首先判断N1是否自己选取的随机数，如果不是，则丢弃该分组；如果是，利用完整性校验密钥SIK重新计算MIC3并与接收到的MIC3值进行比较，如果不相等，则丢弃该分组；如果相等，则TAG完成对读写器READER的会话密钥SIK的验证
一种基于预共享密钥可离线的双向认证系统，其特殊之处在于：所述基于预共享密钥可离线的双向认证系统包括读写器READER以及电子标签TAG，所述读写器READER向电子标签TAG发送认证请求分组；所述电子标签TAG接收来自读写器READER的认证请求分组并构造认证响应分组发送给读写器READER；所述读写器READER收到来自电子标签TAG的认证响应分组后构造认证确认分组发送给电子标签TAG。
本发明的优点是：
1、可实现电子标签与读写器之间双向认证并建立共享的会话密钥。本发明所提供的基于预共享密钥可离线的双向认证方法能解决RFID网络中电子标签与读写器之间的接入认证问题，实现它们之间的双向认证，并建立共享的会话密钥。
2、系统实现代价降低。本发明提供的基于预共享密钥可离线的双向认证方法不需要后台数据库支持，系统实现代价降低；
3、认证效率更高。本发明所提供的基于预共享密钥可离线的双向认证方法在认证过程中无须查询数据库，认证效率更高；
4、安全性更高。本发明所提供的基于预共享密钥可离线的双向认证方法预共享密钥不在网络上传输，安全性更高；
5、适合在线或离线认证。本发明所提供的基于预共享密钥可离线的双向认证方法无需后台数据库支持，可以适合在线或离线认证，尤其可以适合离线认证。
附图说明
图1为本发明所提供的基于预共享密钥的双向认证过程示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明所提供的基于预共享密钥可离线的双向认证方法包括以下步骤：
1)认证请求分组
认证请求分组由读写器READER发送给电子标签TAG。该认证请求分组内容包括：
| PFLAG | N1 | MIC1 |
其中：
PFLAG字段，表示该分组的类别及组成信息；
N1字段：读写器READER选取的一次性随机数；
MIC1字段：读写器READER计算的消息完整性校验。计算过程为：首先，利用MK||ID1导出共享密钥SK；然后，以SK为密钥对PFLAG||N1||ID1||ID2计算MIC1。
收到认证请求分组后，电子标签TAG利用自己的SK对PFLAG||N1||ID1||ID2重新计算MIC1，并与接收到的MIC1进行比较。如果不相等，则丢弃该分组，否则，则构造认证响应分组读写器READER。
这时电子标签TAG完成对读写器READER的身份验证。
2)认证响应分组
认证响应分组由电子标签TAG发送给读写器READER。该分组内容包括：
| PFLAG | N1 | N2 | MIC2 |
其中：
PFLAG字段，表示该分组的类别及组成信息；
N1字段：表示由读写器READER选取的随机数，其值与认证请求分组中的N1字段值相同；
N2字段：电子标签TAG选取的一次性随机数；
MIC2字段：电子标签TAG计算的消息完整性校验。计算过程为：以SK||N1||N2为密钥种子进行密钥推导，导出一个会话消息完整性校验密钥SIK和一个会话加密密钥SEK；以SK||SIK为密钥，对PFLAG||N1||N2||ID1||ID2计算MIC2。
当读写器READER收到电子标签TAG发送的认证响应分组后，首先判断N1是否自己选取的随机数。如果不是，则丢弃该分组；否则，以SK||N1||N2为密钥种子进行密钥推导，导出一个会话消息完整性校验密钥SIK和一个会话加密密钥SEK，接着，利用SK||SIK为密钥对PFLAG||N1||N2||ID1||ID2重新计算MIC2并与接收到的MIC2值进行比较。如果不相等，则丢弃该分组，否则，构造认证确认分组发送给电子标签TAG。
这时读写器READER完成对电子标签TAG的身份验证和对会话密钥SIK的验证。
3)认证确认分组
认证确认分组由读写器READER发送给电子标签TAG。其分组包括：
| PFLAG | N1 | MIC3 |
其中：
PFLAG字段，表示该分组的类别及组成信息。
N1字段，表示由TAG选取的随机数，其值应与认证响应分组中的N1字段值相等。
MIC3字段，表示完整性校验密钥。计算方法为：以SIK为密钥，对PFLAG||N1||ID1||ID2计算MIC3。
当电子标签TAG收到读写器READER发送的认证确认分组后，首先判断N1是否自己选取的随机数。如果不是，则丢弃该分组；否则，利用完整性校验密钥SIK重新计算MIC3并与接收到的MIC3值进行比较。如果不相等，则丢弃该分组。如果相等，说明电子标签TAG完成对读写器READER的会话密钥SIK的验证。
至此，电子标签TAG和读写器READER完成基于预共享密钥SK的双向认证，并建立共享的会话消息完整性校验密钥SIK和会话加密密钥SEK。
本发明在提供一种基于预共享密钥可离线的双向认证方法的同时还提供了一种基于预共享密钥可离线的双向认证系统，该系统包括读写器READER以及电子标签TAG，读写器READER向电子标签TAG发送认证请求分组；电子标签TAG接收来自读写器READER的认证请求分组并构造认证响应分组发送给读写器READER；读写器READER收到来自电子标签TAG的认证响应分组后构造认证确认分组发送给电子标签TAG。
参见表1，本发明中所用到的名称和符号如下：
表1名词和符号说明
| TAG | 电子标签 |
| READER | 读写器 |
| ID1 | TAG的身份标识 |
| ID2 | R的身份标识 |
| MK | 读写器具有的主密钥 |
| SK | TAG存储的预共享密钥。读写器可以由MK以及TAG身份等信息导出SK |
| MIC | 消息完整性校验 |
| SIK | 会话消息完整性校验密钥 |
| SEK | 会话加密密钥 |
| || | 链接操作 |
Claims (8)
1.一种基于预共享密钥可离线的双向认证方法，其特征在于：所述基于预共享密钥可离线的双向认证方法包括以下步骤：
1)由读写器READER向电子标签TAG发送认证请求分组，该分组包括PFLAG字段、N1字段以及MIC1字段，其中：
PFLAG字段，表示该分组的类别及组成信息；
N1字段：读写器READER选取的一次性随机数；
MIC1字段：读写器READER计算的消息完整性校验；
2)当电子标签TAG收到读写器READER发来的认证请求分组后，构造认证响应分组发送给读写器READER，该分组包括：PFLAG字段、N1字段、N2字段以及MIC2字段，其中：
PFLAG字段，表示该分组的类别及组成信息；
N1字段：表示由读写器READER选取的随机数，其值与认证请求分组中的N1字段值相同；
N2字段：电子标签TAG选取的一次性随机数；
MIC2字段：电子标签TAG计算的消息完整性校验；
3)当读写器READER收到电子标签TAG发送的认证响应分组后，构造认证确认分组发送给电子标签TAG，该分组包括：PFLAG字段、N1字段以及MIC3字段，其中：
PFLAG字段，表示该分组的类别及组成信息；
N1字段，表示由TAG选取的随机数，其值应与认证响应分组中的N1字段值相等；
MIC3字段，表示完整性校验密钥。
2.根据权利要求1所述的基于预共享密钥可离线的双向认证方法，其特征在于：所述步骤1)中读写器READER计算MIC1的过程为：利用MK||ID1导出共享密钥SK；以SK为密钥对PFLAG||N1||ID1||ID2计算MIC1。
3.根据权利要求2所述的基于预共享密钥可离线的双向认证方法，其特征在于：所述步骤2)的具体实现方式是：当电子标签TAG收到读写器READER发来的认证请求分组后，电子标签TAG利用自己的SK对PFLAG||N1||ID1||ID2重新计算MIC1，并与接收到的MIC1进行比较，如果不相等，则丢弃该分组；如果相等，则构造认证响应分组读写器READER。
4.根据权利要求3所述的基于预共享密钥可离线的双向认证方法，其特征在于：所述步骤2)中电子标签TAG计算MIC2的过程为：以SK||N1||N2为密钥种子进行密钥推导，导出一个会话消息完整性校验密钥SIK和一个会话加密密钥SEK；以SK||SIK为密钥，对PFLAG||N1||N2||ID1||ID2计算MIC2。
5.根据权利要求4所述的基于预共享密钥可离线的双向认证方法，其特征在于：所述步骤3)的具体实现方式是：当读写器READER收到电子标签TAG发送的认证响应分组后，首先判断N1是否自己选取的随机数，如果不是，则丢弃该分组；如果是，以SK||N1||N2为密钥种子进行密钥推导，导出一个会话消息完整性校验密钥SIK和一个会话加密密钥SEK，接着，利用SK||SIK为密钥对PFLAG||N1||N2||ID1||ID2重新计算MIC2并与接收到的MIC2值进行比较，如果不相等，则丢弃该分组；如果相等，构造认证确认分组发送给电子标签TAG。
6.根据权利要求5所述的基于预共享密钥可离线的双向认证方法，其特征在于：所述步骤3)中读写器READER计算MIC3的过程为：以SIK为密钥，对PFLAG||N1||ID1||ID2计算MIC3。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的基于预共享密钥可离线的双向认证方法，其特征在于：所述步骤3)之后还包括：
4)当电子标签TAG收到读写器READER发送的认证确认分组后，首先判断N1是否自己选取的随机数，如果不是，则丢弃该分组；如果是，利用完整性校验密钥SIK重新计算MIC3并与接收到的MIC3值进行比较，如果不相等，则丢弃该分组；如果相等，则TAG完成对读写器READER的会话密钥SIK的验证。
8.一种基于预共享密钥可离线的双向认证系统，其特征在于：所述基于预共享密钥可离线的双向认证系统包括读写器READER以及电子标签TAG，所述读写器READER向电子标签TAG发送认证请求分组；所述电子标签TAG接收来自读写器READER的认证请求分组并构造认证响应分组发送给读写器READER；所述读写器READER收到来自电子标签TAG的认证响应分组后构造认证确认分组发送给电子标签TAG。
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