CN110191089A - 用于物联网数据处理的非交互式认证方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供用于物联网数据处理的非交互式认证方法，包括：数据采集端生成第一私钥和第一公钥，将第一公钥发送至所述密钥生成中心，以便密钥生成中心根据第一公钥为数据采集端生成第一初始部分密钥，并将第一初始部分密钥发送给所述数据采集端；接收第一初始部分密钥，根据第一初始部分密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第二私钥和第二公钥；接收多个用户端发送的多个密文；对所述多个密文进行聚合，生成聚合密文；根据所述第一私钥和第二私钥以及所述多个用户端的多个公钥对所述聚合密文进行聚合认证来对多个用户端进行认证。数据采集者仅接收多个用户端发送的数据，而无需向用户端发送认证交互信息，即可实现对多个用户端的身份和消息认证。

Description

用于物联网数据处理的非交互式认证方法和系统

技术领域

本发明涉及物联网，更为具体而言，涉及一种用于物联网数据处理的非交 互式认证方法和系统。

背景技术

随着移动通信技术的迅速发展，物联网技术逐渐融入人们的生活，越来越 多的用户终端需要连接到网络，满足用户的各种需求。一旦这些大规模连接的 用户终端受到攻击者的控制，它们将对网络产生严重影响。特别是，这些终端 通常用于传输敏感数据和信息，这些数据一旦被泄露，就会带来巨大的损失。 为了防止自己的数据遭受潜在的威胁，用户必须确保自己的机密数据的隐私性 和完整性。

在物联网场景中，用户终端数量是海量的，用户终端和数据采集者之间的 双方认证，对数据采集者而言，需要发送海量的交互信息，容易出现消息阻塞。 目前，现有认证技术复杂且无法支持用户终端设备组与数据收集者的多方认证 加密。

发明内容

本发明申请提供一种用于物联网数据处理的非交互式认证方法和系统，数 据采集者仅接收多个用户端发送的数据，而无需向用户端发送认证交互信息， 即可实现对多个用户端的身份和消息认证，不仅能够实现对多用户终端的非交 互式认证，而且在海量用户终端的场景下避免认证交互信息的消息阻塞，提高 对用户端的认证效率；此外，一次性的对多个用户端的多个密文进行聚合认证， 避免对单个用户端的单个密文进行单独认证，能够进一步提高对用户端的认证 效率。

本申请实施方式的第一方面，提供了一种用于物联网数据处理的非交互式 认证方法包括：数据采集端生成第一私钥和第一公钥，将所述第一公钥发送至 所述密钥生成中心，以便所述密钥生成中心根据所述第一公钥为所述数据采集 端生成第一初始部分密钥，并将所述第一初始部分密钥发送给所述数据采集端； 所述数据采集端接收所述第一初始部分密钥，根据所述第一初始部分密钥和所 述密钥生成中心的公开参数生成第二私钥和第二公钥；所述数据采集端接收多 个用户端发送的多个密文，其中，所述多个用户端中的第一用户端的密文是根 据该第一用户端的标识信息、所述密钥生成中心的公开参数、该第一用户端的 密钥以及所述数据采集端的第一公钥和第二公钥对消息进行加密获得；所述数 据采集端对所述多个密文进行聚合，生成聚合密文；所述数据采集端根据所述 第一私钥和第二私钥以及所述多个用户端的多个公钥对所述聚合密文进行聚合 认证来对所述多个用户端进行认证。

在一些实施方式中，所述方法还包括：第一用户端生成第三私钥和第三公 钥，将所述第三公钥发送至所述密钥生成中心，以便所述密钥生成中心根据所 述第三公钥为所述第一用户端生成第二初始部分密钥，并将所述第二初始部分 密钥发送给所述第一用户端；所述第一用户端接收所述第二初始部分密钥，根 据所述第二初始部分密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第四私钥和第四 公钥；将所述第三私钥和第四私钥作为所述第一用户端的私钥，将所述第三公 钥和第四公钥作为所述第一用户端的公钥，将所述第一用户端的私钥和第一用 户端的公钥作为所述第一用户端的密钥。

在一些实施方式中，所述方法还包括：所述密钥生成中心选取群G的一个 生成元P，并在有限域中随机选取一个整数s，其中，q是群G的素数阶， 是一个有限域；所述密钥生成中心将s作为主私钥msk，并计算所 述密钥生成中心的公钥P_pub＝sP；选定四个哈希函数H₀,H₁,H₂,H₃；所述密钥生 成中心公开公开参数params＝{G,P,q,P_pub,{H_i}_0≤i≤3}，并秘密保存主私钥msk。

在一些实施方式中，所述第一用户端生成第三私钥和第三公钥包括：

从所述有限域中随机选取x_i，计算X_i＝x_iP，生成用户端的第三公钥upk_i＝X_i，第三私钥usk_i＝x_i，其中，i为第一用户端的编号；所述密钥生成中心根据所述第 三公钥为所述第一用户端生成第二初始部分密钥，包括：在所述有限域中随 机选取r_i，计算R_i＝r_iP，h_1,i＝H₁(sn_i||X_i||R_i)，y_i＝r_i+s·h_1,i+H₀(sX_i)；生成所述第一 用户端的第二初始部分密钥，所述第二初始部分密钥包括第二初始部分公钥 ippk_i＝sn_i||R_i，以及第二初始部分私钥ipsk_i＝y_i，其中，sn_i为所述第一用户端在所 述密钥生成中心的注册序列号；根据所述第二初始部分密钥和所述密钥生成中 心的公开参数生成第四私钥和第四公钥包括：第一用户端根据第二初始部分密 钥ippk_i和ipsk_i以及第三私钥usk_i，计算d_i＝y_i-H₀(x_iP_pub)，生成第四公钥ppk_i＝sn_i||R_i以及第四私钥psk_i＝d_i。

在一些实施方式中，所述数据采集端生成第一私钥和第一公钥，将所述第 一公钥发送至所述密钥生成中心包括：从所述有限域中随机选取x_M，计算 X_M＝x_MP，生成所述数据采集端的第一公钥upk_M＝X_M，第一私钥usk_M＝x_M，其 中，M为所述数据采集端的编号；所述所述密钥生成中心根据所述第一公钥为 所述数据采集端生成第一初始部分密钥：在所述有限域中随机选取r_M，计算 R_M＝r_MP，h_1,M＝H₁(sn_M||X_M||R_M)，y_M＝r_M+s·h_1,M+H₀(sX_M)，并生成所述数据采集 者的第一初始部分密钥，所述第一初始部分密钥包括第一初始部分公钥 ippk_M＝sn_M||R_M，第一初始部分私钥ipsk_M＝y_M；所述根据所述第一初始部分密钥 和所述密钥生成中心的公开参数生成第二私钥和第二公钥包括：根据第一初始 部分密钥ippk_M和ipsk_M以及所述数据采集端私钥usk_M，计算d_M＝y_M-H₀(x_MP_pub)， 并生成第二公钥ppk_M＝sn_M||R_M，第二私钥psk_M＝d_M。

在一些实施方式中，所述方法还包括：第一用户端将其公钥和私钥 PK_i＝(upk_i,ppk_i),SK_i＝(usk_i,psk_i)和所述数据采集端的公钥PK_M＝(upk_M,ppk_M)，在所 述有限域中随机选取v_i，计算V_i＝v_iP，h_1,M＝H₁(ID_M||V_i||R_M)， Z_i＝v_i(X_M+R_M+h_1,MP_pub)，h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)；计算 h₃,_i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，s_i＝v_i+d_i+x_i·h_3,i，对消息msgi认证加密，生成密文 ACT_iT＝{s_i,V_i,C_i}。

在一些实施方式中，所述数据采集端对所述多个密文进行聚合，生成聚合 密文包括：对多个密文{ACT_i}_i∈I聚合，计算S＝∑_i∈Is_i，并生成聚合密文 ATC＝{S,{V_i,C_i}_i∈I}，其中，I为所述多个用户端组成的集合。

在一些实施方式中，所述数据采集端根据所述第一私钥和第二私钥以及所 述多个用户端的多个公钥对所述聚合密文进行聚合认证来对所述多个用户端进 行认证，包括：所述数据采集端根据其私钥SK_M和第一用户端的公钥PK_i，计 算Z_i＝(x_M+d_M)V_i，h_1,i＝H₁(C_i,1||X_i||R_i)，h_3,i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，其中i∈I； 计算h₁＝∑_i∈Ih_1,i，V＝∑_i∈IV_i和R＝∑_i∈IR_i，并验证SP＝V+R+h₁P_pub+∑_i∈Ih_3,iX_i等式是否 成立；若成立，计算h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)，并输出消息msg＝{msg_i}_i∈I， 对所述多个用户端认证成功；若等式不成立，则提供认证不成功的提示消息。

本申请实施方式的第二方面，提供一种物联网系统，包括多个用户端、数 据采集端和密钥生成中心，其中，所述多个用户端、数据采集端和所述密钥生 成中心通信，所述数据采集端与所述多个用户端连接，所述数据采集端配置为 根据上述方法对所述多个用户端的数据进行非交互式认证。

附图说明

图1示出了根据本发明实施方式的用于物联网数据处理的非交互式认证方 法的流程示意图。

图2示出了根据本发明实施方式的物联网系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明的各个方面进行详细阐述。其中， 众所周知的模块、单元及其相互之间的连接、链接、通信或操作没有示出或未 作详细说明。并且，所描述的特征、架构或功能可在一个或一个以上实施方式 中以任何方式组合。本领域技术人员应当理解，下述的各种实施方式只用于举 例说明，而非用于限制本发明的保护范围。还可以容易理解，本文所述和附图 所示的各实施方式中的模块或单元或处理方式可以按各种不同配置进行组合和 设计。

参见图1，图1示出了根据本发明实施方式的用于物联网数据处理的非交互 式认证方法的流程示意图，该方法包括步骤S101、步骤S102、步骤S103、步 骤S104和步骤S105。下面结合具体的实施例对上述步骤进行说明。

步骤S101，数据采集端生成第一私钥和第一公钥，将所述第一公钥发送至 所述密钥生成中心，以便所述密钥生成中心根据所述第一公钥为所述数据采集 端生成第一初始部分密钥，并将所述第一初始部分密钥发送给所述数据采集端。

在本发明的实施方式中，数据采集端可以是在物联网中采集用户端的数据 的计算机设备，例如，可以是个人电脑、服务器等设备。一个数据采集端可以 配置为采集多个用户端的数据，其中，用户端可以是终端设备的形式，例如， 包括，但不限于：手机、智能手表、智能音箱、家用电器等等。

在本发明的一些实施方式中，在步骤S101之前，还可包括：数据采集端和 用户端所用的密钥生成中心的参数初始化。密钥生成中心可以与数据采集端和 用户端进行数据交互通信，对于密钥生成中心而言，数据采集端和用户端类似， 均是其客户端。在利用密钥生成中心生成密钥之前，数据采集端和用户端均需 要向密钥生成中心注册，例如，将数据采集端的身份相关信息发送到密钥生成 中心，密钥生成中心为该数据采集端生成注册序列号；将用户端的身份相关信 息发送到密钥生成中心，密钥生成中心为该用户端生成注册序列号。密钥生成 中心所成的注册序列号与发出注册请求的客户端的身份关联，是唯一的。

在一些实施方式中，密钥生成中心的初始化可包括：选取群G的一个生成 元P，并在有限域中随机选取一个整数s，其中，q是群G的素数阶， 是一个有限域；密钥生成中心将s作为主私钥msk，并计算所述密 钥生成中心的公钥P_pub＝sP；选定四个哈希函数H₀,H₁,H₂,H₃；密钥生成中心公 开公开参数params＝{G,P,q,P_pub,{H_i}_0≤i≤3}，并秘密保存主私钥msk。其中，群G为 加法循环群，哈希函数可以是本领域技术人员已知的哈希函数，本申请实施方 式对此不做限定。

密钥生成中心生成公开参数之后，会将公开参数广播到已经注册的数据采 集端和用户端，方便数据采集端和用户端根据这些公开参数进行加密和认证处 理。

在一些实施方式中，数据采集端生成第一私钥和第一公钥，将所述第一公 钥发送至所述密钥生成中心包括：

从所述有限域中随机选取x_M，计算X_M＝x_MP，生成所述数据采集端的第 一公钥upk_M＝X_M，第一私钥usk_M＝x_M，其中，M为所述数据采集端的编号；

所述所述密钥生成中心根据所述第一公钥为所述数据采集端生成第一初始 部分密钥：

在所述有限域中随机选取r_M，计算R_M＝r_MP，h_1,M＝H₁(sn_M||X_M||R_M)， y_M＝r_M+s·h_1,M+H₀(sX_M)，并生成所述数据采集者的第一初始部分密钥，所述第 一初始部分密钥包括第一初始部分公钥ippk_M＝sn_M||R_M，第一初始部分私钥 ipsk_M＝y_M。

S102，所述数据采集端接收所述第一初始部分密钥，根据所述第一初始部 分密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第二私钥和第二公钥。

在一些实施方式中，接收所述第一初始部分密钥，根据所述第一初始部分 密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第二私钥和第二公钥可包括：根据第 一初始部分密钥ippk_M和ipsk_M以及所述数据采集端私钥usk_M，计算d_M＝y_M-H₀(x_MP_pub)，并生成第二公钥ppk_M＝sn_M||R_M，第二私钥psk_M＝d_M。

第一公钥和第二公钥作为数据采集端完整的公钥，第一私钥和第二私钥作 为数据采集端完整的私钥。数据采集端完整的公钥可以向物联网中的其他用户 端广播。

S103，数据采集端接收多个用户端发送的多个密文，其中，所述多个用户 端中的第一用户端的密文是根据该第一用户端的标识信息、所述密钥生成中心 的公开参数、该第一用户端的密钥以及所述数据采集端的第一公钥和第二公钥 对消息进行加密获得。

在本发明的实施方式中，数据采集端可用于采集多个用户端的多个密文， 其中，多个为大于或等于2个。在物联网中，一个数据采集端可采集几十个、 几百个，甚至更多个用户端发送的数据。这些数据可以定时地向数据采集端发 送。

在一些实施方式中，为保证数据传输的安全性，需要在用户端一侧对待传 输的消息进行加密。用户端的数据处理可包括用户端的密钥获取和加密处理。 具体而言，用户端的密钥获取可包括：第一用户端生成第三私钥和第三公钥， 将所述第三公钥发送至所述密钥生成中心，以便所述密钥生成中心根据所述第 三公钥为所述第一用户端生成第二初始部分密钥，并将所述第二初始部分密钥 发送给所述第一用户端；所述第一用户端接收所述第二初始部分密钥，根据所 述第二初始部分密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第四私钥和第四公钥； 将所述第三私钥和第四私钥作为所述第一用户端的私钥，将所述第三公钥和第 四公钥作为所述第一用户端的公钥，将所述第一用户端的私钥和第一用户端的公钥作为所述第一用户端的密钥。第一用户端可以是多个用户端中的任意一个 用户端。虽然下面以第一用户端为例进行描述，但是本发明实施方式中的用户 端均是采用类似的处理。

用户端的密钥获取与数据采集端的密钥获取的步骤类似。

所述第一用户端生成第三私钥和第三公钥包括：从所述有限域中随机选 取x_i，计算X_i＝x_iP，生成用户端的第三公钥upk_i＝X_i，第三私钥usk_i＝x_i，其中， i为第一用户端的编号；所述密钥生成中心根据所述第三公钥为所述第一用户端 生成第二初始部分密钥，包括：在所述有限域中随机选取r_i，计算R_i＝r_iP， h_1,i＝H₁(sn_i||X_i||R_i)，y_i＝r_i+s·h_1,i+H₀(sX_i)；生成所述第一用户端的第二初始部分 密钥，所述第二初始部分密钥包括第二初始部分公钥ippk_i＝sn_i||R_i，以及第二初 始部分私钥ipsk_i＝y_i，其中，sn_i为所述第一用户端在所述密钥生成中心的注册序 列号；根据所述第二初始部分密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第四私 钥和第四公钥包括：第一用户端根据第二初始部分密钥ippk_i和ipsk_i以及第三私钥 usk_i，计算d_i＝y_i-H₀(x_iP_pub)，生成第四公钥ppk_i＝sn_i||R_i以及第四私钥psk_i＝d_i。第 三公钥和第四公钥作为第一用户端完整的的公钥，第三私钥和第四私钥作为第一用户端完整的私钥。

用户端生成的完整的公钥可以向物联网中的其他用户端和数据采集端广播， 也就是说，物联网中的其他终端可以获取其公钥。

第一用户端一侧的消息加密可包括：第一用户端将其公钥和私钥 PK_i＝(upk_i,ppk_i),SK_i＝(usk_i,psk_i)和所述数据采集端的公钥PK_M＝(upk_M,ppk_M)，在所 述有限域中随机选取v_i，计算V_i＝v_iP，h_1,M＝H₁(ID_M||V_i||R_M)， Z_i＝v_i(X_M+R_M+h_1,MP_pub)，h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)；计算 h_3,i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，s_i＝v_i+d_i+x_i·h_3,i，对待加密消息msg_i认证加密，生成密 文ACT_i＝{s_i,V_i,C_i}。

S104，所述数据采集端对所述多个密文进行聚合，生成聚合密文。

在本发明的实施方式中，对所述多个密文进行聚合，生成聚合密文可包括： 对多个密文密文{ACT_i}_i∈I聚合，计算S＝∑_i∈Is_i，并生成聚合密文ATC＝{S,{V_i,C_i}_i∈I}， 其中，I为所述多个用户端组成的集合。例如，一次采集{1,2，...n}个用户端的 集合。

S105，数据采集端根据所述第一私钥和第二私钥以及所述多个用户端的多 个公钥对所述聚合密文进行聚合认证来对所述多个用户端进行认证。

在本发明的实施方式中，根据所述第一私钥和第二私钥以及所述多个用户 端的多个公钥对所述聚合密文进行聚合认证来对所述多个用户端进行认证可包 括：所述数据采集端根据其私钥SK_M和第一用户端的公钥PK_i，计算 Z_i＝(x_M+d_M)V_i，h_1,i＝H₁(C_i,1||X_i||R_i)，h_3,i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，其中i∈I；计算 h₁＝∑_i∈Ih_1,i，V＝∑_i∈IV_i和R＝∑_i∈IR_i，并验证SP＝V+R+h₁P_pub+∑_i∈Ih_3,iX_i等式是否成立； 若成立，计算h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)，并输出消息msg＝{msg_i}_i∈I，对 所述多个用户端认证成功；若等式不成立，则提供认证不成功的提示消息。

在一种具体的实施例中，本申请实施方式的认证方法可包括下述步骤。

步骤一、系统初始化：

由密钥生成中心选取一套系统参数，包括一个阶为素数q的加法循环群G， 随机数是一个有限域以及四个哈希函数H₀、H₁、H₂、H₃； 密钥生成中心进行系统初始化，令主密钥msk＝s，并计算系统公钥P_pub＝sP；密 钥生成中心公开系统参数params＝{G,P,q,P_pub,{H_i}_0≤i≤3}，并秘密保存主私钥msk。

步骤二、用户端密钥生成：

身份为ID_i用户从中随机选取x_i，计算X_i＝x_iP，生成用户部分密钥upk_i＝X_i，usk_i＝x_i，并将用户部分公钥upk_i以及身份ID_i发送给密钥生成中心；数据收集者 从中随机选取x_M，计算X_M＝x_MP，生成用户部分密钥upk_M＝X_M，usk_M＝x_M， 并将upk_M以及身份ID_M发送给密钥生成中心。

步骤三、初始部分密钥生成：

密钥生成中心接收到用户发来的upk_i以及身份ID_i后，在中随机选取r_i，计 算R_i＝r_iP，h_1,i＝H₁(sn_i||X_i||R_i)，y_i＝r_i+s·h_1,i+H₀(sX_i)；密钥生成中心生成用户的 初始部分密钥ippk_i＝sn_i||R_i，ipsk_i＝y_i，并将其通过安全信道发送给用户ID_i；钥 生成中心接收到数据采集者发来的upk_M以及身份ID_M后，在中随机选取r_M， 计算R_M＝r_MP，h_1,M＝H₁(sn_M||X_M||R_M)，y_M＝r_M+s·h_1,M+H₀(sX_M)，并生成数据采集 者的初始部分密钥ippk_M＝sn_M||R_M，ipsk_M＝y_M，并将其通过安全信道发送给数据 采集者ID_M；其中是注册序列号，λ_ID是身份ID的比特长度。

步骤四、部分密钥生成：

身份为ID_i用户根据密钥生成中心发来的初始部分密钥ippk_i和ipsk_i以及自己 的用户端私钥usk_i，计算d_i＝y_i-H₀(x_iP_pub)，生成部分公钥ppk_i＝sn_i||R_i以及相应的 私钥psk_i＝d_i；数据采集中心根据密钥生成中心发来的初始部分密钥ippk_M和ipsk_M以及自己的用户端私钥usk_M，计算d_M＝y_M-H₀(x_MP_pub)，并生成部分密钥 ppk_M＝sn_M||R_M，psk_M＝d_M。

步骤五、多方认证加密：

用户ID_i根据自己的密钥PK_i＝(upk_i,ppk_i),SK_i＝(usk_i,psk_i)和数据采集者的公钥 PK_M＝(upk_M,ppk_M)，在中随机选取v_i，计算V_i＝v_iP，h_1,M＝H₁(ID_M||V_i||R_M)， Z_i＝v_i(X_M+R_M+h_1,MP_pub)，h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)；用户ID_i计算 h_3,i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，s_i＝v_i+d_i+x_i·h_3,i，对消息 msg_i认证加密，生成密文ACT_i＝{s_i,V_i,C_i}，并将密文发送给数据采集者；数据采 集者对收到的一系列密文{ACT_i}_i∈I聚合，计算S＝∑_i∈Is_i，并生成聚合密文 ATC＝{S,{V_i,C_i}_i∈I}。

步骤六、多方认证解密：

数据采集者根据自己的私钥SK_M和用户ID_i的公钥PK_i，计算Z_i＝(x_M+d_M)V_i， h_1,i＝H₁(C_i,1||X_i||R_i)，h_3,i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，其中i∈I；数据采集者计算 h₁＝∑_i∈Ih_1,i，V＝∑_i∈IV_i和R＝∑_i∈IR_i，并验证SP＝V+R+h₁P_pub+∑_i∈Ih_3,iX_i等式是否成立。 若上述等式成立，数据采集者计算h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)，并输出 消息msg＝{msg_i}_i∈I；若等式不成立，则停止往下进行，并输出“认证不成功，解 密失败”。

本发明实施方式提供的用于物联网数据处理的非交互式认证方法，数据采 集者在采集用户端的数据对用户端的身份和消息进行认证时，无需向用户端发 送认证交互信息，利用本身的私钥和用户端的公钥即可完成对多个用户端的一 系列密文的聚合认证，实现了对多用户端的非交互式认证；在物联网的场景下， 避免了数据采集端向海量用户端的海量认证消息交互，显著提高了用户端认证 交互的效率。

参见图2，图示了一种物联网系统200，该物联网系统包括数据采集端201、 多个用户端202-204和密钥生成中心205，其中，数据采集端和多个用户端与所 述密钥生成中心通信，所述数据采集端，与多个用户端通信，采集所述多个用 户端的消息数据。

在本发明的一些实施方式中，数据采集端生成第一私钥和第一公钥，将所 述第一公钥发送至所述密钥生成中心，以便所述密钥生成中心根据所述第一公 钥为所述数据采集端生成第一初始部分密钥，并将所述第一初始部分密钥发送 给所述数据采集端；接收所述第一初始部分密钥，根据所述第一初始部分密钥 和所述密钥生成中心的公开参数生成第二私钥和第二公钥；接收多个用户端发 送的多个密文，其中，所述多个用户端中的第一用户端的密文是根据该第一用 户端的标识信息、所述密钥生成中心的公开参数、该第一用户端的密钥以及所 述数据采集端的第一公钥和第二公钥对消息进行加密获得；对所述多个密文进 行聚合，生成聚合密文；根据所述第一私钥和第二私钥以及所述多个用户端的多个公钥对所述聚合密文进行聚合认证来对所述多个用户端进行认证。

在一些实施方式中，第一用户端生成第三私钥和第三公钥，将所述第三公 钥发送至所述密钥生成中心，以便所述密钥生成中心根据所述第三公钥为所述 第一用户端生成第二初始部分密钥，并将所述第二初始部分密钥发送给所述第 一用户端；接收所述第二初始部分密钥，根据所述第二初始部分密钥和所述密 钥生成中心的公开参数生成第四私钥和第四公钥；将所述第三私钥和第四私钥 作为所述第一用户端的私钥，将所述第三公钥和第四公钥作为所述第一用户端 的公钥，将所述第一用户端的私钥和第一用户端的公钥作为所述第一用户端的 密钥。

在本发明的一些实施方式中，所述密钥生成中心选取群G的一个生成元P， 并在有限域中随机选取一个整数s，其中，q是群G的素数阶，是一个有限域；将s作为主私钥msk，并计算所述密钥生成中心的公钥P_pub＝sP； 选定四个哈希函数H₀,H₁,H₂,H₃；所述密钥生成中心公开公开参数 params＝{G,P,q,P_pub,{H_i}_0≤i≤3}，并秘密保存主私钥msk。

在一些实施方式中，所述第一用户端生成第三私钥和第三公钥包括：从所 述有限域中随机选取x_i，计算X_i＝x_iP，生成用户端的第三公钥upk_i＝X_i，第三 私钥usk_i＝x_i，其中，i为第一用户端的编号；所述密钥生成中心根据所述第三公 钥为所述第一用户端生成第二初始部分密钥，包括：在所述有限域中随机选 取r_i，计算R_i＝r_iP，h_1,i＝H₁(sn_i||X_i||R_i)，y_i＝r_i+s·h_1,i+H₀(sX_i)；生成所述第一用户 端的第二初始部分密钥，所述第二初始部分密钥包括第二初始部分公钥 ippk_i＝sn_i||R_i，以及第二初始部分私钥ipsk_i＝y_i，其中，sn_i为所述第一用户端在所 述密钥生成中心的注册序列号；根据所述第二初始部分密钥和所述密钥生成中 心的公开参数生成第四私钥和第四公钥包括：第一用户端根据第二初始部分密 钥ippk_i和ipsk_i以及第三私钥usk_i，计算d_i＝y_i-H₀(x_iP_pub)，生成第四公钥ppk_i＝sn_i||R_i以及第四私钥psk_i＝d_i。

在一些实施方式中，所述数据采集端生成第一私钥和第一公钥，将所述第 一公钥发送至所述密钥生成中心包括：从所述有限域中随机选取x_M，计算 X_M＝x_MP，生成所述数据采集端的第一公钥upk_M＝X_M，第一私钥usk_M＝x_M，其 中，M为所述数据采集端的编号；所述所述密钥生成中心根据所述第一公钥为 所述数据采集端生成第一初始部分密钥：在所述有限域中随机选取r_M，计算 R_M＝r_MP，h_1,M＝H₁(sn_M||X_M||R_M)，y_M＝r_M+s·h_1,M+H₀(sX_M)，并生成所述数据采集 者的第一初始部分密钥，所述第一初始部分密钥包括第一初始部分公钥ippk_M＝sn_M||R_M，第一初始部分私钥ipsk_M＝y_M；所述根据所述第一初始部分密钥 和所述密钥生成中心的公开参数生成第二私钥和第二公钥包括：根据第一初始 部分密钥ippk_M和ipsk_M以及所述数据采集端私钥usk_M，计算d_M＝y_M-H₀(x_MP_pub)， 并生成第二公钥ppk_M＝sn_M||R_M，第二私钥psk_M＝d_M。

在本发明的实施方式中，第一用户端还其公钥和私钥 PK_i＝(upk_i,ppk_i),SK_i＝(usk_i,psk_i)和所述数据采集端的公钥PK_M＝(upk_M,ppk_M)，在所 述有限域中随机选取v_i，计算V_i＝v_iP，h_1,M＝H₁(ID_M||V_i||R_M)， Z_i＝v_i(X_M+R_M+h_1,MP_pub)，h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)；计算 h_3,i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，s_i＝v_i+d_i+x_i·h_3,i，对消息msg_i认证加密，生成密文 AC_iT＝{s_i,V_i,C_i}。

在一些实施方式中，所述数据采集端对所述多个密文进行聚合，生成聚合 密文包括：对多个密文{ACT_i}_i∈I聚合，计算S＝∑_i∈Is_i，并生成聚合密文 ATC＝{S,{V_i,C_i}_i∈I}，其中，I为所述多个用户端组成的集合。

在一些实施方式中，所述数据采集端根据所述第一私钥和第二私钥以及所 述多个用户端的多个公钥对所述聚合密文进行聚合认证来对所述多个用户端进 行认证，包括：所述数据采集端根据其私钥SK_M和第一用户端的公钥PK_i，计 算Z_i＝(x_M+d_M)V_i，h_1,i＝H₁(C_i,1||X_i||R_i)，h_3,i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，其中i∈I；

计算h₁＝∑_i∈Ih_1,i，V＝∑_i∈IV_i和R＝∑_i∈IR_i，并验证SP＝V+R+h₁P_pub+∑_i∈Ih_3,iX_i等式 是否成立；若成立，计算h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)，并输出消息 msg＝{msg_i}_i∈I，对所述多个用户端认证成功；若等式不成立，则提供认证不成功 的提示消息。

上述实施方式提供一种用于物联网数据处理的非交互式认证方法和系统， 数据采集者仅接收多个用户端发送的数据，而无需向用户端发送认证交互信息， 即可实现对多个用户端的身份和消息认证，不仅能够实现对多用户终端的非交 互式认证，而且在海量用户终端的场景下避免认证交互信息的消息阻塞，提高 对用户端的认证效率；此外，一次性的对多个用户端的多个密文进行聚合认证， 避免对单个用户端的单个密文进行单独认证，能够进一步提高对用户端的认证 效率。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明 可借助软件结合硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案 对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算 机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干 指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，智能手机或者网 络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本发明说明书中使用的术语和措辞仅仅为了举例说明，并不意味构成限定。 本领域技术人员应当理解，在不脱离所公开的实施方式的基本原理的前提下， 对上述实施方式中的各细节可进行各种变化。因此，本发明的范围只由权利要 求确定，在权利要求中，除非另有说明，所有的术语应按最宽泛合理的意思进 行理解。

Claims (9)

1.一种用于物联网数据处理的非交互式认证方法，其特征在于，包括：

数据采集端生成第一私钥和第一公钥，将所述第一公钥发送至所述密钥生成中心，以便所述密钥生成中心根据所述第一公钥为所述数据采集端生成第一初始部分密钥，并将所述第一初始部分密钥发送给所述数据采集端；

所述数据采集端接收所述第一初始部分密钥，根据所述第一初始部分密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第二私钥和第二公钥；

所述数据采集端接收多个用户端发送的多个密文，其中，所述多个用户端中的第一用户端的密文是根据该第一用户端的标识信息、所述密钥生成中心的公开参数、该第一用户端的密钥以及所述数据采集端的第一公钥和第二公钥对消息进行加密获得；

所述数据采集端对所述多个密文进行聚合，生成聚合密文；

所述数据采集端根据所述第一私钥和第二私钥以及所述多个用户端的多个公钥对所述聚合密文进行聚合认证来对所述多个用户端进行认证。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

第一用户端生成第三私钥和第三公钥，将所述第三公钥发送至所述密钥生成中心，以便所述密钥生成中心根据所述第三公钥为所述第一用户端生成第二初始部分密钥，并将所述第二初始部分密钥发送给所述第一用户端；

所述第一用户端接收所述第二初始部分密钥，根据所述第二初始部分密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第四私钥和第四公钥；

将所述第三私钥和第四私钥作为所述第一用户端的私钥，将所述第三公钥和第四公钥作为所述第一用户端的公钥，将所述第一用户端的私钥和第一用户端的公钥作为所述第一用户端的密钥。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述密钥生成中心选取群G的一个生成元P，并在有限域中随机选取一个整数s，其中，q是群G的素数阶，是一个有限域；

所述密钥生成中心将s作为主私钥msk，并计算所述密钥生成中心的公钥P_pub＝sP；

选定四个哈希函数H₀,H₁,H₂,H₃；

所述密钥生成中心公开公开参数params＝{G,P,q,P_pub,{H_i}_0≤i≤3}，并秘密保存主私钥msk。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述第一用户端生成第三私钥和第三公钥包括：

从所述有限域中随机选取x_i，计算X_i＝x_iP，生成用户端的第三公钥upk_i＝X_i，第三私钥usk_i＝x_i，其中，i为第一用户端的编号；

所述密钥生成中心根据所述第三公钥为所述第一用户端生成第二初始部分密钥，包括：

在所述有限域中随机选取r_i，计算R_i＝r_iP，h_1,i＝H₁(sn_i||X_i||R_i)，y_i＝r_i+s·h_1,i+H₀(sX_i)；

生成所述第一用户端的第二初始部分密钥，所述第二初始部分密钥包括第二初始部分公钥ippk_i＝sn_i||R_i，以及第二初始部分私钥ipsk_i＝y_i，其中，sn_i为所述第一用户端在所述密钥生成中心的注册序列号；

根据所述第二初始部分密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第四私钥和第四公钥包括：

第一用户端根据第二初始部分密钥ippk_i和ipsk_i以及第三私钥usk_i，计算d_i＝y_i-H₀(x_iP_pub)，生成第四公钥ppk_i＝sn_i||R_i以及第四私钥psk_i＝d_i。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述数据采集端生成第一私钥和第一公钥，将所述第一公钥发送至所述密钥生成中心包括：

从所述有限域中随机选取x_M，计算X_M＝x_MP，生成所述数据采集端的第一公钥upk_M＝X_M，第一私钥usk_M＝x_M，其中，M为所述数据采集端的编号；

所述所述密钥生成中心根据所述第一公钥为所述数据采集端生成第一初始部分密钥：

在所述有限域中随机选取r_M，计算R_M＝r_MP，h_1,M＝H₁(sn_M||X_M||R_M)，y_M＝r_M+s·h_1,M+H₀(sX_M)，并生成所述数据采集者的第一初始部分密钥，所述第一初始部分密钥包括第一初始部分公钥ippk_M＝sn_M||R_M，第一初始部分私钥ipsk_M＝y_M；

所述根据所述第一初始部分密钥和所述密钥生成中心的公开参数生成第二私钥和第二公钥包括：

根据第一初始部分密钥ippk_M和ipsk_M以及所述数据采集端私钥usk_M，计算d_M＝y_M-H₀(x_MP_pub)，并生成第二公钥ppk_M＝sn_M||R_M，第二私钥psk_M＝d_M。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

第一用户端将其公钥和私钥PK_i＝(upk_i,ppk_i),SK_i＝(usk_i,psk_i)和所述数据采集端的公钥PK_M＝(upk_M,ppk_M)，在所述有限域中随机选取v_i，计算V_i＝v_iP，h_1,M＝H₁(ID_M||V_i||R_M)，Z_i＝v_i(X_M+R_M+h_1,MP_pub)，h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)；

计算h_3,i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，s_i＝v_i+d_i+x_i·h_3,i，对消息msg_i认证加密，生成密文ACT_i＝{s_i,V_i,C_i}。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述数据采集端对所述多个密文进行聚合，生成聚合密文包括：

对多个密文{ACT_i}_i∈I聚合，计算S＝∑_i∈Is_i，并生成聚合密文ATC＝{S,{V_i,C_i}_i∈I}，其中，I为所述多个用户端组成的集合。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述数据采集端根据所述第一私钥和第二私钥以及所述多个用户端的多个公钥对所述聚合密文进行聚合认证来对所述多个用户端进行认证，包括：

所述数据采集端根据其私钥SK_M和第一用户端的公钥PK_i，计算Z_i＝(x_M+d_M)V_i，h_1,i＝H₁(C_i,1||X_i||R_i)，h_3,i＝H₃(V_i||C_i||X_i||R_i||Z_i)，其中i∈I；

计算h₁＝∑_i∈Ih_1,i，V＝∑_i∈IV_i和R＝∑_i∈IR_i，并验证SP＝V+R+h₁P_pub+∑_i∈Ih_3,iX_i等式是否成立；若成立，计算h_2,i＝H₂(ID_M||V_i||Z_i)，并输出消息msg＝{msg_i}_i∈I，对所述多个用户端认证成功；若等式不成立，则提供认证不成功的提示消息。

9.一种物联网系统，包括多个用户端、数据采集端和密钥生成中心，其中，所述多个用户端、数据采集端和所述密钥生成中心通信，所述数据采集端与所述多个用户端连接，所述数据采集端配置为根据权利要求1所述的方式对所述多个用户端的数据进行非交互式认证。