CN106549858A - 一种基于标识密码的即时通信加密方法 - Google Patents

一种基于标识密码的即时通信加密方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于标识密码的即时通信加密方法，即时通信用户从标识密码系统的密钥生成系统下载标识对应的私钥，具有身份标识ID_a的即时通信用户A与具有身份标识ID_b的即时通信用户B实现安全即时通信，在通信过程中形成双方都知道其它都不知道的主密钥K使用选择的对称加密算法和消息一致性保护算法，对会话的内容进行加密和数据一致性保护。本发明的有益效果是，即时通信用户A和即时通信用户B在线通信时双方进行了强身份认证，即不拥有ID_a或ID_b对应的私钥无法有效计算通信保护密钥K，从而无法对加密的数据进行解密，或者伪造或篡改受到数据一致性保护的报文。在离线通信或群组通信中，没有对应的标识私钥无法解密离线或群组通信数据。

Description

一种基于标识密码的即时通信加密方法
技术领域
本发明涉及数据通讯中的数据安全的领域，特别涉及使用密码技术保护即时通信数据的安全的一种基于标识密码的即时通信加密方法。
背景技术
即时通信工具如QQ、微信等采用IP数字网络技术进行信息传递，大幅度降低了通信的开销。因IP网络的开放性，这类即时通信面临数据泄露，或者被篡改的风险，需要采用密码技术进行保护。
传统的方法，如QQ、Skype和微信等，在传统IM(Instant Message)系统基础上，加入客户端到服务器的加密通道。但这仍存在如下3个问题：消息的独立认证问题，身份的真实性由服务器保证，用户不能独立验证消息的发送方身份；端端安全通信问题，消息经服务器中时转重新加密，因此内容不对服务提供商保密，即不是端端安全。前向安全通信问题，QQ和Skype的会话密钥是永久性密钥，一旦泄露，将危及所有通信内容，即缺少前向安全。
发明内容
本发明的目的是针对目前即时通信工具如QQ、微信等采用IP数字网络技术进行信息传递，大幅度降低了通信的开销。因IP网络的开放性，这类即时通信面临数据泄露，或者被篡改的风险提供一种基于标识密码的即时通信加密方法。
本发明为实现其目的所采用的技术方案是：一种基于标识密码的即时通信加密方法，即时通信用户从标识密码系统的密钥生成系统下载标识对应的私钥，具有身份标识ID_a的即时通信用户A与具有身份标识ID_b的即时通信用户B实现安全即时通信，包括以下步骤；
步骤A、即时通信用户A检测即时通信用户B是否在线，如果在线转向步骤B、否则转向步骤C；
步骤B01、即时通信用户A使用即时通信用户B的身份标识发起通信过程；在即时通信用户A的终端生成随机X，根据系统选定的参数G，计算R_a＝GX；使用哈希函数H计算包括R_a，ID_a，ID_b的第一信息的摘要HASH_a；
步骤B02、即时通信用户A查询ID_b标识所在的标识密码系统的公开系统参数PP_b；使用PP_b和ID_b执行标识加密算法加密R_a和HASH_a；将包括加密结果的第二信息数据发送到即时通信用户B；
步骤B03、即时通信用户B收到即时通信用户A发送的第二信息数据后，使用ID_b对应的私钥解密报文获得R_a,HASH_a；
步骤B04、即时通信用户B校验HASH_a的合法性；如果不合法，则终止本次通信，否则生成随机数Y，根据系统选定的参数G，计算R_b＝GY,利用R_a和R_b计算K；使用哈希函数H计算包括R_a,R_b，ID_a，ID_b,K的第三信息的摘要HASH_b；
步骤B05、即时通信用户B查询ID_a标识所在的标识密码系统的公开系统参数PP_a；使用PP_a和ID_a执行标识加密算法加密R_b和HASH_b；将包括加密结果的第四信息数据发送到即时通信用户A；
步骤B06、即时通信用户A收到即时通信用户B发送的第四信息数据后；使用ID_a对应的私钥解密报文获得R_b,HASH_b；校验HASH_b的合法性；如果不合法，则终止本次通信；否则利用R_a和R_b计算K；
步骤B07、在即时通信用户A和即时通信用户B进行会话时使用K作为主密钥，使用选择的对称加密算法和消息一致性保护算法，对会话的内容进行加密和数据一致性保护；即时通信用户A和即时通信用户B实现安全会话，会话完毕结束；
步骤C、即时通信用户A查询ID_b标识所在的标识密码系统的公开系统参数PP_b；使用PP_b和ID_b执行标识加密算法加密即时消息数据。。
本发明的有益效果是，即时通信用户A和即时通信用户B在线通信时双方进行了强身份认证，即不拥有ID_a或ID_b对应的私钥无法有效计算通信保护密钥K，从而无法对加密的数据进行解密，或者伪造或篡改受到数据一致性保护的报文。在离线通信或群组通信中，没有对应的标识私钥无法解密离线或群组通信数据。
进一步的，上述的基于标识密码的即时通信加密方法中：在所述的步骤B04中利用R_a和R_b计算K的公式为K＝(GX)Y＝GXY；在所述的步骤B06中利用R_a和R_b计算K的公式为K＝(GY)X＝GXY。
进一步的，上述的基于标识密码的即时通信加密方法中：在所述的步骤B04和步骤B06中利用R_a和R_b计算K的公式为K＝R_a⊕R_b。
进一步的，上述的基于标识密码的即时通信加密方法中：第二信息还包括ID_a，ID_b，ID_a/ID_b所在的标识密码系统的标识ID_kgc_a/ID_kgc_b。第四信息还包括ID_a，ID_b，ID_a/ID_b所在的标识密码系统的标识ID_kgc_a/ID_kgc_b。另外，所述的第一信息、第二信息、第三信息、第四信息中还包括当前时间T。
进一步的，上述的基于标识密码的即时通信加密方法中：步骤B07中会话的内容包括文字、语音、文件。
本发明还提供一种即时通用户群进行安全方式，技术方案为：一种基于标识密码的即时通信加密方法，由一组即时通信用户[Xi]组成的即时通信用户群,i为自然数，群成员Xi分别具有身份标识ID_xi，所述的即时通信用户群创建时为生成一个唯一的群标识GP_x，实现安全即时通信用户群之间的通信，包括以下步骤；
步骤1、即时通信用户群成员从标识密码系统的密钥生成系统下载标识对应的私钥；
步骤2、即时通信用户群中任一即时通用户Xi获得群标识GP_x对应的标识私钥GS_x；
步骤3、在即时通信用户群中任一即时通用户需要发送即时信息时，都使用群组标识GP_x加密会话内容，发送密文消息；
步骤4、在即时通信用户群中其它即时通用户利用群组标识GP_x的私钥GS_x解密收到的密文消息。
进一步的，上述的于标识密码的即时通信加密方法中：步骤2中，任一即时通用户Xi获得群标识GP_x对应的标识私钥GS_x包括：
步骤201、即时通信用户群中的即时通用户Xi向即时通系统发起获取标识GP_x的请求；
步骤202、即时通系统判断即时通用户Xi是否属于即时通信用户群GP_x成员，如果是转向步骤203，否则结束；
步骤203、即时通系统则生成标识私钥GS_x通过安全的通道发送到即时通用户Xi。该步骤203中，使用群组中用户Xi的标识ID_xi加密群组标识私钥GS_x后发送给Xi，Xi使用其标识私钥解密后获得群组标识私钥。
进一步的，上述的于标识密码的即时通信加密方法中：即时通信用户群中任一即时通用户Xi如果离开群后，即时通系统将即时通信用户群标识修改到GP'_x,通知所述的即时通信用户群中其他即时通用户在群通信时使用新的标识GP'_x加密，并重新安全分发新的群私钥GS'_x。
下面结合附图和具体实施例对本发明作较为详细的描述。
附图说明
图1是两个即时通用户在线协商密钥过程。
图2是两个即时通用户通信时，其中一个不在线时安全通信过程。
图3是即时通信用户群中群组密钥分发过程。
图4是即时通信用户群中群组加密通信过程。
具体实施方式
实施例1，本实施例是一种即时通用户A和即时通用户B进行保密会话的方法。
本实施例的目的是针对实时多媒体通信过程中面临的身份伪造、数据泄露、数据篡改面临的安全风险，提供一种强身份认证的密钥协商和数据加密方法。
本实施例是说明两个即时通信用户A和B利用即时通信的系统如QQ、微信、SKYPE等进行保密实时会话，我们知道，使用这样的即时通系统进行会话的用户，需要拥有具备计算能力的智能移动终端或PC终端，终端安装上述系统，下面的描述中即时通信用户和即时通信客户端、用户的物理形态均可理解为一个人使用一台智能终端与另外一个使用另外一台智能终端通过互联网进行通信，至于该两个人的空间位置可以不限。在实践中，即时通信用户采用即时通信过程中通用的手机号码或邮件地址、QQ号、微信号等具有唯一性的信息作为身份标识，用户进行在线即时通信时首先执行基于标识的身份认证和密钥协商机制，协商只有双方才可以计算的密钥，使用该密钥配合数据加密方法再实现数据交换。
该方法包括以下步骤实现：
步骤1、在即时通信客户端装载手机号码或邮件地址等通信过程身份标识对应的标识私钥。即时通信客户端需要从标识密码系统的密钥生成系统下载标识对应的私钥。此过程可能涉及密钥生成系统认证用户具有对应的手机号码或邮件地址等身份信息。标识密码系统的密钥生成系统是一种“可信的自信任机构(Self-Trust Authority，STA)。
情况1、在通信双方A和B都在线的情况下，如图1所示。
步骤2.1、用户A(具有身份标识ID_a)使用即时通信客户端输入用户B的通信身份标识(如手机号码或邮件地址等ID_b)发起通信过程；即时通信客户端生成随机X，根据系统选定的参数G，计算R_a＝GX；使用哈希函数H计算包括R_a，ID_a，ID_b以及一些其他相关信息的摘要HASH_a。这里参数G可以是满足安全性需求的椭圆曲线点群中的生成元，或者素数域上乘法群中的生成元。
步骤2.2、A方即时通信客户端查询ID_b标识所在的标识密码系统的公开系统参数PP_b；使用PP_b和ID_b执行标识加密算法加密R_a和HASH_a；将加密结果,以及可选的ID_a，ID_b，ID_a/ID_b所在的标识密码系统的标识ID_kgc_a/ID_kgc_b等信息发送到B方。
步骤2.3、B方即时通信客户端收到步骤3的数据后，使用ID_b对应的标识使用解密报文获得R_a,HASH_a；B首先校验HASH_a的合法性；如果不合法，则终止本次通信，否则生成随机Y，根据系统选定的参数G，计算R_b＝GY,K＝(GX)Y＝GXY或者K＝R_a⊕R_b；使用哈希函数H计算包括R_a,R_b，ID_a，ID_b,K以及一些其他相关信息的摘要HASH_b。
步骤2.4、B方即时通信客户端查询ID_a标识所在的标识密码系统的公开系统参数PP_a；使用PP_a和ID_a执行标识加密算法加密R_b和HASH_b；将加密结果,以及可选的ID_a，ID_b，ID_a/ID_b所在的标识密码系统的标识ID_kgc_a/ID_kgc_b等信息发送到A方。
步骤2.5、A方即时通信客户端收到步骤5的报文后；使用ID_a对应的标识使用解密报文获得R_b,HASH_b；计算K＝(GY)X＝GXY或者K＝R_a⊕R_b；校验HASH_b的合法性；如果不合法，则终止本次通信。
步骤2.6、使用K作为密钥，采用密钥派生算法KDF(如ISO 18033-2中定义的KDF1或者KDF2)从K派生加密密钥和消息一致性保护密钥，使用选择的对称加密算法和消息一致性保护算法，对通信数据进行加密和数据一致性保护。被保护的数据可以是文字、语音、文件等。
情况2、在接收方B不在线的情况下，如图2所示。
3.1、A方即时通信客户端查询ID_b标识所在的标识密码系统的公开系统参数PP_b；使用PP_b和ID_b执行标识加密算法加密即时消息数据，数据可以是文字、语音、文件等。
情况3、在A、B、C等多人群组通信的情况下：如图4所示。这里采用通用的说法，在下面群是指即时通信用户群，用户是指即时通用户。
4.1、群组创建时为群生成一个唯一的群标识GP_x；
4.2、群组中用户Z获得标识GP_x对应的标识私钥GS_x；
4.2.1、Z向系统发起获取标识GP_x的请求
4.2.2、系统判断Z是否属于群GP_x，Z属于群GP_x，则生成标识私钥GS_x
4.2.3、系统通过安全的方案发送到用户Z。例如使用Z的标识加密GS_x后发送，Z使用其私钥解密获取密钥；安全的方案还有很多，就本实施例来看，由于我们采用的标识密码是邮箱号、电话号码等，因此，即时通系统也可以采用邮件或者电话短信的方式向即时通信用户群中的成员发送标识私钥GS_x。
4.3、U使用群组标识GP_x加密即时消息；
4.4、Z使用群组标识GP_x的私钥GS_x解密密文消息；
4.5、V如果离开群后，如有需要，系统系统修改群标识到GP'_x,并通知群中其他用户群通信时加密使用新的标识GP'_x，并重新下载新的群私钥GS'_x。如图3所示。
本实施例的有益效果是，两人在线通信时双方进行了强身份认证，即不拥有ID_a或ID_b对应的私钥无法有效计算通信保护密钥K，从而无法对加密的数据进行解密，或者伪造或篡改受到数据一致性保护的报文。在离线通信或群组通信中，没有对应的标识私钥无法解密离线或群组通信数据。

Claims (10)

1.一种基于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：即时通信用户从标识密码系统的密钥生成系统下载标识对应的私钥，具有身份标识ID_a的即时通信用户A与具有身份标识ID_b的即时通信用户B实现安全即时通信，包括以下步骤；
步骤A、即时通信用户A检测即时通信用户B是否在线，如果在线转向步骤B、否则转向步骤C；
步骤B01、即时通信用户A使用即时通信用户B的身份标识发起通信过程；在即时通信用户A的终端生成随机X，根据系统选定的参数G，计算R_a＝GX；使用哈希函数H计算包括R_a，ID_a，ID_b的第一信息的摘要HASH_a；
步骤B02、即时通信用户A查询ID_b标识所在的标识密码系统的公开系统参数PP_b；使用PP_b和ID_b执行标识加密算法加密R_a和HASH_a；将包括加密结果的第二信息数据发送到即时通信用户B；
步骤B03、即时通信用户B收到即时通信用户A发送的第二信息数据后，使用ID_b对应的私钥解密报文获得R_a,HASH_a；
步骤B04、即时通信用户B校验HASH_a的合法性；如果不合法，则终止本次通信，否则生成随机数Y，根据系统选定的参数G，计算R_b＝GY,利用R_a和R_b计算K；使用哈希函数H计算包括R_a,R_b，ID_a，ID_b,K的第三信息的摘要HASH_b；
步骤B05、即时通信用户B查询ID_a标识所在的标识密码系统的公开系统参数PP_a；使用PP_a和ID_a执行标识加密算法加密R_b和HASH_b；将包括加密结果的第四信息数据发送到即时通信用户A；
步骤B06、即时通信用户A收到即时通信用户B发送的第四信息数据后；使用ID_a对应的私钥解密报文获得R_b,HASH_b；校验HASH_b的合法性；如果不合法，则终止本次通信；否则利用R_a和R_b计算K；
步骤B07、在即时通信用户A和即时通信用户B进行会话时使用K作为主密钥；即时通信用户A和即时通信用户B实现安全会话，会话完毕结束；
步骤C、即时通信用户A查询ID_b标识所在的标识密码系统的公开系统参数PP_b；使用PP_b和ID_b执行标识加密算法加密即时消息数据。
2.根据权利要求1所述的基于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：在所述的步骤B04中利用R_a和R_b计算K的公式为K＝(GX)Y＝GXY；在所述的步骤B06中利用R_a和R_b计算K的公式为K＝(GY)X＝GXY。
3.根据权利要求1所述的基于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：在所述的步骤B04和步骤B06中利用R_a和R_b计算K的公式为K＝R_a⊕R_b。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：第二信息还包括ID_a，ID_b，ID_a/ID_b所在的标识密码系统的标识ID_kgc_a/ID_kgc_b。
5.根据权利要求1或2或3所述的基于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：第四信息还包括ID_a，ID_b，ID_a/ID_b所在的标识密码系统的标识ID_kgc_a/ID_kgc_b。
6.根据权利要求1或2或3所述的基于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：步骤B07、步骤C中会话的内容包括文字、语音、文件。
7.根据权利要求4所述的基于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：所述的第一信息、第二信息、第三信息、第四信息中还包括当前时间T。
8.一种基于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：由一组即时通信用户[Xi]组成的即时通信用户群,i为自然数，群成员Xi分别具有身份标识ID_xi，所述的即时通信用户群创建时为生成一个唯一的群标识GP_x，实现安全即时通信用户群之间的通信，包括以下步骤；
步骤1、即时通信用户群成员从标识密码系统的密钥生成系统下载标识对应的私钥；
步骤2、即时通信用户群中任一即时通用户Xi获得群标识GP_x对应的标识私钥GS_x；
步骤3、在即时通信用户群中任一即时通用户需要发送即时信息时，都使用群组标识GP_x加密会话内容，发送密文消息；
步骤4、在即时通信用户群中其它即时通用户利用群组标识GP_x的私钥GS_x解密收到的密文消息。
9.根据权利要求8所述的于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：步骤2中，任一即时通用户Xi获得群标识GP_x对应的标识私钥GS_x包括：
步骤201、即时通信用户群中的即时通用户Xi向即时通系统发起获取标识GP_x的请求；
步骤202、即时通系统判断即时通用户Xi是否属于即时通信用户群GP_x成员，如果是转向步骤203，否则结束；
步骤203、即时通系统则生成标识私钥GS_x通过安全的通道发送到即时通用户Xi。
10.根据权利要求8所的基于标识密码的即时通信加密方法，其特征在于：即时通信用户群中任一即时通用户Xi如果离开群后，即时通系统将即时通信用户群标识修改到GP'_x,通知所述的即时通信用户群中其他即时通用户在群通信时使用新的标识GP'_x加密，并重新安全分发新的群私钥GS'_x。
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