CN113872761A - 智能家居设备批量认证方法、计算设备、可存储介质 - Google Patents

智能家居设备批量认证方法、计算设备、可存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种智能家居设备批量认证方法，所述方法包括：A1.对注册机构的认证数据进行初始化；A2.家庭网关向所述注册机构进行离线注册；A3.用户向注册机构进行在线注册；A4.多个智能家居设备向注册机构进行在线注册；A5.用户通过所述注册机构和家庭网关，与多个不同的智能家居设备进行批量认证与密钥协商。本发明能够帮助用户根据自己的需求，在家庭网关的帮助下同时对这些智能家居设备进行批量认证，同时，本发明还在每个智能家居设备中都嵌入了一个物理不可克隆函数，该函数能够保证智能家居设备被盗后临时会话密钥的安全性。

Description

智能家居设备批量认证方法、计算设备、可存储介质
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，特别是涉及一种智能家居设备批量认证方法、计算设备、可存储介质。
背景技术
近年来，信息技术的蓬勃发展催生了一大批如智慧交通、智慧医疗、智慧农业等新兴领域。在这些新兴领域中，智能家居领域取得了快速的发展，受到了越来越多的关注。在智能家居的环境中，用户可以远程地，在任何时间、任何地点向家中的智能家居设备发出指令访问智能家居设备，智能家居设备可以是空气净化器、扫地机器人、智能冰箱、智能空调、智能洗衣机以及智能温度控制器等。
然而，随着智能家居的快速发展，智能家居领域的安全问题也变得日益严重。特别地，由于智能家居设备在通信、存储、能源以及计算能力方面一般是受限制设计的，因此它们并不适合使用高安全级别的加解密算法和硬件，同时智能家居网络也更为容易受到智能家居设备的捕获攻击、用户或家庭网关模拟等攻击。并且，由于家庭网关与智能家居设备是通过无线信道进行通信的(例如WIFI)，受无线信道开放性的影响，智能家居网络还容易受到窃听攻击、篡改攻击、重放攻击以及拦截等攻击。攻击者一旦具备了这些攻击能力，就可以控制整个智能家庭网络，然后通过收集和分析来自该智能家居网络中智能家居设备中的数据，全面监控家庭成员的日常活动，严重威胁了用户的隐私安全。
基于上述问题，当前有人提出了大量不同的智能家居认证与密钥协商方案。这些方案或基于区块链，或基于边缘服务器以及基于软件定义网络等，但是这些方案都没有考虑，在5G时代中智能家居设备数量将会快速激增的情况。因此，当一个用户想同时远程认证大量的智能家居设备，在这些传统智能家居认证与密钥协商方案下，认证过程将变得极其麻烦与繁琐，并且在认证过程中，存在大量的冗余步骤。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种智能家居设备批量认证方法以及计算设备、可存储介质，以在保证效率与安全性的前提下，使得用户可以同时远程认证大量的智能家居设备，同时使得智能家居设备能够抵抗、捕获攻击，提高智能家居网络的信息安全性。
为实现上述发明目的，本发明实施例提供一种智能家居设备批量认证方法，所述方法包括：
A1.对注册机构的认证数据进行初始化；
A2.家庭网关向所述注册机构进行离线注册；
A3.用户向注册机构进行在线注册；
A4.多个智能家居设备向注册机构进行在线注册；
A5.用户通过所述注册机构和家庭网关，与多个不同的智能家居设备进行批量认证与密钥协商。
另一方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，所述计算设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如前所述的一种智能家居设备批量认证方法。
再一方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如前所述的智能家居设备批量认证方法。
本发明实施例提供的智能家居设备批量认证方法以及计算设备、可存储介质，本发明能够帮助用户根据自己的需求批量选择多个不同的智能家居设备，然后该用户在家庭网关的帮助下同时对这些智能家居设备进行批量认证，并与这些所述智能家居设备协商一个相同的临时会话密钥。同时，本发明还在每个智能家居设备中都嵌入了一个物理不可克隆函数，该函数能够保证智能家居设备被盗后临时会话密钥的安全性。
附图说明
下面将结合附图说明对本发明的具体实施方式进行举例说明。
图1为本发明实施例智能家居设备批量认证的家庭网关离线注册流程图；
图2为本发明实施例智能家居设备批量认证的用户在线注册流程图；
图3为本发明实施例智能家居设备批量认证的在线注册流程图；
图4为本发明实施例智能家居设备批量认证与密钥协商流程图；
图5为本发明实施例用户密码与生物特征修改流程图；
图6为本发明实施例新的智能家居设备添加流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
为了解决本发明实施例的技术问题，本发明实施例提供了以下技术方案：
一种智能家居设备批量认证方法，所述方法包括：
A1.对注册机构的认证数据进行初始化；
A2.家庭网关向所述注册机构进行离线注册；
A3.用户向注册机构进行在线注册；
A4.多个智能家居设备向注册机构进行在线注册；
A5.用户通过所述注册机构和家庭网关，与多个不同的智能家居设备进行批量认证与密钥协商。
优选的，如图1所示，所述A1包括步骤：
A1.1:注册机构选择安全参数1w和大素数p，并在有限域Fp上选择椭圆曲线Ep，从所述椭圆曲线上选择基点P；
A1.2：注册机构随机生成一个系统私钥s，并选择能将随机比特串映射到
Figure BDA0003360265020000041
上的哈希函数h1和能将随机比特串映射到固定长度比特串的哈希函数h2；
即
Figure BDA0003360265020000042
h2＝{0，1}*→{0，1}d；
A1.3:注册机构将所述系统私钥s和所述椭圆曲线上的基点P点乘得到系统公钥Ppub；
即注册机构计算Ppub＝s·P；
A1.4：将所述椭圆曲线、哈希函数、大素数、椭圆曲线上的基点和系统公钥作为系统公共参数进行公开，将所述系统私钥进行保存；
即注册机构公开系统公共参数Ep,h1,h2,p,P,Ppub，秘密保存系统私钥s。
优选的，如图1所示，所述A2包括步骤：
A2.1:注册机构为每个家庭网关选择唯一的家庭网关身份
Figure BDA0003360265020000043
并将所述家庭网关身份与所述系统私钥s合并，生成第一哈希值fk；
即注册机构计算
Figure BDA0003360265020000044
所述第一哈希值fk用于生成家庭网关与用户间认证的密钥；
A2.2：所述家庭网关身份
Figure BDA0003360265020000045
与所述第一哈希值fk由注册机构离线发送给家庭网关；
例如，注册机构面对面地将所述家庭网关身份
Figure BDA0003360265020000051
与所述第一哈希值fk发送给家庭网关，即注册机构向家庭网关离线发送
Figure BDA0003360265020000052
A2.3：家庭网关收到所述家庭网关身份与所述第一哈希值后，将所述家庭网关身份与所述第一哈希值存储在受保护的内存当中；
即家庭网关将
Figure BDA0003360265020000053
存入家庭网关内存中。
优选的，如图2所示，所述A3包括步骤：
A3.1：用户随机选择唯一的用户身份IDi和用户密码PWi，并将所述用户身份与所述用户密码输入到用户移动设备中；
A3.2：移动设备生成第一随机数ai和第二随机数ai'，并将所述第一随机数与所述用户密码合并后生成第二哈希值h1(ai||PWi)；
A3.3：移动设备使用所述第二哈希值与所述第二随机数异或后得到第二哈希值的掩码SPWi：
Figure BDA0003360265020000054
A3.4：用户选择需要注册到的家庭网关身份
Figure BDA0003360265020000055
并将所述家庭网关身份输入到移动设备中；
A3.5：移动设备通过安全通道向注册机构发送用户注册信息，所述用户注册信息为所述用户身份、所述家庭网关身份与所述第二哈希值的掩码；
即移动设备向注册机构发送
Figure BDA0003360265020000056
A3.6：注册机构收到移动设备发送的所述用户注册信息后，在数据库中检索所述用户身份IDi是否已经存在，如果所述用户身份IDi已经存在，注册机构将请求用户重新选择新的用户身份，然后移动设备重新发送新的注册信息给注册机构；如果所述用户身份IDi不存在，注册机构执行A3.7；
A3.7：注册机构生成第三随机数ri，然后使用所述第三随机数与所述用户身份合并后生成第三哈希值TIDi，将所述第三哈希值作为用户的身份假名；
注册机构生成第三随机数ri，计算用户假名TIDi＝h1(ri||IDi)；
A3.8：注册机构使用所述系统私钥s与所述家庭网关身份合并后生成第四哈希值SIDk，所述第四哈希值用于生成用户与家庭网关间认证的密钥；
即注册机构计算
Figure BDA0003360265020000061
SIDk用于生成用户与家庭网关间认证的密钥；
A3.9：注册机构使用所述第四哈希值与所述第三哈希值合并后生第五哈希值
Figure BDA0003360265020000062
使用所述第四哈希值与所述第五哈希值合并后生成第六哈希值
Figure BDA0003360265020000063
使用所述第六哈希值与所述第二哈希值的掩码异或后得到Ai；
即注册机构计算
Figure BDA0003360265020000064
A3.10：所述用户的身份假名与所述Ai由注册机构通过安全通道发送给移动设备；
即注册机构向用户发送<TIDi,Ai＞。
A3.11：移动设备收到所述用户的身份假名与所述Ai后请求用户输入自己的生物特征BIOi；
A3.12：移动设备向模糊提取器生成函数GEN中输入所述生物特征后得到生物特征密钥σi与生物特征模板参数τi；
即移动设备计算GEN(BIOi)＝(σi,τi)；
A3.13：移动设备使用所述Ai与所述第二随机数异或得到
Figure BDA0003360265020000065
使用所述用户身份与所述用户密码合并后生成第七哈希值h1(IDi||PWi)，使用所述第七哈希值与所述第一随机数异或后得到Bi；
即移动设备计算
Figure BDA0003360265020000066
A3.14：移动设备使用所述用户身份、所述用户密码、所述生物特征密钥与所述第一随机数合并后生成第八哈希值Ci＝h2(IDi||PWi||σi||ai)；
A3.15：所述生物特征模板参数、所述
Figure BDA0003360265020000071
所述Bi、所述第八哈希值、所述用户的身份假名、所述哈希函数以及生物特征密钥容错阈值t存储在移动设备内存中，
即移动设备将
Figure BDA0003360265020000072
存入移动设备内存中；
优选的，如图3所示，所述A4包括步骤：
A4.1：为所述每个智能家居设备嵌入一个唯一的物理不可克隆函数PUF用来抵抗智能家居设备捕获攻击；
A4.2：智能家居设备为自己随机选择一个唯一的身份
Figure BDA0003360265020000073
与需要注册到的家庭网关身份
Figure BDA0003360265020000074
然后智能家居设备向注册机构发送智能家居设备注册信息，所述智能家居设备注册信息为所述智能家居设备身份和所述家庭网关身份；
即智能家居设备选择
Figure BDA0003360265020000075
然后发送
Figure BDA0003360265020000076
给注册机构；
A4.3：注册机构收到所述智能家居设备注册信息后，在数据库中检索所述智能家居设备身份
Figure BDA0003360265020000077
是否已经存在，如果所述智能家居设备身份
Figure BDA0003360265020000078
已经存在，注册机构请求智能家居设备重新选择一个新的智能家居设备身份，然后重新发送一个新的注册信息给注册机构；如果所述智能家居设备身份
Figure BDA0003360265020000079
不存在，注册机构继续执行A4.4：；
A4.4：注册机构生成第四随机数gj，使用所述第四随机数与所述椭圆曲线上的基点P点乘后得到Gj，使用所述系统私钥s与所述第四随机数合并后生成第九哈希值SHKj；
即注册机构生成第四随机数gj，计算Gj＝gj·P，SHKj＝h1(s||gj)；
A4.5：注册机构使用所述系统私钥s乘以所述第九哈希值后与所述第四随机数相加，相加后的结果再对所述大素数p取模得到SKj；
即注册机构计算SKj＝(gj+s·SHKj)mod p
A4.6：注册机构选择n个挑战
Figure BDA0003360265020000081
并将所述n个挑战、所述SKj与所述Gj通过安全通道发送给智能家居设备；
即注册机构向智能家居设备发送
Figure BDA0003360265020000082
A4.7：智能家居设备在收到所述n个挑战、所述SKj与所述Gj后，将所述SKj、所述Gj存储在设备内存中。然后智能家居设备计算所述n个挑战对应的n个响应
Figure BDA0003360265020000083
即智能家居设备存储{SKj,Gj}在内存中，然后智能家居设备计算n个挑战对应的n个的响应
Figure BDA0003360265020000084
A4.8：所述n个响应由智能家居设备通过安全通道发往注册机构；
即智能家居设备向注册机构发送n挑战的响应
Figure BDA0003360265020000085
A4.9：注册机构在收到所述挑战的响应后通过安全通道向家庭网关发送所述智能家居设备身份、所述第九哈希值与n对挑战与响应对
Figure BDA0003360265020000086
即注册机构向家庭网关发送
Figure BDA0003360265020000087
Figure BDA0003360265020000088
A4.10：家庭网关收到所述智能家居设备身份、所述第九哈希值与所述n对挑战与响应对后，将这些数据存储在网关数据库中，同时在智能家居设备注册完成后，用户还需将所述智能家居设备的身份输入到移动设备中保存起来。
即家庭网关将
Figure BDA0003360265020000091
存入网关数据库中。
进一步的，如图4所示，所述A5包括步骤：
A5.1：用户将用户身份
Figure BDA0003360265020000092
用户密码
Figure BDA0003360265020000093
以及生物特征
Figure BDA0003360265020000094
输入到移动设备中，移动设备使用所述用户身份与所述用户密码合并后生成第十哈希值
Figure BDA0003360265020000095
使用所述Bi和所述第十哈希值异或后得到第五随机数
Figure BDA0003360265020000096
所述Bi存储在用户移动设备内存当中，
Figure BDA0003360265020000097
A5.2：移动设备向模糊提取器再现函数REP中输入所述生物特征和存储在移动设备中所述生物特征模板参数后得到恢复的生物特征密钥
Figure BDA0003360265020000098
A5.3：移动设备使用所述用户身份、所述用户密码、所述恢复的生物特征密钥和所述第五随机数合并后生成第十一哈希值
Figure BDA0003360265020000099
A5.4：移动设备检查所述第十一哈希值是否与存储在移动设备中所述第八哈希值Ci相等，如果所述第十一哈希值与所述第八哈希值不相等，移动设备请求用户重新输入正确的用户身份、用户密码和生物特征；如果所述第十一哈希值与所述第八哈希值相等，移动设备继续执行A5.5；
即移动设备检查等式
Figure BDA00033602650200000910
如果等式不成立，移动设备拒绝认证请求；如果等式成立，移动设备执行A5.5；
A5.5：接收用户选择的需要认证的家庭网关身份
Figure BDA00033602650200000911
和选择的多个不同想要认证的智能家居设备身份，用户选择完成后，移动设备将所述选择的多个不同的智能家居设备身份合并后构成一个智能家居设备身份列表
Figure BDA00033602650200000912
其中1≤x≤z≤o，智能家居设备身份列表中的智能家居设备身份可以不连续，o为用户家庭中总共注册完的智能家居设备数量，同时
Figure BDA0003360265020000101
表示list中任意一个智能家居设备的身份，
例如，用户家中总共注册了十个智能家居设备，这十个智能家居设备的身份为
Figure BDA0003360265020000102
而用户选择了
Figure BDA0003360265020000103
三个智能家居设备，这三个智能家居设备构成了一个智能家居设备身份列表
Figure BDA0003360265020000104
A5.6：移动设备使用所述第五随机数
Figure BDA0003360265020000105
与所述用户密码合并后生成第十二哈希值SPWi，将所述第十二哈希值与所述
Figure BDA0003360265020000106
异或后得到Ki，所述Ki用作用户与家庭网关间的认证密钥；
即移动设备计算
Figure BDA0003360265020000107
和
Figure BDA0003360265020000108
A5.7：移动设备生成第六随机数ui和第一时间戳T1，所述第六随机数将用作用户与家庭网关间认证的密钥，然后移动设备使用所述Ki与所述第六随机数异或后得到M1，将所述用户假名、所述家庭网关身份、所述第五随机数、所述智能家居设备身份列表和所述第一时间戳合并后生成第十三哈希值V1。
移动设备通过公共信道将用户认证请求发送给家庭网关，所述用户认证请求包括所述用户假名、所述家庭网关身份，所述M1，所述第十三哈希值，所述第一时间戳和所述智能家居设备身份列表；
即移动设备计算
Figure BDA0003360265020000109
和
Figure BDA00033602650200001010
后向家庭网关发送
Figure BDA00033602650200001011
A5.8：家庭网关收到所述用户认证请求后，检查所述第一时间戳T1是否在最大时间延迟范围内，如果所述第一时间戳不在最大时间延迟范围内，家庭网关拒绝所述用户认证请求；如果所述第一时间戳在最大时间延迟范围内，家庭网关继续执行A5.9；
即家庭网关生成一个当前时间戳
Figure BDA0003360265020000111
然后家庭网关检查等式
Figure BDA0003360265020000112
如果等式不成立，家庭网关拒绝认证请求；如果等式成立，家庭网关继续执行A5.9；
A5.9：家庭网关使用所述第一哈希值fk与所述用户假名TIDi合并后生成第十四哈希值
Figure BDA0003360265020000113
使用所述第一哈希值与所述第十四哈希值合并后生成第十五哈希值
Figure BDA0003360265020000114
所述第十五哈希值用作用户与家庭网关间认证的密钥；
即家庭网关计算
Figure BDA0003360265020000115
和
Figure BDA0003360265020000116
A5.10：家庭网关使用所述第十五哈希值与所述M1异或后生成第七随机数
Figure BDA0003360265020000117
使用所述用户假名、所述家庭网关身份、所述第七随机数、所述智能家居设备身份列表和所述第一时间戳合并后生成第十六哈希值
Figure BDA0003360265020000118
然后家庭网关检查所述第十三哈希值V1是否与所述第十六哈希值相等，如果所述第十三哈希值与所述第十六哈希值不相等，家庭网关拒绝所述用户认证请求；如果所述第十三哈希值与所述第十六哈希值相等，家庭网关继续执行A5.11；
即家庭网关计算
Figure BDA0003360265020000119
检查等式
Figure BDA00033602650200001110
如果等式不成立，家庭网关拒绝认证请求；如果等式成立，家庭网关执行A5.11；
A5.11：家庭网关为所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备生成第八随机数Nq与第二时间戳
Figure BDA00033602650200001111
其中Nq、
Figure BDA00033602650200001112
都与
Figure BDA00033602650200001113
对应，然后家庭网关生成一个第九随机数m；
A5.12：家庭网关根据所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备身份从网关数据库中提取对应的所述第九哈希值SHKq,SHKq属于SHKj且与
Figure BDA00033602650200001114
对应；
A5.13:家庭网关在网关数据库中根据所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备身份
Figure BDA0003360265020000121
为每个智能家居设备从与每个智能家居设备身份对应的n个所述挑战响应对
Figure BDA0003360265020000122
中随机选择一对挑战响应对
Figure BDA0003360265020000123
其中e∈[1,n]，
Figure BDA0003360265020000124
与
Figure BDA0003360265020000125
对应；
A5.14：家庭网关为所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备——使用所述第八随机数与所述选择的挑战响应对中的响应
Figure BDA0003360265020000126
合并后生成第十七哈希值
Figure BDA0003360265020000127
使用所述第七随机数m与所述第十七哈希值异或后得到
Figure BDA0003360265020000128
(即家庭网关为所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备都生成一个
Figure BDA0003360265020000129
每个智能家居设备的
Figure BDA00033602650200001210
不相同)；
即家庭网关为智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备都计算一个
Figure BDA00033602650200001211
A5.15：家庭网关为所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备——使用所述用户假名、所述家庭网关身份、所述第八随机数、所述第九随机数、所述选择的挑战响应对中的挑战
Figure BDA00033602650200001212
和所述第二时间戳合并后生成第十八哈希值
Figure BDA00033602650200001213
(即家庭网关为所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备都生成一个
Figure BDA00033602650200001214
每个智能家居设备的
Figure BDA00033602650200001215
不相同)；
即家庭网关为智能家居设备身份列表中每个智能家居设备都计算一个
Figure BDA00033602650200001216
A5.16：家庭网关将网关认证请求通过公共信道发送给所述智能家居设备身份列表中对应的智能家居设备，所述网关认证请求包括所述家庭网关身份、所述用户假名、所述
Figure BDA00033602650200001217
所述第十八哈希值、所述挑战、所述第八随机数和所述第二时间戳；
即家庭网关向智能家居设备身份列表中对应的智能家居设备发送
Figure BDA0003360265020000131
A5.17：智能家居设备身份列表中的智能家居设备收到所述网关认证请求后，检查所述第二时间戳
Figure BDA0003360265020000132
是否在最大时间延迟范围内,如果所述第二时间戳不在最大时间延迟范围内，智能家居设备拒绝所述网关认证请求；如果所述第二时间戳在最大时间延迟范围内，智能家居设备继续执行A5.18；
即智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备都生成一个当前时间戳
Figure BDA0003360265020000133
然后检查等式
Figure BDA0003360265020000134
如果等式不成立，所述智能家居设备拒绝认证请求；如果等式成立，所述智能家居设备执行A5.18；
A5.18：智能家居设备使用智能家居设备中嵌入的物理不可克隆函数PUF将所述挑战
Figure BDA0003360265020000135
输出为响应
Figure BDA0003360265020000136
即智能家居设备计算
Figure BDA0003360265020000137
其中PUFq(·)与
Figure BDA0003360265020000138
对应；
A5.19：智能家居设备使用所述第八随机数与所述响应合并后生成第十九哈希值
Figure BDA0003360265020000139
使用所述
Figure BDA00033602650200001310
与所述第十九哈希值异或得到第十随机数m*；
也即智能家居设备计算
Figure BDA00033602650200001311
A5.20：智能家居设备使用所述用户假名、所述家庭网关身份、所述第八随机数、所述第十随机数、所述挑战和所述第二时间戳合并后生成第二十哈希值
Figure BDA00033602650200001312
A5.21：智能家居设备检查所述第十八哈希值
Figure BDA00033602650200001313
与所述第二十哈希值是否相等,如果所述第十八哈希值与所述第二十哈希值不相等，智能家居设备拒绝所网关述认证请求；如果所述第十八哈希值与所述第二十哈希值相等，智能家居设备继续执行A5.22；
也即智能家居设备检查等式
Figure BDA0003360265020000141
如果等式不成立，所述智能家居设备拒绝认证请求；如果等式成立，所述智能家居设备继续执行A5.22；
A5.22：智能家居设备使用所述家庭网关身份与所述第十随机数m*合并后生成第二十一哈希值
Figure BDA0003360265020000142
使用所述智能家居设备身份与所述第十随机数m*合并后生成第二十二哈希值
Figure BDA0003360265020000143
然后智能家居设备使用所述SKq与所述第二十一哈希值相乘，相乘的值与所述第二十二哈希值相加后再对所述大素数p取模得到αq；
即智能家居设备计算
Figure BDA0003360265020000144
A.5.23：智能家居设备使用所述家庭网关身份、所述用户假名与所述第十随机数合并后生成第二十三哈希值SSK，所述第二十三哈希值用作用户与智能家居设备间通信的临时安全会话密钥；
也即智能家居设备计算
Figure BDA0003360265020000145
A5.24：智能家居设备通过公共信道向家庭网关发送智能家居设备响应请求，所述智能家居设备响应请求包括所述智能家居设备身份、所述αq以及存储在智能家居设备中的所述Gq；
也即智能家居设备向家庭网关发送
Figure BDA0003360265020000146
A.5.25：家庭网关在向所述智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备发送完所有网关认证请求后等待λ时间来收集所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备发送所述智能家居设备响应请求；
A5.26：家庭网关在等待λ时间的期间生成一个元素数量与所述智能家居设备身份列表中智能家居设备数量相等的随机向量δ＝<δx,...,δz>，其中δq∈δ，并且δq∈(1,2ξ]，ξ是一个安全参数，δq与
Figure BDA0003360265020000151
对应；
A5.27：家庭网关使用所述δq、所述αq、所述椭圆曲线上的基点P、所述家庭网关身份
Figure BDA0003360265020000152
所述第九随机数m、所述Gq、所述系统公钥Ppub以及所述SHKq执行以下公式来认证智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备；
即家庭网关计算以下等式(1)：
Figure BDA0003360265020000153
其中，求和符号∑是指对所述智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备求和，这些智能家居设备的身份
Figure BDA0003360265020000154
可以是不连续的；
例如当智能家居设备身份列表
Figure BDA0003360265020000155
时，
Figure BDA0003360265020000156
A5.28：家庭网关检查等式(1)是否成立，如果等式(1)不成立，家庭网关利用二分查找法找出非法的智能家居设备，并将所述的非法智能家居设备发送的响应从所述智能家居设备响应请求中剔除，然后家庭网关重复执行所述A5.27、所述A5.28，直到等式(1)成立后后，家庭网关执行以下步骤A5.29；
A5.29：家庭网关生成第三时间戳T3，使用所述第十五哈希值与所述第七随机数合并后生成第二十六哈希值
Figure BDA0003360265020000157
使用所述第二十六哈希值与所述第九随机数异或后得到M3，使用所述家庭网关身份、所述用户假名、所述第三时间戳、所述第九随机数以及所述第七随机数合并后生成第二十七哈希值V3；
即家庭网关生成时间戳T3，计算
Figure BDA0003360265020000161
和
Figure BDA0003360265020000162
A5.30：家庭网关通过公共信道向用户发送网关响应请求，所述网关响应请求包括所述M3、所述第二十七哈希值以及所述第三时间戳；
也即家庭网关向移动设备发送<M3,V3,T3＞。
A5.31：用户的移动设备收到所述网关响应请求后判断所述第三时间戳是否在最大时间延迟范围内，如果所述第三时间戳不在最大时间延迟范围内，智能家居设备拒绝所述网关响应请求；如果所述第三时间戳在最大时间延迟范围内，智能家居设备继续执行A5.32；
即移动设备生成第三十时间戳
Figure BDA0003360265020000163
然后检查等式
Figure BDA0003360265020000164
是否成立，如果等式不成立，移动设备拒绝响应请求；如果等式成立，移动设备继续执行A5.32；
A5.32：移动设备使用所述Ki和所述第六随机数合并后生成第二十八哈希值h1(Ki||ui)，使用所述第二十八哈希值与所述M3异或后得到所述第十一随机数m*；
即移动设备计算
Figure BDA0003360265020000165
A5.33：移动设备使用所述家庭网关身份、所述用户假名、所述第三时间戳、所述第十一随机数和所述第六随机数合并后生成第二十九哈希值
Figure BDA0003360265020000166
A5.34：移动设备判断所述第二十七哈希值V3与所述第二十九哈希值是否相等，如果所述第二十七哈希值与所述第二十九哈希值不相等，移动设备拒绝所述网关响应请求；如果所述第二十七哈希值与所述第二十九哈希值相等，移动设备使用所述家庭网关身份、所述用户假名和所述第十一随机数合并后生成第三十哈希值SSK，所述第三十哈希值用作用户与智能家居设备间通信的密钥；
即移动设备判断等式
Figure BDA0003360265020000171
是否成立，如果等式不成立，移动设备拒绝响应请求；如果等式成立，移动设备计算
Figure BDA0003360265020000172
进一步的，如图5所示，所述方法还包括步骤：
A6.1：用户向移动设备输入用户身份
Figure BDA0003360265020000173
旧的用户密码
Figure BDA0003360265020000174
和旧的生物特征
Figure BDA0003360265020000175
移动设备使用所述用户身份与所述旧的用户密码合并后生成第三十一哈希值
Figure BDA0003360265020000176
使用所述第三十一哈希值与存储在移动设备中的所述Bi异或后得到第十二随机数
Figure BDA0003360265020000177
即移动设备计算
Figure BDA0003360265020000178
A6.2：移动设备在模糊提取器再现函数REP中输入所述旧的生物特征与所述生物特征模板参数τi后得到旧的生物特征密钥
Figure BDA0003360265020000179
也即移动设备计算
Figure BDA00033602650200001710
A6.3：移动设备将所述用户身份、所述旧的用户密码、所述旧的生物特征密钥与所述第十二随机数
Figure BDA00033602650200001711
合并后生成第三十二哈希值
Figure BDA00033602650200001712
判断所述第三十二哈希值与存储在移动设备中的所述第八哈希值Ci是否相等，如果所述第三十二哈希值与所述第八哈希值不相等，移动设备拒绝修改用户密码与生物特征的请求；如果所述第三十二哈希值与所述第八哈希值相等，移动设备继续执行A6.4；
即移动设备检查等式
Figure BDA0003360265020000181
是否成立，如果等式不成立，移动设备拒绝修改用户密码与用户生物特征的请求；如果等式成立，移动设备执行A6.4；
A6.4：移动设备接收用户输的入新的用户密码
Figure BDA0003360265020000182
与新的用户生物特征
Figure BDA0003360265020000183
A6.5：向模糊提取器生成函数GEN中输入所述新的用户生物特征
Figure BDA0003360265020000184
得到新的生物特征密钥
Figure BDA0003360265020000185
与新的生特征模板参数
Figure BDA0003360265020000186
即移动设备计算
Figure BDA0003360265020000187
A6.6：移动设备将所述第十二随机数
Figure BDA0003360265020000188
与所述旧的用户密码合并后生成第三十三哈希值
Figure BDA0003360265020000189
将所述第十二随机数
Figure BDA00033602650200001810
与所述新的用户密码合并后生成第三十四哈希值SPWi new；
即移动设备计算
Figure BDA00033602650200001811
和
Figure BDA00033602650200001812
A6.7：移动设备将存储在设备中的所述
Figure BDA00033602650200001813
所述三十三哈希值与所述第三十四哈希值异或后得到
Figure BDA00033602650200001814
即移动设备计算
Figure BDA00033602650200001815
A6.7：移动设备将所述用户身份与所述新的用户密码合并后生成第三十五哈希值
Figure BDA00033602650200001816
将所述第十二随机数
Figure BDA00033602650200001817
与所述第三十五哈希值异或后得到
Figure BDA00033602650200001818
即移动设备计算
Figure BDA00033602650200001819
A6.8：移动设备将所述用户身份、所述新的用户密码、所述新的生物特征密钥以及所述第十二随机数合并后生成第三十六哈希值
Figure BDA00033602650200001820
A6.9：移动设备将所述新的生特征模板参数
Figure BDA0003360265020000191
所述
Figure BDA0003360265020000192
所述
Figure BDA0003360265020000193
和所述第三十六哈希值分别替换存储在设备内存中原有的所述生特征模板参数τi、所述
Figure BDA0003360265020000194
所述Bi和所述八哈希值Ci。
如图6所示，优选的，所述方法还包括步骤：
A7.1：为所述每个新添加的智能家居设备中嵌入一个唯一的物理不可克隆函数PUF用来抵抗智能家居设备捕获攻击。
A7.2：新添加的智能家居设备为自己选择一个唯一的身份
Figure BDA0003360265020000195
与需要注册到的家庭网关身份
Figure BDA0003360265020000196
然后新添加的智能家居设备通过安全通道向注册机构发送注册信息，所述注册信息为所述新添加的智能家居设备身份和所述家庭网关身份；
即新添加的智能家居设备向注册机构发送
Figure BDA0003360265020000197
A7.2：注册机构收到所述注册信息后，在数据库中检索所述新添加的智能家居设备身份
Figure BDA0003360265020000198
是否已经存在，如果所述新添加的智能家居设备身份
Figure BDA0003360265020000199
已经存在，所述新添加的智能家居设备重新选择一个新的智能家居设备身份，并重新发送一个新的注册信息给注册机构；如果所述新添加的智能家居设备身份
Figure BDA00033602650200001910
不存在，注册机构继续执行A7.3；
A7.3：注册机构生成第十二随机数
Figure BDA00033602650200001911
然后注册机构使用所述第十二随机数与所述椭圆曲线上的基点P点乘得到
Figure BDA00033602650200001912
使用所述系统私钥s与所述第十二随机数合并后生成第三十七哈希值
Figure BDA00033602650200001913
即注册机构计算
Figure BDA00033602650200001914
和
Figure BDA00033602650200001915
A7.4：注册机构使用所述系统私钥s乘以所述第三十七哈希值后与所述第十二随机数相加，相加的值对所述大素数取模得到
Figure BDA00033602650200001916
然后注册机构随机选择n个新的不同挑战
Figure BDA0003360265020000201
并将所述n个新的不同挑战、所述
Figure BDA0003360265020000202
和所述
Figure BDA0003360265020000203
通过安全通道发送给新添加的智能家居设备；
即注册机构计算
Figure BDA0003360265020000204
并向新添加的智能家居设备发送
Figure BDA0003360265020000205
A7.5：新添加的智能家居设备在收到所述n个新的不同挑战、所述
Figure BDA0003360265020000206
与所述
Figure BDA0003360265020000207
后，将所述
Figure BDA0003360265020000208
所述
Figure BDA0003360265020000209
存储在设备内存中，同时新添加的智能家居设备计算所述n个新的不同挑战对应的n个响应
Figure BDA00033602650200002010
然后新添加的智能家居设备通过安全通道向注册机构发送所述n个响应；
即新添加的智能家居设备将
Figure BDA00033602650200002011
存入设备内存中，并计算
Figure BDA00033602650200002012
然后新添加的智能家居设备向注册机构发送
Figure BDA00033602650200002013
A7.6：注册机构在收到所述n个响应后，通过安全通道向家庭网关发送所述新添加的智能家居设备身份
Figure BDA00033602650200002014
和n个新的挑战响应对
Figure BDA00033602650200002015
即注册机构向家庭网关发送
Figure BDA00033602650200002016
Figure BDA00033602650200002017
A7.7：家庭网关收到所述所述新添加的智能家居设备身份、所述
Figure BDA00033602650200002018
和所述n个新的挑战响应对后，将这些数据存储在网关数据库中，同时在新添加的智能家居设备注册完成后，用户还需将所述新添加的智能家居设备身份输入到移动设备中保存起来，
即家庭网关将
Figure BDA0003360265020000211
Figure BDA0003360265020000212
存入网关数据库中。
本发明实施例的技术方案中包括注册机构、用户、家庭网关、智能家居设备：所述注册机构是指负责用户、家庭网关和智能家居设备注册的实体，只有成功向注册机构注册的实体才能参与认证；所述用户是指需要与所选的智能家居设备进行通信的实体；所述家庭网关是指负责帮助用户与所选的智能家居设备建立起临时会话密钥与安全通信信道的中间实体；所述智能家居设备是指用户所选择的通信实体。本发明能够帮助用户根据自己的需求批量选择多个不同的智能家居设备，然后该用户在家庭网关的帮助下同时对这些智能家居设备进行批量认证，并与这些智能家居设备共同协商一个相同的临时会话密钥。并且，本发明还在每个智能家居设备中都嵌入了一个不同的物理不可克隆函数，提高了智能家居网络的安全性以及用户和智能家庭设备间通信信息的隐私性。
在示例性实施例中，还提供了一种计算设备，所述计算设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集。所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集经配置以由所述处理器执行，以实现上述智能家居设备批量认证方法。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或所述指令集在被终端的处理器执行时实现上述实施例的智能家居设备批量认证方法。可选地，上述计算机可读存储介质可以是ROM(Read-Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、CD-ROM(Compact Disc Read-OnlyMemory，只读光盘)、磁带、软盘和光数据存储设备等。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机程序产品，当该计算机程序产品被执行时，其用于实现上述智能家居设备批量认证方法。
两个以上“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
另外，本文中描述的步骤编号，仅示例性示出了步骤间的一种可能的执行先后顺序，在一些其它实施例中，上述步骤也可以不按照编号顺序来执行，如两个不同编号的步骤同时执行，或者两个不同编号的步骤按照与图示相反的顺序执行，本申请实施例对此不作限定。
以上所述仅为本申请的示例性实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能家具设备批量认证方法，其特征在于，所述方法包括：
A1.对注册机构的认证数据进行初始化；
A2.家庭网关向所述注册机构进行离线注册；
A3.用户向注册机构进行在线注册；
A4.多个智能家居设备向注册机构进行在线注册；
A5.用户通过所述注册机构和家庭网关，与多个不同的智能家居设备进行批量认证与密钥协商。
2.如权利要求1所述的智能家居设备批量认证方法，其特征在于，A1具体包括：
A1.1:注册机构选择安全参数1w和大素数p，并在有限域Fp上选择椭圆曲线Ep，从所述椭圆曲线上选择基点P；
A1.2：注册机构随机生成一个系统私钥s，并选择能将随机比特串映射到
Figure FDA0003360265010000011
上的哈希函数h1和能将随机比特串映射到固定长度比特串的哈希函数h2，即
Figure FDA0003360265010000012
A1.3:注册机构将所述系统私钥s和所述椭圆曲线上的基点P点乘得到系统公钥Ppub，即计算Ppub＝s·P；
A1.4：将所述椭圆曲线Ep、哈希函数h1、哈希函数h2、大素数p、椭圆曲线上的基点P和系统公钥作为系统公共参数进行公开，将所述系统私钥s进行保存，即注册机构公开系统公共参数Ep,h1,h2,p,P,Ppub，保存系统私钥s。
3.如权利要求1所述的智能家居设备批量认证方法，其特征在于，A2具体包括：
A2.1:注册机构为每个家庭网关选择唯一的家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000021
并将所述家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000022
与所述系统私钥s合并，生成第一哈希值fk，即注册机构计算
Figure FDA0003360265010000023
所述第一哈希值fk用于生成家庭网关与用户间认证的密钥；
A2.2：所述家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000024
与所述第一哈希值fk由注册机构离线发送给家庭网关，即注册机构向家庭网关离线发送
Figure FDA0003360265010000025
A2.3：家庭网关收到所述家庭网关身份与所述第一哈希值后，将所述家庭网关身份与所述第一哈希值存储在家庭网关受保护的内存当中；
4.如权利要求1所述的智能家居设备批量认证方法，其特征在于，A3具体包括：
A3.1：用户随机选择唯一的用户身份IDi和用户密码PWi，并将所述用户身份IDi与所述用户密码PWi输入到用户移动设备中；
A3.2：移动设备生成第一随机数ai和第二随机数ai'，并将所述第一随机数ai与所述用户密码PWi合并后生成第二哈希值h1(ai||PWi)；
A3.3：移动设备将所述第二哈希值与所述第二随机数异或后得到第二哈希值的掩码SPWi，即
Figure FDA0003360265010000026
A3.4：用户选择需要注册到的家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000027
并将所述家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000028
输入到用户移动设备中；
A3.5：移动设备通过安全通道向注册机构发送用户注册信息，所述用户注册信息为所述用户身份IDi、所述家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000029
与所述第二哈希值的掩码SPWi，即移动设备向注册机构发送
Figure FDA00033602650100000210
A3.6：注册机构收到移动设备发送的所述用户注册信息后，在数据库中检索所述用户身份IDi是否已经存在，如果所述用户身份IDi已经存在，注册机构将请求用户重新选择新的用户身份，然后移动设备重新发送新的注册信息给注册机构；如果所述用户身份IDi不存在，注册机构执行A3.7；
A3.7：注册机构生成第三随机数ri，然后使用所述第三随机数ri与所述用户身份IDi合并后生成第三哈希值TIDi，将所述第三哈希值TIDi作为用户身份假名，即用户身份假名TIDi＝h1(ri||IDi)；
A3.8：注册机构使用所述系统私钥s与所述家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000031
合并后生成第四哈希值SIDk，所述第四哈希值SIDk用于生成用户与家庭网关间认证的密钥，即
Figure FDA0003360265010000032
A3.9：注册机构将所述第四哈希值SIDk与所述第三哈希值TIDi合并后生第五哈希值
Figure FDA0003360265010000033
将所述第四哈希值与所述第五哈希值合并后生成第六哈希值
Figure FDA0003360265010000034
将所述第六哈希值与所述第二哈希值的掩码异或后得到Ai，即注册机构计算
Figure FDA0003360265010000035
A3.10：所述用户身份假名TIDi与所述Ai由注册机构通过安全通道发送给移动设备，即向用户移动设备发送<TIDi,Ai＞；
A3.11：用户移动设备收到所述用户身份假名与所述Ai后，接收用户输入的用户生物特征BIOi；
A3.12：用户移动设备向模糊提取器生成函数GEN中输入所述用户生物特征BIOi后得到生物特征密钥σi与生物特征模板参数τi，即用户移动设备计算GEN(BIOi)＝(σi,τi)；
A3.13：用户移动设备将所述Ai与所述第二随机数异或得到
Figure FDA0003360265010000041
将所述用户身份与所述用户密码合并后生成第七哈希值h1(IDi||PWi)，将所述第七哈希值与所述第一随机数异或后得到Bi，即用户移动设备计算
Figure FDA0003360265010000042
Figure FDA0003360265010000043
A3.14：用户移动设备将所述用户身份、所述用户密码、所述生物特征密钥与所述第一随机数合并后生成第八哈希值Ci＝h2(IDi||PWi||σi||ai)；
A3.15：所述生物特征模板参数τi、所述
Figure FDA0003360265010000044
所述Bi、所述第八哈希值、所述用户身份假名、哈希函数以及生物特征密钥容错阈值t存储在用户移动设备内存中，即用户移动设备将
Figure FDA0003360265010000045
h1(·),h2(·),t}存入移动设备内存中。
5.如权利要求1所述的智能家居设备批量认证方法，其特征在于，A4具体包括：
A4.1：为所述每个智能家居设备嵌入唯一的物理不可克隆函数PUF；
A4.2：智能家居设备随机选择一个唯一的智能家居设备身份
Figure FDA0003360265010000046
与需要注册到的家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000047
并向注册机构发送智能家居设备注册信息，所述智能家居设备注册信息包括所述智能家居设备身份
Figure FDA0003360265010000048
和所述家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000049
A4.3：注册机构收到所述智能家居设备注册信息后，在数据库中检索所述智能家居设备
Figure FDA00033602650100000410
是否已经存在，如果所述智能家居设备身份
Figure FDA00033602650100000411
已经存在，注册机构请求智能家居设备重新选择一个新的智能家居设备身份，然后重新发送一个新的注册信息给注册机构；如果所述智能家居设备身份
Figure FDA00033602650100000412
不存在，注册机构继续执行A4.4：；
A4.4：注册机构生成第四随机数gj，将所述第四随机数gj与所述椭圆曲线上的基点P点乘后得到Gj，即Gj＝gj·P，将所述系统私钥s与所述第四随机数gj合并后生成第九哈希值SHKj，即SHKj＝h1(s||gj)；
A4.5：注册机构将所述系统私钥s乘以所述第九哈希值后与所述第四随机数相加，相加后的结果再对所述大素数p取模得到SKj，即SKj＝(gj+s·SHKj)mod p
A4.6：注册机构选择n个挑战
Figure FDA0003360265010000051
并将所述n个挑战、所述SKj与所述Gj通过安全通道发送给智能家居设备，即注册机构向智能家居设备发送
Figure FDA0003360265010000052
A4.7：智能家居设备在收到所述n个挑战、所述SKj与所述Gj后，将{SKj,Gj}存储在智能家居设备内存中，然后计算所述n个挑战对应的n个响应
Figure FDA0003360265010000053
即
Figure FDA0003360265010000054
A4.8：智能家居设备通过安全通道将n个响应
Figure FDA0003360265010000055
发往注册机构；
A4.9：注册机构在收到所述n个响应后，通过安全通道向家庭网关发送所述智能家居设备身份、所述第九哈希值与n对挑战与响应对
Figure FDA0003360265010000056
具体地，注册机构向家庭网关发送
Figure FDA0003360265010000057
A4.10：家庭网关收到所述智能家居设备身份、所述第九哈希值与所述n对挑战与响应对后，存储在网关数据库中，具体地，家庭网关将
Figure FDA0003360265010000058
存入网关数据库中。
6.如权利要求1所述的智能家居设备批量认证方法，其特征在于，A5具体包括：
A5.1：接收用户输入的用户身份
Figure FDA0003360265010000061
用户密码
Figure FDA0003360265010000062
以及用户生物特征
Figure FDA0003360265010000063
用户移动设备将所述用户身份
Figure FDA0003360265010000064
与所述用户密码
Figure FDA0003360265010000065
合并后生成第十哈希值
Figure FDA0003360265010000066
将所述Bi和所述第十哈希值异或后得到第五随机数
Figure FDA0003360265010000067
A5.2：向模糊提取器再现函数REP中输入所述用户生物特征和存储在用户移动设备中所述生物特征模板参数后，得到恢复的用户生物特征密钥
Figure FDA0003360265010000068
A5.3：用户移动设备将所述用户身份、所述用户密码、所述恢复的生物特征密钥和所述第五随机数合并后生成第十一哈希值，即
Figure FDA0003360265010000069
A5.4：用户移动设备检查所述第十一哈希值是否与存储在移动设备中所述第八哈希值Ci相等，如果所述第十一哈希值与所述第八哈希值不相等，用户移动设备拒绝认证请求，接收用户重新输入的正确的用户身份、用户密码和用户生物特征；如果所述第十一哈希值与所述第八哈希值相等，用户移动设备继续执行A5.5；
A5.5：用户选择需要认证的家庭网关身份
Figure FDA00033602650100000610
然后选择多个不同需要认证的智能家居设备身份，用户移动设备将所述选择的多个不同的智能家居设备身份合并后构成智能家居设备身份列表
Figure FDA00033602650100000611
其中1≤x≤z≤o，o为用户家庭中总共注册完的智能家居设备数量；
A5.6：用户移动设备将所述第五随机数
Figure FDA0003360265010000071
与所述用户密码合并后生成第十二哈希值SPWi，将所述第十二哈希值与所述
Figure FDA0003360265010000072
异或后得到Ki，即
Figure FDA0003360265010000073
和
Figure FDA0003360265010000074
A5.7：用户移动设备生成第六随机数ui和第一时间戳T1，将所述Ki与所述第六随机数异或后得到M1，即
Figure FDA0003360265010000075
将所述用户假名、所述家庭网关身份、所述第五随机数
Figure FDA0003360265010000076
所述智能家居设备身份列表和所述第一时间戳T1合并后生成第十三哈希值V1，即
Figure FDA0003360265010000077
移动设备通过公共信道将用户认证请求发送给家庭网关，所述用户认证请求包括所述用户假名、所述家庭网关身份，所述M1，所述第十三哈希值，所述第一时间戳和所述智能家居设备身份列表，即移动设备向家庭网关发送
Figure FDA0003360265010000078
A5.8：家庭网关收到所述用户认证请求后，检查所述第一时间戳T1是否在最大时间延迟范围内，如果所述第一时间戳不在最大时间延迟范围内，家庭网关拒绝所述用户认证请求；如果所述第一时间戳在最大时间延迟范围内，家庭网关继续执行A5.9；
A5.9：家庭网关将所述第一哈希值fk与所述用户假名TIDi合并后生成第十四哈希值
Figure FDA0003360265010000079
将所述第一哈希值与所述第十四哈希值合并后生成第十五哈希值
Figure FDA00033602650100000710
即家庭网关计算
Figure FDA00033602650100000711
A5.10：家庭网关将所述第十五哈希值与所述M1异或后生成第七随机数
Figure FDA00033602650100000712
即
Figure FDA00033602650100000713
将所述用户假名、所述家庭网关身份、所述第七随机数、所述智能家居设备身份列表和所述第一时间戳合并后生成第十六哈希值
Figure FDA00033602650100000714
然后家庭网关检查所述第十三哈希值V1是否与所述第十六哈希值相等，如果所述第十三哈希值与所述第十六哈希值不相等，家庭网关拒绝所述用户认证请求；如果所述第十三哈希值与所述第十六哈希值相等，家庭网关继续执行A5.11；
A5.11：家庭网关为所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备生成第八随机数Nq与第二时间戳
Figure FDA0003360265010000081
其中Nq、
Figure FDA0003360265010000082
都与
Figure FDA0003360265010000083
对应，然后家庭网关生成一个第九随机数m；
A5.12：家庭网关根据所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备身份从网关数据库中提取对应的所述第九哈希值SHKq,SHKq属于SHKj且与
Figure FDA0003360265010000084
对应；
A5.13:家庭网关在网关数据库中根据所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备身份
Figure FDA0003360265010000085
为每个智能家居设备从与每个智能家居设备身份对应的n个所述挑战响应对
Figure FDA0003360265010000086
中随机选择一对挑战响应对
Figure FDA0003360265010000087
其中e∈[1,n]，
Figure FDA0003360265010000088
与
Figure FDA0003360265010000089
对应；
A5.14：家庭网关为所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备——使用所述第八随机数与所述选择的挑战响应对中的响应
Figure FDA00033602650100000810
合并后生成第十七哈希值
Figure FDA00033602650100000811
使用所述第七随机数m与所述第十七哈希值异或后得到
Figure FDA00033602650100000812
具体地，家庭网关为所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备都生成一个
Figure FDA00033602650100000813
即
Figure FDA00033602650100000814
每个智能家居设备的
Figure FDA00033602650100000815
不相同；
A5.15：对于所述智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备，家庭网关将所述用户假名、所述家庭网关身份、所述第八随机数、所述第九随机数、所述选择的挑战响应对中的挑战
Figure FDA00033602650100000816
和所述第二时间戳合并后生成第十八哈希值
Figure FDA00033602650100000817
即家庭网关为所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备都生成一个
Figure FDA0003360265010000091
每个智能家居设备的
Figure FDA0003360265010000092
不相同，即
Figure FDA0003360265010000093
A5.16：家庭网关将网关认证请求通过公共信道发送给所述智能家居设备身份列表中对应的智能家居设备，所述网关认证请求包括所述家庭网关身份、所述用户假名、所述
Figure FDA0003360265010000094
所述第十八哈希值、所述挑战、所述第八随机数和所述第二时间戳，具体地，家庭网关向智能家居设备身份列表中对应的智能家居设备发送
Figure FDA0003360265010000095
A5.17：智能家居设备身份列表中的智能家居设备收到所述网关认证请求后，检查所述第二时间戳
Figure FDA0003360265010000096
是否在最大时间延迟范围内,如果所述第二时间戳不在最大时间延迟范围内，智能家居设备拒绝所述网关认证请求；如果所述第二时间戳在最大时间延迟范围内，智能家居设备继续执行A5.18；
具体地，智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备都生成一个当前时间戳
Figure FDA0003360265010000097
然后检查等式
Figure FDA0003360265010000098
如果等式不成立，所述智能家居设备拒绝认证请求；如果等式成立，所述智能家居设备执行A5.18；
A5.18：智能家居设备将智能家居设备中嵌入的物理不可克隆函数PUF将所述挑战
Figure FDA0003360265010000099
输出为响应
Figure FDA00033602650100000910
即智能家居设备计算
Figure FDA00033602650100000911
其中PUFq(·)与
Figure FDA00033602650100000912
对应；
A5.19：智能家居设备将所述第八随机数与所述响应合并后生成第十九哈希值
Figure FDA00033602650100000913
将所述
Figure FDA00033602650100000914
与所述第十九哈希值异或得到第十随机数m*，即
Figure FDA00033602650100000915
A5.20：智能家居设备将所述用户假名、所述家庭网关身份、所述第八随机数、所述第十随机数、所述挑战和所述第二时间戳合并后生成第二十哈希值
Figure FDA00033602650100000916
A5.21：智能家居设备检查所述第十八哈希值
Figure FDA0003360265010000101
与所述第二十哈希值是否相等,如果所述第十八哈希值与所述第二十哈希值不相等，智能家居设备拒绝所网关述认证请求；如果所述第十八哈希值与所述第二十哈希值相等，智能家居设备继续执行A5.22；
A5.22：智能家居设备将所述家庭网关身份与所述第十随机数m*合并后生成第二十一哈希值
Figure FDA0003360265010000102
将所述智能家居设备身份与所述第十随机数m*合并后生成第二十二哈希值
Figure FDA0003360265010000107
然后智能家居设备将所述SKq与所述第二十一哈希值相乘，相乘的值与所述第二十二哈希值相加后再对所述大素数p取模得到αq，
Figure FDA0003360265010000103
A5.23：智能家居设备将所述家庭网关身份、所述用户假名与所述第十随机数合并后生成第二十三哈希值SSK，即
Figure FDA0003360265010000104
所述第二十三哈希值用作用户与智能家居设备间通信的临时安全会话密钥；
A5.24：智能家居设备通过公共信道向家庭网关发送智能家居设备响应请求，所述智能家居设备响应请求包括所述智能家居设备身份、所述αq以及存储在智能家居设备中的所述Gq，即
Figure FDA0003360265010000105
A5.25：家庭网关在向所述智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备发送完所有网关认证请求后，等待λ时间，以收集所述智能家居设备身份列表中每个智能家居设备发送的所述智能家居设备响应请求；
A5.26：家庭网关在等待λ时间的期间生成一个元素数量与所述智能家居设备身份列表中智能家居设备数量相等的随机向量δ＝<δx,...,δz>，其中δq∈δ，并且δq∈(1,2ξ]，ξ是一个安全参数，δq与
Figure FDA0003360265010000106
对应；
A5.27：家庭网关将所述δq、所述αq、所述椭圆曲线上的基点P、所述家庭网关身份
Figure FDA0003360265010000111
所述第九随机数m、所述Gq、所述系统公钥Ppub以及所述SHKq执行等式(1)来认证智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备，
Figure FDA0003360265010000112
其中，求和符号∑是指对所述智能家居设备身份列表中的每个智能家居设备求和；
A5.28：家庭网关检查等式(1)是否成立，如果等式(1)不成立，家庭网关利用二分查找法找出非法的智能家居设备，并将所述的非法智能家居设备发送的响应从所述智能家居设备响应请求中剔除，然后家庭网关重复执行A5.27～A5.28，直到等式(1)成立后后，家庭网关执行以下步骤A5.29；
A5.29：家庭网关生成第三时间戳T3，将所述第十五哈希值与所述第七随机数合并后生成第二十六哈希值
Figure FDA0003360265010000113
将所述第二十六哈希值与所述第九随机数异或后得到M3，即
Figure FDA0003360265010000114
将所述家庭网关身份、所述用户假名、所述第三时间戳、所述第九随机数以及所述第七随机数合并后生成第二十七哈希值V3，即
Figure FDA0003360265010000115
A5.30：家庭网关通过公共信道向用户发送网关响应请求，所述网关响应请求包括所述M3、所述第二十七哈希值以及所述第三时间戳，即<M3,V3,T3＞；
A5.31：用户的移动设备收到所述网关响应请求后，判断所述第三时间戳是否在最大时间延迟范围内，如果所述第三时间戳不在最大时间延迟范围内，智能家居设备拒绝所述网关响应请求；如果所述第三时间戳在最大时间延迟范围内，智能家居设备继续执行A5.32；
A5.32：移动设备将所述Ki和所述第六随机数合并后生成第二十八哈希值h1(Ki||ui)，将所述第二十八哈希值与所述M3异或后得到所述第十一随机数m*，即
Figure FDA0003360265010000121
A5.33：移动设备将所述家庭网关身份、所述用户假名、所述第三时间戳、所述第十一随机数和所述第六随机数合并后生成第二十九哈希值
Figure FDA0003360265010000122
A5.34：移动设备判断所述第二十七哈希值V3与所述第二十九哈希值是否相等，如果所述第二十七哈希值与所述第二十九哈希值不相等，移动设备拒绝所述网关响应请求；如果所述第二十七哈希值与所述第二十九哈希值相等，移动设备将所述家庭网关身份、所述用户假名和所述第十一随机数合并后生成第三十哈希值SSK，即
Figure FDA0003360265010000123
所述第三十哈希值用作用户与智能家居设备间通信的密钥。
7.如权利要求1所述的智能家居设备批量认证方法，其特征在于，所述方法还包括：
A6.1：用户向移动设备输入用户身份
Figure FDA0003360265010000124
旧的用户密码
Figure FDA0003360265010000125
和旧的用户生物特征
Figure FDA0003360265010000126
移动设备将所述用户身份
Figure FDA0003360265010000127
与所述旧的用户密码
Figure FDA0003360265010000128
合并后生成第三十一哈希值
Figure FDA0003360265010000129
将所述第三十一哈希值与存储在移动设备中的所述Bi异或后得到第十二随机数
Figure FDA00033602650100001210
即
Figure FDA00033602650100001211
A6.2：移动设备在模糊提取器再现函数REP中输入所述旧的生物特征
Figure FDA0003360265010000131
与所述生物特征模板参数τi后得到旧的生物特征密钥
Figure FDA0003360265010000132
即
Figure FDA0003360265010000133
A6.3：移动设备将所述用户身份、所述旧的用户密码、所述旧的生物特征密钥与所述第十二随机数
Figure FDA0003360265010000134
合并后生成第三十二哈希值
Figure FDA0003360265010000135
判断所述第三十二哈希值与存储在移动设备中的所述第八哈希值Ci是否相等，如果所述第三十二哈希值与所述第八哈希值不相等，移动设备拒绝修改用户密码与生物特征的请求；如果所述第三十二哈希值与所述第八哈希值相等，移动设备继续执行A6.4；
A6.4：移动设备接收用户输的入新的用户密码
Figure FDA0003360265010000136
与新的用户生物特征
Figure FDA0003360265010000137
A6.5：向模糊提取器生成函数GEN中输入所述新的用户生物特征
Figure FDA0003360265010000138
得到新的生物特征密钥
Figure FDA0003360265010000139
与新的生特征模板参数
Figure FDA00033602650100001310
即
Figure FDA00033602650100001311
A6.6：移动设备将所述第十二随机数
Figure FDA00033602650100001312
与所述旧的用户密码合并后生成第三十三哈希值
Figure FDA00033602650100001313
即
Figure FDA00033602650100001314
将所述第十二随机数
Figure FDA00033602650100001315
与所述新的用户密码合并后生成第三十四哈希值
Figure FDA00033602650100001316
即
Figure FDA00033602650100001317
A6.7：移动设备将存储在设备中的所述
Figure FDA00033602650100001318
所述三十三哈希值与所述第三十四哈希值异或后得到
Figure FDA00033602650100001319
即
Figure FDA00033602650100001320
A6.7：移动设备将所述用户身份与所述新的用户密码合并后生成第三十五哈希值
Figure FDA0003360265010000141
将所述第十二随机数
Figure FDA0003360265010000142
与所述第三十五哈希值异或后得到
Figure FDA0003360265010000143
即
Figure FDA0003360265010000144
A6.8：移动设备将所述用户身份、所述新的用户密码、所述新的生物特征密钥以及所述第十二随机数合并后生成第三十六哈希值
Figure FDA0003360265010000145
A6.9：移动设备将所述新的生特征模板参数
Figure FDA0003360265010000146
所述
Figure FDA0003360265010000147
所述
Figure FDA0003360265010000148
和所述第三十六哈希值分别替换存储在设备内存中原有的所述生特征模板参数τi、所述
Figure FDA0003360265010000149
所述Bi和所述八哈希值Ci。
8.如权利要求1所述的智能家居设备批量认证方法，其特征在于，所述方法还包括：
A7.1：为所述每个新添加的智能家居设备中嵌入一个唯一的物理不可克隆函数PUF；
A7.2：新添加的智能家居设备为自己选择一个唯一的身份
Figure FDA00033602650100001410
与需要注册到的家庭网关身份
Figure FDA00033602650100001411
然后新添加的智能家居设备通过安全通道向注册机构发送注册信息，所述注册信息为所述新添加的智能家居设备身份和所述家庭网关身份，即注册信息为
Figure FDA00033602650100001412
A7.2：注册机构收到所述注册信息后，在数据库中检索所述新添加的智能家居设备身份
Figure FDA00033602650100001413
是否已经存在，如果所述新添加的智能家居设备身份
Figure FDA00033602650100001414
已经存在，所述新添加的智能家居设备重新选择一个新的智能家居设备身份，并重新发送一个新的注册信息给注册机构，如果所述新添加的智能家居设备身份
Figure FDA00033602650100001415
不存在，注册机构继续执行A7.3；
A7.3：注册机构生成第十二随机数
Figure FDA0003360265010000151
然后注册机构将所述第十二随机数与所述椭圆曲线上的基点P点乘得到
Figure FDA0003360265010000152
即
Figure FDA0003360265010000153
将所述系统私钥s与所述第十二随机数合并后生成第三十七哈希值
Figure FDA0003360265010000154
即
Figure FDA0003360265010000155
A7.4：注册机构将所述系统私钥s乘以所述第三十七哈希值后与所述第十二随机数相加，相加的值对所述大素数取模得到
Figure FDA0003360265010000156
即
Figure FDA0003360265010000157
然后注册机构随机选择n个新的不同挑战
Figure FDA0003360265010000158
并将
Figure FDA0003360265010000159
通过安全通道发送给新添加的智能家居设备；
A7.5：新添加的智能家居设备在收到所述
Figure FDA00033602650100001510
后，将
Figure FDA00033602650100001511
存储在自己的内存中，同时新添加的智能家居设备计算所述n个新的不同挑战对应的n个响应
Figure FDA00033602650100001512
即
Figure FDA00033602650100001513
Figure FDA00033602650100001514
然后通过安全通道向注册机构发送所述n个响应
Figure FDA00033602650100001515
A7.6：注册机构在收到所述n个响应
Figure FDA00033602650100001516
后，通过安全通道向家庭网关发送所述新添加的智能家居设备身份
Figure FDA00033602650100001517
和n个新的挑战响应对
Figure FDA00033602650100001518
即注册机构向家庭网关发送
Figure FDA00033602650100001519
Figure FDA00033602650100001520
A7.7：家庭网关收到所述新添加的智能家居设备身份、所述
Figure FDA0003360265010000161
和所述n个新的挑战响应对后，并存储在网关数据库中，即家庭网关将
Figure FDA0003360265010000162
存入网关数据库中。
9.一种计算设备，其特征在于，所述计算设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一项所述的智能家居设备批量认证方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1至8任一项所述的智能家居设备批量认证方法。
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