CN105141425B - 一种基于混沌映射的可保护身份的双向认证方法 - Google Patents

Abstract

本发明请求保护一种基于混沌映射的可保护身份的双向认证方法，包括步骤：用户A和用户B向Tread进行用户注册；A首先计算匿名身份信息N_A以及认证消息c₁，并将c₁发送给B，B先检查认证消息c₁是否有效，有效则计算B的匿名身份信息N_B以及认证消息c₂，并将c₁和c₂发送给Tread；Tread验证用户A和B的匿名身份是否合法，合法则计算确认消息c₃并发送给B；当B收到c₃后，首先确认自己的身份，然后计算B与A的临时会话密钥并做hash运算处理，最后计算认证消息c₄并发送给A；A收到c₄后，验证A与B的会话密钥，验证成功则计算确认消息c₅并发送给B，B收到c₅后，计算H(K_BA||N_B)，验证c₅的正确性，若正确则确认会话密钥。本发明降低了用户及可信第三方服务器的计算量、简化了密钥管理、加强了隐私保护。

Description

一种基于混沌映射的可保护身份的双向认证方法

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，是一种涉及身份认证的方案，可用于移动互联网中用户间双向匿名认证，实现用户之间安全通信。

背景技术

随着物联网等新一代信息技术的发展，物-物，人-物交互变得越来越频繁，为了保证通信安全，实体之间的认证必不可少。传统认证方案大都只关注了实体身份的真实性认证，而缺乏对实体真实身份的保护。而在移动互联网及大数据等新兴技术背景下，实体真实身份一旦被恶意用户或攻击者收集，可能用于用户行为分析如行为跟踪等，从而导致用户隐私被暴露。因此，在设计双向认证协议时，有必要考虑用户真实身份的保护。混沌密码体制由于其具有初值敏感、非周期性、伪随机等特性，非常适于认证协议设计。

虽有虽然现有少数方案实现了用户间双向匿名，但这只能实现对认证系统之外的第三方身份匿名，认证双方仍然可以知晓彼此身份，参与认证的用户身份仍然存在泄漏风险。为此，本发明基于混沌映射，设计了一种可保护真实身份的双向认证及密钥协商方案。本发明采用hash函数和异或运算对用户真实身份进行处理实现匿名化，引入可信第三方服务器对用户提交的匿名身份进行认证，使得参与认证的双方不仅可以确认彼此身份真实可信，又不会暴露彼此的真实身份标识，最后在此基础上进一步协商出会话密钥和临时身份。

发明内容

针对现有技术的不足，提出了一种降低了用户及可信第三方服务器的计算量、简化了密钥管理的基于混沌映射的可保护身份的双向认证方法。本发明的技术方案如下：一种基于混沌映射的可保护身份的双向认证方法，其包括以下步骤：

101、对于两个要相互认证并分配会话密钥给对方的用户A和用户B，用户A和用户B首先分别向可信第三方服务器Tread进行用户注册；

102、当完成向可信第三方服务器Tread进行用户注册后，用户A首先计算其自己的匿名身份信息N_A以及用于可信第三方服务器Tread认证其匿名身份信息的认证消息c₁，并将认证消息c₁发送给用户B，

103、当用户B收到用户A发送的认证消息c₁后，首先检查认证消息c₁是否有效，然后按照与用户A相同的方式计算用户B本身的匿名身份信息N_B以及用于可信第三方服务器Tread验证其匿名身份信息的认证消息c₂，并将认证消息c₁和认证消息c₂发送给可信第三方服务器Tread；

104、当可信第三方服务器Tread收到B发来的认证消息后，首先验证用户A和B的匿名身份是否合法，若均合法则计算确认用户A和用户B匿名身份合法的消息c₃，然后将c₃发送给用户B；

105、当用户B收到可信第三方服务器Tread发送来的确认消息c₃后，首先验证身份信息的有效性，然后计算B与A的临时会话密钥K_BA，并做hash运算处理，最后计算认证K_BA的消息c₄并发送给A；

106、用户A收到用户B发送的认证消息c₄后，验证A与B的会话密钥，验证成功则计算确认K_BA的消息c₅，并发送给用户B；

107、用户B收到确认消息c₅后，首先计算H(K_BA||N_B)，然后验证c₅的正确性，若正确则确认会话密钥K_BA，其中H()表示哈希运算。

进一步的，步骤101的进行用户注册具体为：A)用户A和B通过安全信道向可信第三方服务器发送自己的真实身份ID_i和登录口令PW_i；

B)可信第三方服务器Tread将用户的登录口令做hash运算，并以如下形式{ID_i，H(PW_i)}存储，该信息用于认证用户匿名身份。

进一步的，步骤102具体为：①用户A选择两个随机整数r_A和x_A，并计算切比雪夫混沌映射值

②然后计算其临时会话身份N_A，即：A与Tread之间的临时会话密钥即：其中(x,T_s(x),P)为可信第三方服务器Tread的公共参数；

③最后计算认证消息并将c₁ 发给用户B，其中T_A是A当前的时间戳，表示以为密钥的对称加密；

进一步的，步骤103具体为：①用户B首先检查不等式|T_B-T_A|＜ΔT是否成立，其中T_B是B当前的时间戳，ΔT是有效的时间间隔；

②若成立，B选择两个随机整数r_B和x_B，并计算

③然后计算其临时会话身份N_B，即：B与Tread之间的临时会话 密钥即：

④最后计算认证消息并将 认证消息c₁和c₂发给可信第三方服务器Tread，其中表示以为密钥的对称加密。

进一步的，步骤104具体为：

①可信第三方服务器Tread首先验证不等式|T-T_A|＜ΔT，|T-T_B|＜ΔT是否都成立，T是可信第三方服务器Tread当前的时间戳；

②若均成立，Tread计算用于解密C₁和C₂的密钥和然后用和去解密C₁和C₂；

③Tread再计算和然后验证其与密文中解密出来的和是否均相等；

④若均相等，Tread则检查用户A和B匿名身份N_A,N_B合法性，具体过程如下：

1)：Tread根据密文中的ID_A和ID_B找到存储中的H(PW_A)和H(PW_B)；

2)：然后计算和并验证与x_A，与x_B是否均相等；

3)：若均相等则都是合法用户，有一步不相等则停止验证；

⑤Tread最后计算确认用户A和用户B匿名身份合法的消息c₃＝{H(x_A),H(H(x_A)||H(x_B))}，并发送给用户B。

进一步的，步骤105具体为：①用户B首先计算H(H(x_A)||H(x_B))，验证其与消息中解密出的H(H(x_A)||H(x_B))是否相等；

②若验证成功则确认A的临时回话身份N_A；

③然后计算B与A的会话密钥K_BA，即；

④最后计算用于认证用户A与B的临时会话密钥K_BA的消息并发给用户A。

进一步的，步骤106具体为：①首先计算A与B的会话密钥K_AB，即：

②然后计算H(K_AB||H(x_A)||N_B)并验证与消息中解密出来的H(K_BA||H(x_A)||N_B)是否相等；

③若相等则验证成功，获得B的临时回话身份N_B，确认A与B的会话密钥为K_AB；

④最后计算确认临时会话密钥的消息c₅＝H(K_AB||N_B)，并发送给用户B；

进一步的，步骤107具体为：①用户B首先根据其匿名身份N_B和与用户A的临时会话密钥K_BA计算H(K_BA||N_B)，然后验证H(K_BA||N_B)与c₅是否相等，其中H()表示哈希运算；

②若相等，则确认B与A之间的会话密钥K_BA。

本发明的优点及有益效果如下：

(1)在计算代价方面，本方法用Hash函数运算和异或运算替换对称加解密运算，从而降低了用户及可信第三方服务器的计算量；

(2)在密钥分配与管理方面，本方法只需用户保存其登录口令、服务器存储{ID_i，H(PW_i)}，从而简化了密钥分配，同时，利用切比雪夫多项式半群性质，实现了用户与可信第三方服务器之间的临时会话密钥协商，简化了密钥管理；

(3)在安全性方面，在用户间进行会话时，使用hash函数运算和异或运算处理用户真实身份实现匿名化，使用对称加密处理通讯消息以保证通讯信息的安全性，然后传递给可信第三方服务器进行认证以确保只有合法用户才能建立会话，因此非法用户无法获得合法用户的任何有用信息，且能抵抗多种已知攻击。

附图说明

图1是本发明提供优选实施例基本结构框架图；

图2为用户注册成合法用户图；

图3为双向匿名认证图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

本发明方法具体包括以下步骤：

(1)用户注册

(2)双向匿名认证

所述用户注册，包括如下步骤：

A)用户通过安全频道向可信第三方服务器发送自己的真实身份ID_i和登录口令PW_i；

B)可信第三方服务器Tread将用户的登录口令做hash运算，并以如下形式{ID_i，H(PW_i)}存储，该信息用于认证用户匿名身份；

所述双向匿名认证，包括如下步骤：

C)对于两个要相互认证并分配会话密钥的用户A和用户B，用户A首先计算其匿名身份信息N_A以及用于可信第三方服务器Tread认证其匿名身份信息的消息c₁，并将c₁发送给用户B，具体过程如下：

①用户A选择两个随机整数r_A和x_A，并计算

②然后计算其临时会话身份N_A，即：A与Tread之间的临时会话密钥即：其中(x,T_s(x),P)为可信第三方服务器Tread的公共参数；

③最后计算认证消息并将c₁ 发给用户B，其中T_A是A当前的时间戳，表示以为密钥的对称加密；

D)当用户B收到用户A发送的认证消息c₁后，首先检查c₁是否有效，然后按照与用户A相同的方式计算其匿名身份信息N_B以及用于可信第三方服务器Tread验证其匿名身份信息的认证消息c₂，并将认证消息c₁和c₂发送给可信第三方服务器Tread，具体过程如下：

①用户B首先检查不等式|T_B-T_A|＜ΔT是否成立，其中T_B是B当前的时间戳，ΔT是有效的时间间隔；

②若成立，B选择两个随机整数r_B和x_B，并计算

③然后计算其临时会话身份N_B，即：B与Tread之间的临时会话 密钥即：

④最后计算认证消息并将认 证消息c₁和c₂发给可信第三方服务器Tread，其中表示以为密钥的对称加密；

E)当可信第三方服务器Tread收到B发来的认证消息后，首先验证用户A和B的匿名身份是否均合法，若均合法则计算确认消息c₃，然后将c₃发送给用户B，具体过程如下：

①Tread首先验证不等式|T-T_A|＜ΔT，|T-T_B|＜ΔT是否都成立，T是Tread当前的时间戳；

②若均成立，Tread计算用于解密C₁和C₂的密钥和然后用和去解密C₁和C₂；

③Tread再计算和然后验证其与密文中解密出来的和是否均相等；

④若均相等，Tread则检查用户A和B匿名身份N_A,N_B合法性，具体过程如下：

1)：Tread根据密文中的ID_A和ID_B找到存储中的H(PW_A)和H(PW_B)；

2)：然后计算和并验证与x_A，与x_B是否均相等；

3)：若均相等则都是合法用户，有一步不相等则停止验证。

⑤Tread最后计算确认用户A和用户B匿名身份合法的消息c₃＝{H(x_A),H(H(x_A)||H(x_B))}，并发送给B；

F)当B收到Tread发送来的消息后，首先确认其身份，然后计算其与A的临时会话密钥K_BA，并做hash运算处理，最后计算认证消息c₄并发送给A，具体步骤如下：

①B首先计算H(H(x_A)||H(x_B))，验证其与消息中解密出的H(H(x_A)||H(x_B))是否相等；

②若验证成功则确认A的临时回话身份N_A；

③然后计算B与A的会话密钥K_BA，即；

④最后计算用于认证用户A与B的临时会话密钥K_BA的消息并发给用户A；

G)用户A收到认证消息c₄后，验证A与B的会话密钥，并通知B会话密钥的正确性，具体过程如下：

①首先计算A与B的会话密钥K_AB，即：

②然后计算H(K_AB||H(x_A)||N_B)并验证与消息中解密出来的H(K_BA||H(x_A)||N_B)是否相等；

③若相等则验证成功，获得B的临时回话身份N_B，确认A与B的会话密钥为K_AB；

④最后计算确认临时会话密钥的消息c₅＝H(K_AB||N_B)，并发送给B；

F)B收到A发送的确认消息c₅后，计算H(K_BA||N_B)，验证c₅的正确性，若正确则确认会话密钥。

根据图2所示，一个用户想要注册成合法用户，必须通过安全频道将自己的真实身份和登录口令发送给可信第三方服务器Tread，然后Tread将用户的登录口令做hash运算，并以如下形式{ID_i，H(PW_i)}存储。

2、根据图3所示，用户A欲与用户B建立会话密钥。1)用户A计算其匿名身份信息、临时会话密钥和用于认证其匿名身份信息的信息，并将认证匿名身份信息发送给用户B；2)用户B首先检查A发来消息的时间戳的合法性，若合法按照与A相同的方式计算其匿名身份信息、临时会话密钥和用于认证其匿名身份信息的信息，并将用户A与他自己的用于认证其匿名身份的信息发送给可信第三方服务器；3)可信第三方服务器收到消息后，首先检查A与B的匿名身份信息的合法性，然后计算确认匿名身份合法的信息并发给B；4)B收到消息后，首先验证消息，然后计算他与A的会话密钥，并将会话密钥经hash函数处理后发给A；5)A收到消息后，验证会话密钥，然后计算并发送会话密钥确认信息给B。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种基于混沌映射的可保护身份的双向认证方法，其特征在于，包括以下步骤：

101、对于两个要相互认证并分配会话密钥给对方的用户A和用户B，用户A和用户B首先分别向可信第三方服务器Tread进行用户注册；

102、当完成向可信第三方服务器Tread进行用户注册后，用户A首先计算自己的匿名身份信息N_A以及用于可信第三方服务器Tread认证其匿名身份信息的认证消息c₁，并将认证消息c₁发送给用户B；

103、当用户B收到用户A发送的认证消息c₁后，首先检查认证消息c₁是否有效，然后按照与用户A相同的方式计算用户B本身的匿名身份信息N_B以及用于可信第三方服务器Tread验证其匿名身份信息的认证消息c₂，并将认证消息c₁和认证消息c₂发送给可信第三方服务器Tread；

104、当可信第三方服务器Tread收到B发来的消息后，首先验证用户A和B的匿名身份是否合法，若合法则计算确认用户A和用户B匿名身份合法的消息c₃，然后将c₃发送给用户B；

105、当用户B收到可信第三方服务器Tread发送来的确认消息c₃后，首先确认发送者身份，然后计算B与A的临时会话密钥K_BA，并做hash运算处理，最后计算用于认证会话密钥K_BA的消息c₄并发送给A；

106、用户A收到用户B发送的认证消息c₄后，验证A与B的会话密钥，验证成功则计算用于确认K_BA的消息c₅，并将其发送给用户B；

107、用户B收到确认消息c₅后，首先计算H(K_BA||N_B)，然后验证c₅的正确性，若正确则确认会话密钥K_BA，其中H()表示哈希运算；

步骤101的进行用户注册具体为：A)用户A和B通过安全信道向可信第三方服务器发送自己的真实身份ID_i和登录口令PW_i；

B)可信第三方服务器Tread将用户的登录口令做hash运算，并以如下形式{ID_i，H(PW_i)}存储，该信息用于认证用户匿名身份；

步骤102具体为：①用户A选择两个随机整数r_A和x_A，并计算切比雪夫混沌映射值

②然后计算其临时会话身份N_A，即：A与Tread之间的临时会话密钥即：其中(x,T_s(x),P)为可信第三方服务器Tread的公共参数，P表示公钥；

③最后计算认证消息并将c₁发给用户B，其中T_A是A当前的时间戳，表示以为密钥的对称加密；

步骤103具体为：①用户B首先检查不等式|T_B-T_A|＜ΔT是否成立，其中T_B是B当前的时间戳，ΔT是有效的时间间隔；

②若成立，B选择两个随机整数r_B和x_B，并计算切比雪夫混沌映射值

③然后计算其临时会话身份N_B，即：B与Tread之间的临时会话密钥即：

④最后计算认证消息并将认证消息c₁和c₂发给可信第三方服务器Tread，其中表示以为密钥的对称加密；

步骤104具体为：

①可信第三方服务器Tread首先验证不等式|T-T_A|＜ΔT，|T-T_B|＜ΔT是否都成立，T是可信第三方服务器Tread当前的时间戳；

②若均成立，Tread计算用于解密C₁和C₂的密钥和然后用和去解密C₁和C₂；

③Tread再计算和然后验证其与密文中解密出来的和是否均相等；

④若均相等，Tread则检查用户A和B匿名身份N_A,N_B合法性，具体过程如下：

1)：Tread根据密文中的ID_A和ID_B找到存储中的H(PW_A)和H(PW_B)；

2)：然后计算和并验证与x_A，

与x_B是否均相等；

3)：若均相等则都是合法用户，有一步不相等则停止验证；

⑤Tread最后计算确认用户A和用户B匿名身份合法的消息c₃＝{H(x_A),H(H(x_A)||H(x_B))}，并发送给用户B；

步骤105具体为：①用户B首先计算H(H(x_A)||H(x_B))，验证其与消息中解密出的H(H(x_A)||H(x_B))是否相等；

②若验证成功则确认A的临时会话身份N_A；

③然后计算B与A的会话密钥K_BA，即；

④最后计算用于认证用户A与B的临时会话密钥K_BA的消息并发给用户A；

步骤106具体为：①首先计算A与B的会话密钥K_AB，即：

②然后计算H(K_AB||H(x_A)||N_B)并验证与消息中解密出来的H(K_BA||H(x_A)||N_B)是否相等；

③若相等则验证成功，获得B的临时会话身份N_B，确认A与B的会话密钥为K_AB；

④最后计算确认临时会话密钥的消息c₅＝H(K_AB||N_B)，并发送给用户B；

步骤107具体为：①用户B首先根据其匿名身份N_B和与用户A的临时会话密钥K_BA计算H(K_BA||N_B)，然后验证H(K_BA||N_B)与c₅是否相等，其中H()表示哈希运算；

②若相等，则确认B与A之间的会话密钥K_BA。