CN101969640A - 一种用于移动终端设备的计算密钥生成方法 - Google Patents

Abstract

一种用于移动终端设备的计算密钥生成方法，涉及安全密码技术。本发明的密钥对生成过程中，采用零知识协同计算技术把最耗时间的大数模幂运算交给相关服务器去计算，而不用移动终端设备自身来进行大量的模幂，同时相关服务器无法从获取中间参数值来破解移动终端的密钥，从而加快公钥密钥对产生的速度，解决了由于移动终端内存小，计算能力弱，无法在移动终端产生密钥的问题，使得移动设备终端真正意义上的用户独享用户密钥的原则，保证了移动支付过程中密钥的安全。

Description

一种用于移动终端设备的计算密钥生成方法

技术领域

本发明涉及安全密码技术，特别是涉及到一种用于移动终端设备的零知识协同计算密钥生成方法。

背景技术

移动支付业务最早在美国出现，并在日本和韩国得到迅速发展。现在韩国和日本已经成为世界上移动支付领域的领跑者。有数据显示，63％的韩国人使用自己的手机进行支付购物。而在日本，早在1999年，NTTDoCoMo即推出i-Mode手机互联网服务，目前i-Mode服务已经成功地转变了日本消费者的观念，手机在这两个国家不再仅仅是一种通信工具，而是一种生活工具。经过诺基亚对用户的精确调查显示，用户对手机的依赖程度已经相当惊人。几乎每个人出门必带的三件物品中就有手机，而另外两样钱包和钥匙。当手机渐渐成为我们的生活必需品的时候，手机的应用将同我们的生活产生更紧密的联系。曾经，信用卡等磁卡的普及将人们从大量现金中解脱出来，而手机支付功能则是一种比信用卡支付更为方便快捷的支付方式。有业内人士预测，未来手机支付会再次将人们从种类繁多的磁卡中解救出来，如果说现在的手机越来越像一台移动的POS机，那么未来手机的潜能可能更大。或许未来我们出门只需要带上手机就可以应对购物、坐车、加油和身份认证等等五花八门的需求了。手机将日益成为现金、信用卡和借记卡的替代物，将对提高我们生活的便利程度起到很大的积极作用。

我国移动支付业务自2000年开展以来，在彩票、因特网服务包月费、网上购买各种IP卡/上网卡/网络游戏卡等业务上发展迅速。然而目前，我国的手机支付量与网上支付比例大致是1∶10000，而站在这种比例背后的是中国近6.2亿的手机用户和1亿左右的网民，巨大的反差显示出我国手机支付还只是刚刚起步，有着极大的扩展空间。至2011年，预计全球5200万消费者将采用移动技术为日常消费品和服务付费。今后三年的手机支付总额预计为118亿美元。况且随着3G的发展，无线移动的应用将进一步加强，移动支付正在成为各方关注的热点。

目前在已有的支付方式中，主要有微支付，定向支付，信誉卡支付等等。为了保证移动设备进行各种移动支付等金融服务的安全性，保证交易数据的机密性、完整性，需要实现交易过程中端到端的加密以及身份认证，这就需要移动终端采用足够的加密强度的公钥算法，以及取足够长的密钥。但是由于密钥对产生需要进行大量的模幂运算，密钥对的生成比较耗时和耗空间，通常情况下，密钥对生成的算法程序量是公钥密码算法加解密、签名认证的程序量的2至3倍，例如生成一对1024位的RSA密钥对的时间更是RSA解密或签名运算的时间的数十倍.而在低能量的移动终端设备(例如掌上机，手机等)由于自身计算能力、存储空间等问题，势必大大影响密钥生成速度。因此当前的移动设备终端采用的加密算法简单、密码长度较短、身份认证采用口令认证；同时许多敏感信息直接明文发送，未进行处理，容易泄露。这使得我国移动支付基本上还停留在小额支付和面向行业移动支付业务上。但随着人们消费观念和移动电子商务的发展，特别是全球采用手机等移动终端支付的消费者在不断地增长，人们利用手机购物的商品范围、交易金额正在逐渐变大，目前移动设备终端的加密算法、密码长度、认证方法都无法满足我国移动支付领域现有应用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于移动终端设备的计算密钥生成方法，可以在移动终端独享非对称密钥，从根本上解决移动终端密钥独享和会话密钥生成问题。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，一种用于移动终端设备的计算密钥生成方法，其特征在于，包括下述步骤：

A)移动终端随机的生成两个n位伪随机数p，q；

B)移动终端对生成的随机数p，q作素性检测，若检测通过，则继续，否则返回到步骤A；

C)移动终端计算N＝p×q，

并随机生成随机数g、t₁、k、l，并计算

D)移动终端把参数

和参数

传送给后台服务器；

E)后台服务器接收到移动终端发送过来的参数

和

计算X₁和X₂，

F)后台服务器把X₁和X₂发送给移动终端；

G)移动终端接收到参数X₁和X₂，计算并判断X₁＝±X₂(mod N)是否成立，若不满足，则返回步骤A，满足则继续；

H)移动终端再次验证p和q是否为素数，若满足，则根据RSA算法产生RSA密钥对，若不满足，则返回步骤A。

进一步的说，所述步骤D为：移动终端把参数

传送给第一后台服务器，参数

传送给第二后台服务器；

所述步骤E为：第一后台服务器接收到移动终端发送过来的参数

计算X₁，

第二后台服务器接收到移动终端发送过来的参数

计算X₂，

所述步骤F为：两个后台服务器分别把X₁和X₂发送给移动终端。

所述n大于512比特位。

本发明的密钥生成方法称为零知识协同计算算法。

本发明的有益效果是，突破了目前移动终端节点的能量有限、计算能力较低，无法实现复杂的加密算法这一国际性的技术瓶颈，提出了一种新的基于零知识协同计算密钥生成方法，可以在移动终端独享非对称密钥，从根本上解决了移动终端密钥独享和会话密钥生成问题。本发明核心安全技术采用基于零知识协同计算技术，其基本思想为：密钥对生成过程中，采用零知识协同计算技术把最耗时间的大数模幂运算交给相关服务器去计算，而不用移动终端设备自身来进行大量的模幂，同时相关服务器无法从获取中间参数值来破解移动终端的密钥，从而加快公钥密钥对产生的速度，解决了由于移动终端内存小，计算能力弱，无法在移动终端产生密钥的问题，使得移动设备终端真正意义上的用户独享用户密钥的原则，保证了移动支付过程中密钥的安全。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明的零知识协同计算密钥独享过程的示意图。

图2为本发明的零知识协同计算RSA算法实施流程示意图。

图3为应用本发明的移动支付方法系统结构示意图。

图4为本发明的移动支付方法过程的示意图。

图5为本发明的移动支付注册流程图。

图6为本发明的移动支付支付流程图。

具体实施方式

实施例1：

本发明的计算密钥生成方法包括下述步骤：

A)移动终端随机的生成两个n位伪随机数p，q；

B)移动终端对生成的随机数p，q作素性检测，若检测通过，则继续，否则返回到步骤A；

C)移动终端计算N＝p×q，

并随机生成随机数g、t₁、k、l，并计算

D)移动终端把参数

和参数

传送给后台服务器；

E)后台服务器接收到移动终端发送过来的参数和

计算X₁和X₂，

F)后台服务器把X₁和X₂发送给移动终端；

G)移动终端接收到参数X₁和X₂，计算并判断X₁＝±X₂(mod N)是否成立，若不满足，则返回步骤A，满足则继续；

H)移动终端再次验证p和q是否为素数，若满足，则根据RSA算法产生RSA密钥对，若不满足，则返回步骤A。

实施例2

本实施例的计算密钥生成方法包括下述步骤：

A)移动终端随机的生成两个n位伪随机数p，q；n为512比特位，1024比特位，2048比特位等；

B)移动终端对生成的随机数p，q作素性检测，若检测通过，则继续，否则返回到步骤A；

C)移动终端计算N＝p×q，

并随机生成随机数g、t₁、k、l，并计算

D)移动终端把参数

传送给第一后台服务器，参数

传送给第二后台服务器；

E)第一后台服务器接收到移动终端发送过来的参数

计算X₁，第二后台服务器接收到移动终端发送过来的参数计算X₂，

F)两个后台服务器分别把X₁和X₂发送给移动终端；

G)移动终端接收到参数X₁和X₂，计算并判断X₁＝±X₂(mod N)是否成立，若不满足，则返回步骤A，满足则继续；

H)移动终端再次验证p和q是否为素数，若满足，则根据RSA算法产生RSA密钥对，若不满足，则返回步骤A。

本实施例与实施例1的区别在于采用了两个服务器，一方面增强了安全性，另一方面，分配运算任务有利于提高运算速度。

实施例3

本实施例为采用本发明的密钥生成方法的移动支付方案。

要用手机进行支付，首先用户需要再银行系统开通银行账户(银行卡)，手机用户在手机软件支持下操作手机，并且移动终端通过互联网，以密文形式提交用户的银行帐号，身份证号。该功能将用户的手机号码，银行帐号，身份证号码提交给移动支付平台，在移动支付平台上注册手机，具体流程如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤301：移动用户选择注册，发送注册请求信息给移动支付平台，注册请求信息其中包括发卡银行；

步骤302：移动支付平台接收到用户的注册请求信息，验证是否支持该银行业务，若支持；得到用户的手机号，到用户管理模块验证用户是否注册，若未注册，请求用户填写相关注册信息(身份证号，银行帐号，银行密码)，同时发送移动支付平台证书给用户(若预装移动支付平台证书，就不需要发送)。

步骤303：用户收到移动支付平台证书，验证移动支付平台证书，若验证未通过，则注册流程结束(或者发送证书验证未通过消息给移动支付平台，请求移动支付平台再次发送证书。验证通过，则执行步骤304。否则执行步骤307。

步骤304：则手机终端与移动支付平台交互，用户向移动支付平台提出产生密钥的请求，并包含计算参数，计算参数中已隐藏了待产生的密钥信息或片段。

步骤305：移动支付平台根据这些计算参数进行大量运算，得出产生密钥对所需的中间结果返回给移动终端。

步骤306：根据这些中间结果以及隐藏在计算参数中的陷门计算出最终密钥。利用零知识协同计算算法产生用户私钥和用户公钥，私钥保留在手机终端。并产生移动支付平台和手机终端共享的会话密钥，并且用共享会话密钥加密注册信息和注册信息签名。用移动支付平台公钥加密共享会话密钥和用户公钥。

步骤307：发送注册信息给移动支付平台，其中包括：会话密钥加密的用户注册信息、注册信息签名信息、以及用户公钥、移动支付平台公钥加密会话密钥的信息。

步骤308：移动支付平台接收到用户发送的信息，用移动支付平台私钥进行解密，得到临时会话密钥，然后再解密得到信息，然后把银行帐号，用户公钥，把身份证号，银行卡号，银行密码。

步骤309：发送身份证号，银行卡号，银行密码给发卡银行。

步骤310：向银行认证用户帐户信息，并返回认证结果；

步骤311：发送银行验证信息给移动支付平台.

步骤312：移动支付平台收到验证信息，若验证未通过，则执行步骤317；若验证通过，则执行步骤313。

步骤313：收到验证通过信息，移动支付平台则随机的生成一个用户号和签约密码(签约密码的产生算法可以关联用户注册信息而产生)，并根据用户注册信息，用户公钥，生成用户证书，将用户的基本信息保存在用户模块数据库中，然后用临时密钥加密用户证书给手机终端，表示手机号与银行号绑定成功。

步骤314：发送注册成功信息给移动终端

步骤315：用户接收到移动支付平台发送的消息，用临时会话密钥解密得到和签约密码(签约密码在手机终端显示出来，可以选择保存或删除或修改，但提醒用户修改签约密码，把签约密码及时删除)。用户证书保留(证书可以作为用户的以后交易身份验证凭证)，并显示注册成功的消息。

步骤316：在移动终端显示取消本次注册，结束。

移动终端用户在移动支付终端注册之后，可以进行移动支付，图3为本发明的安全措施进行移动支付的实施的流程图，该流程图包括以下步骤：

步骤401：客户通过浏览器选择好要购买的商品后，客户向商家发出购买请求。

步骤402：手机终端利用用户名和密码在移动电子商务平台进行登录：若用户名和密码验证不通过，则请求用户在移动电子商务平台进行注册，填写注册信息，包括用户输入用户名、身份证号，姓名(必须真实，产生机票的时候需要)、Email、联系电话、联系地址和邮编等个人信息，系统为用户分配用户ID，保存用户信息。

步骤403：如用户登录客票服务平台成功，发送确认信息给移动终端。

步骤404：则用户填写相关订单(Order)信息和用户证书，用移动商务平台公钥加密，然后发送移动电子商务平台。

步骤405：商家收到手机终端发送的请求和用户证书，利用移动商务平台私钥解密，得到临时会话密钥，然后解密得到订单信息和用户证书，获得用户公钥，验证该订单信息，验证通过，查询是否有货，确认后锁定该商品，生成订单(Order)，商家对订单进行签名，并用临时会话密钥加密订单和订单签名。

步骤406：移动商务平台把加密订单和订单签名信息发送给手机终端；

步骤407：手机终端收到订单信息，并激活手机终端软件，把订单保存在手机终端，同时产生一临时会话密钥，并用移动平台公钥加密临时会话密钥，发送支付请求给移动支付平台。

步骤408：移动支付平台获得用户的信息，解密得到临时会话密钥，并获取手机号，然后验证手机用户是否已注册，若已注册，则验证证书是否有效，则发送验证通过信息给用户。

步骤409：若手机终端在规定时间没有收到移动支付平台发送的验证通过信息，则返回步骤407再发送一次。手机接收到移动支付平台验证通过消息，则产生支付命令，然后对支付命令进行签名，输入签约密码，与临时会话密钥进行异或得到，用临时会话密钥加密支付命令和支付命令的签名，发送给移动支付平台。

步骤410：移动支付平台在规定时间内没有收到手机终端发送过来的支付命令消息，则返回第步骤404，再发送一次确认成功的消息；若移动支付平台收到手机发送的支付命令，首先利用临时会话密钥得到，利用哈希函数然后验证用户签名是否正确，如果验证通过。并得到用户的支付命令，根据用户ID得到注册密码，然后验证与接收到的是否一致，若一致，根据注册密码查找数据库，得到真正的银行密码，并把银行密码和支付金额发送给发卡银行进行用户身份级验证。

步骤411：若发卡银行认证通过并且帐户余额查询满足支付钱数，然后发送认证成功的消息给送移动支付平台；若验证未通过，则发送验证未通过的消息；若余额不够，则发送余额不够的消息。

步骤412：若移动支付平台收到验证未通过的消息，则移动支付平台产生银行帐号和密码不匹配的消息给手机终端；

步骤413：若移动支付平台收到余额不够的消息，则移动支付平台产生余额不够的消息给手机终端；

步骤414：移动支付平台接收到认证通过消息，要求发卡银行进行转账，并产生本次交易的交易号ID和临时会话密钥，移动支付平台产生收款命令，对收款命令进行签名，发送给商家

步骤415：若商家在规定的时间内没有收到移动支付平台发送过来的收款命令，则返回第402步再次发送商家订单签名一次；若商家接收到移动支付平台的消息，首先利用商家私钥得到临时会话密钥，然后利用临时会话密钥进行解密，得到移动支付平台收款命令和收款命令的签名，进行确认之后，保存移动支付平台的收款命令，保存到数据库，然后对收款命令进行签名，作为商家承诺的凭证发送给移动支付平台，同时把商品交给手机用户，发送出货成功的消息给手机用户。

步骤416：用户收到商家发送过来的出货成功的消息，对其进行签名，然后向支付平台发送收货成功的消息和其签名

步骤417：移动支付平台接收到商家发送的信息，核实商家签名后，并接收到用户发送的出货成功的消息和签名，并将商家签名和用户收货签名，保存认证支付历史数据库。

本发明在DH算法中产生会话密钥实施方案一，具体步骤如下：

A)后台服务器产生大素数p和p的本原根g，然后依次计算出gⁱ mod p，其其中可以是按照比特、字节或字来计算，例如按照比特计算i＝2⁰，2¹，…，2^n-1，对应生成一张表，如下：

B)移动终端1向后台服务器请求k₁个模幂结果，移动终端2向后台服务器请求k₂个模幂结果。

C)后台服务器在表中随机选择k₁个模幂结果

发送给移动终端1，在表中随机选择k₂个模幂结果发送给移动终端2。

D)移动终端1接收到k₁个模幂结果

随机选择r₁个模幂结果进行运算

移动终端2接收到k₂个模幂结果

随机选择r₂个模幂结果进行运算

将Y_A，Y_B公布出来。

E)移动终端1将计算

然后计算移动终端2将计算

然后计算

本发明在DH算法中产生会话密钥实施方案二：具体步骤如下：

A)后台服务器产生大素数p和p的本原根g，然后发送给移动终端1和移动终端2。

B)移动终端1随机生X_A，其中X_A＜p，然后随机生成一个其中

比X_A小得多，可得

然后移动终端1把结果

发送给后台服务器。

C)移动终端2随机生X_B，其中X_B＜p，然后随机生成一个φ₁，其中φ₁比X_B小得多，可得φ₂＝X_A-φ₁，然后移动终端2把结果φ₂发送给后台服务器。

D)后台服务器接收到

φ₂，依次计算

然后分别把Y′_A，Y′_B发送给移动终端1和移动终端2。

E)移动终端1将计算

然后把Y_A发送给移动终端2。

F)移动终端2将计算然后把Y_B发送给移动终端1。

G)移动终端1然后计算

移动终端2将计算

Claims (3)

1.一种用于移动终端设备的计算密钥生成方法，其特征在于，包括下述步骤：

A)移动终端随机的生成两个n位伪随机数p、q；

B)移动终端对生成的随机数p、q作素性检测，若检测通过，则继续，否则返回到步骤A；

C)移动终端计算N＝p×q，

并随机生成随机数g、t₁、k、l，并计算

D)移动终端把参数

和参数

传送给后台服务器；

E)后台服务器接收到移动终端发送过来的参数

和计算X₁和X₂，

F)后台服务器把X₁和X₂发送给移动终端；

G)移动终端接收到参数X₁和X₂，计算并判断X₁＝±X₂(mod N)是否成立，若不满足，则返回步骤A，满足则继续；

H)移动终端再次验证p和q是否为素数，若满足，则根据RSA算法产生RSA密钥对，若不满足，则返回步骤A。

2.如权利要求1所述的用于移动终端设备的计算密钥生成方法，其特征在于，所述步骤D为：移动终端把参数

传送给第一后台服务器，参数

传送给第二后台服务器；

所述步骤E为：第一后台服务器接收到移动终端发送过来的参数

计算X₁，

第二后台服务器接收到移动终端发送过来的参数

计算X₂，

所述步骤F为：两个后台服务器分别把X₁和X₂发送给移动终端。

3.如权利要求1所述的用于移动终端设备的计算密钥生成方法，其特征在于，所述n大于512比特位。

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