CN113992332A - 一种基于区块链的工业物联网安全认证方法 - Google Patents

一种基于区块链的工业物联网安全认证方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113992332A
CN113992332A CN202111606857.4A CN202111606857A CN113992332A CN 113992332 A CN113992332 A CN 113992332A CN 202111606857 A CN202111606857 A CN 202111606857A CN 113992332 A CN113992332 A CN 113992332A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
user
authentication
request message
authentication request
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111606857.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113992332B (zh
Inventor
李雪茹
罗远哲
刘瑞景
李冠蕊
王玲洁
王传程
孙成山
耿云晓
罗晓婷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing China Super Industry Information Security Technology Ltd By Share Ltd
Original Assignee
Beijing China Super Industry Information Security Technology Ltd By Share Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing China Super Industry Information Security Technology Ltd By Share Ltd filed Critical Beijing China Super Industry Information Security Technology Ltd By Share Ltd
Priority to CN202111606857.4A priority Critical patent/CN113992332B/zh
Publication of CN113992332A publication Critical patent/CN113992332A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113992332B publication Critical patent/CN113992332B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
    • H04L9/3218—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials using proof of knowledge, e.g. Fiat-Shamir, GQ, Schnorr, ornon-interactive zero-knowledge proofs
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/08—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities
    • H04L63/083—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities using passwords
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/08—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities
    • H04L63/0853—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities using an additional device, e.g. smartcard, SIM or a different communication terminal
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/08—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities
    • H04L63/0861—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities using biometrical features, e.g. fingerprint, retina-scan
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/08—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities
    • H04L63/0876—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities based on the identity of the terminal or configuration, e.g. MAC address, hardware or software configuration or device fingerprint

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer And Data Communications (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于区块链的工业物联网安全认证方法，通过智能卡进行用户注册和登录，通过区块链和引入模糊提取技术来验证用户身份，通过网关节点来维护区块链节点，用户和传感器节点通过区块链节点和非交互的零知识证明来验证彼此的身份，实现了用户和传感器节点的相互验证，提高了信息传递的安全性。

Description

一种基于区块链的工业物联网安全认证方法
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，特别是涉及一种基于区块链的工业物联网安全认证方法。
背景技术
工业物联网环境是物联网的一个重要应用，可以方便行业相关专业人员对工厂、仓库等进行远程监控。在这种环境下，必须不断分析数据，以做出重要的实时决策。工业物联网使远程确认成为通过保险通道保证数据传输安全的关键，防止数据发生篡改、截取和修改。然而，在工业物联网环境中，收集的实时数据是通过公共通道传输的，这就提出了在这种环境下的安全和隐私问题。目前，攻击者的非法访问仍然是工业物联网环境中很大的安全问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于区块链的工业物联网安全认证方法，提高了拥护信息的安全性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于区块链的工业物联网安全认证方法，包括：
初始化系统参数；
将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡，根据所述系统参数生成用户注册请求消息；将所述用户注册请求消息发送到网关节点，所述网关节点根据所述用户注册消息和所述系统参数生成所述用户的第一用户注册信息和第二用户注册信息，将所述第一注册信息存储在所述网关节点，将所述第二用户注册信息发送到对应用户的智能卡，所述智能卡存储所述第二用户注册信息；所述网关节点为区块链节点；所述智能卡与用户一一对应；
将传感器节点的身份标识发送到所述网关节点，所述网关节点根据所述传感器节点的身份标识和所述系统参数生成第一传感器注册信息和第二传感器注册信息，将所述第一传感器注册信息存储到所述网关节点，将所述第二传感器注册信息发送到所述传感器节点，所述传感器节点存储所述第二传感器注册信息；
将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡进行用户登录，根据所述第二用户注册信息、所述输入所述智能卡的生物特征、身份信息和密码判断用户登录是否成功；
若用户登录成功，根据所述系统参数和预设与所述用户连接的传感器的身份标识，通过智能卡生成第一用户认证请求消息，将所述第一用户认证请求消息发送到所述网关节点；
当所述网关节点接收到所述第一用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数、所述第一用户注册信息进行用户认证和所述第一用户认证请求消息进行第一用户认证；
若所述第一用户认证成功，则所述网关节点根据所述系统参数、所述第二传感器注册信息和所述第一用户认证请求消息生成第二用户认证请求消息，并将所述第二用户认证请求消息发送到所述传感器节点；
当所述传感器节点接收到所述第二用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数、所述第二用户认证请求消息、所述第一传感器注册信息进行第二用户认证；
若所述第二用户认证成功，则所述传感器节点根据所述系统参数生成第一会话密钥和第一传感器认证请求消息，并将所述第一传感器认证请求消息发送到所述网关节点；
当所述网关节点接收到所述第一传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数和所述第一传感器认证请求消息进行第一传感器认证；
若所述第一传感器认证成功，则所述网关节点根据所述系统参数和所述第一传感器认证请求消息生成第二传感器认证请求消息，并将所述第二传感器认证请求消息发送到用户；
当用户收到所述第二传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据根据系统参数和所述第二传感器认证请求消息进行第二传感器认证；
若所述第二传感器认证成功，则用户根据系统参数和所述第二传感器认证请求消息生成第二会话密钥，并采用所述第二会话密钥与所述传感器节点进行通信。
可选地，所述系统参数包括G、q、P、Ppub、H0和H1，其中，G表示给定安全参数K生成的一个价为素数q的循环群，P是G的一个生成元，Ppub表示系统公钥，Ppub=sP，s表示主私钥，s∈
Figure 379748DEST_PATH_IMAGE001
，H0表示哈希函数，H1表示哈希函数。
可选地，所述将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡，根据所述系统参数生成用户注册请求消息；将所述用户注册请求消息发送到网关节点，所述网关节点根据所述用户注册消息和所述系统参数生成所述用户的第一用户注册信息和第二用户注册信息，将所述第一注册信息存储在所述网关节点，将所述第二用户注册信息发送到对应用户的智能卡，所述智能卡存储所述第二用户注册信息，具体包括：
将用户的生物特征BIOi、身份信息IDi和密码PWi输入智能卡；
通过所述智能卡生成随机数xi，xi∈
Figure 87941DEST_PATH_IMAGE001
，计算Xi=xiP，Ai=xiPpub，(∂i,τi)=Gen(BIOi)，Wi=Ai⊕H0(∂i||IDi||PWi)，Ci=H0(∂i||IDi||Wi||Ai)，Gen(·)表示模糊提取器；
将用户注册请求消息{Xi,Ci}发送到所述网关节点；
所述网关节点接收到{Xi,Ci}后，计算
Figure 405439DEST_PATH_IMAGE002
=sXi，Zi=H0(s||
Figure 464662DEST_PATH_IMAGE002
)，Yi=
Figure 365622DEST_PATH_IMAGE002
⊕s， Vi=Zi⊕Ci，Mi=H0(Zi||
Figure 708748DEST_PATH_IMAGE002
)，Ui=H0(
Figure 443486DEST_PATH_IMAGE002
||Zi)；
将第一用户注册信息(Ui,Yi)存储在所述网关节点，将所述第二用户注册信息(Vi,Mi)发送到对应用户的智能卡，所述智能卡存储所述第二用户注册信息(Vi,Mi,Wi)。
可选地，所述将传感器节点的身份标识发送到所述网关节点，所述网关节点根据所述传感器节点的身份标识和所述系统参数生成第一传感器注册信息和第二传感器注册信息，将所述第一传感器注册信息存储到所述网关节点，将所述第二传感器注册信息发送到所述传感器节点，所述传感器节点存储所述第二传感器注册信息，具体包括：
将传感器节点的身份标识IDj发送到所述网关节点；
当所述网关节点接收到IDj后，生成随机数tj∈
Figure 475158DEST_PATH_IMAGE001
，计算SZj=H0(IDj||s)，SYj=tj⊕s，SUj=H0(tj||s)，SDj=H0(tj||IDj)，SVj=SDj⊕SUj；
所述网关节点存储第一传感器注册信息(SZj,SYj)，并将所述第二传感器注册信息(SVj)发送到所述传感器节点；
所述传感器节点存储所述第二传感器注册信息(SVj)。
可选地，所述将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡进行用户登录，根据所述第二用户注册信息、所述输入所述智能卡的生物特征、身份信息和密码判断用户登录是否成功，具体包括：
将用户的生物特征BIOi、身份信息IDi和密码PWi输入智能卡；
通过所述智能卡计算(∂i,τi)=Gen(BIOi)，Ai=Wi⊕(∂i||IDi||PWi)，Ci=H0(∂i||IDi||Wi||Ai)，Zi=Vi⊕Ci，
Figure 586333DEST_PATH_IMAGE003
=H0(Zi||Ai)；
判断
Figure 783965DEST_PATH_IMAGE003
与所述智能卡存储的Mi是否相等；
若
Figure 424025DEST_PATH_IMAGE004
与Mi相等，则用户登录成功；
若
Figure 205643DEST_PATH_IMAGE004
与Mi不相等，则用户登录失败；
所述若用户登录成功，根据所述系统参数和预设与所述用户连接的传感器的身份标识，通过智能卡生成第一用户认证请求消息，将所述第一用户认证请求消息发送到所述网关节点，具体包括：
若用户登录成功，通过所述智能卡生成当前时间戳Ti，生成随机数mi作为秘密值，mi∈
Figure 182826DEST_PATH_IMAGE001
，计算PCi=miP，PKi=miPpub，PDi=IDj⊕H0(Ti||Zi||PKi)，Ui=H0(Zi||Ai)，gi=mi+PVis，IDj表示预设与所述用户连接的传感器的身份标识，生成第一用户认证请求消息{PDi，Ui，PCi，gi，Ti}，将{PDi，Ui，PCi，gi，Ti}发送到所述网关节点。
可选地，所述当所述网关节点接收到所述第一用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数、所述第一用户注册信息进行用户认证和所述第一用户认证请求消息进行第一用户认证，具体包括：
当所述网关节点接收到所述第一用户认证请求消息后，验证时间戳Ti是否在设定的时间范围内；
若时间戳Ti不在设定的时间范围内，则停止所述第一用户认证，所述第一用户认证失败；
若时间戳Ti在设定的时间范围内，则根据所述网关节点存储的Yi计算
Figure 985697DEST_PATH_IMAGE002
=Yi⊕s，Zi=H0(s||
Figure 45926DEST_PATH_IMAGE002
)，
Figure 301458DEST_PATH_IMAGE005
=sPCi，
Figure 347911DEST_PATH_IMAGE006
=PDi⊕H0(Ti||Zi||
Figure 756021DEST_PATH_IMAGE005
)，
Figure 737884DEST_PATH_IMAGE007
=H0(PDi||Zi||
Figure 729979DEST_PATH_IMAGE006
||
Figure 721069DEST_PATH_IMAGE005
||Ti)，
Figure 92008DEST_PATH_IMAGE008
=giP-
Figure 275731DEST_PATH_IMAGE009
Ppub；
判断
Figure 240276DEST_PATH_IMAGE008
与接收到的所述第一用户认证请求消息中PCi是否相等；
若
Figure 284325DEST_PATH_IMAGE010
与PCi不相等，停止所述第一用户认证，所述第一用户认证失败；
若
Figure 650715DEST_PATH_IMAGE010
与PCi相等，则所述第一用户认证成功；
所述若所述第一用户认证成功，则所述网关节点根据所述系统参数、所述第二传感器注册信息和所述第一用户认证请求消息生成第二用户认证请求消息，并将所述第二用户认证请求消息发送到所述传感器节点，具体包括：
所述若所述第一用户认证成功，则随机选择ui∈
Figure 521850DEST_PATH_IMAGE001
，计算PUi=uiP，SZj=H0(IDj||s)，tj=SYj⊕s，SYj为所述网关节点存储的SYj，SUj=H0(tj||s)，获取当前的时间戳TGNi，SDj=H0(tj||IDj)，SFi=
Figure 239271DEST_PATH_IMAGE005
⊕H0(TGNi||SUj)，xi=ui+SGis，生成所述第二用户认证请求消息｛PCi，SFi，SDj，PUi，xi，TGNi｝，并将｛PCi，SFi，SDj，PUi，xi，TGNi｝发送到所述传感器节点。
可选地，所述当所述传感器节点接收到所述第二用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数、所述第二用户认证请求消息、所述第一传感器注册信息进行第二用户认证，具体包括：
当所述传感器节点接收到所述第二用户认证请求消息后，验证时间戳TGNi是否在设定的时间范围内；
若时间戳TGNi不在设定的时间范围内，则停止所述第二用户认证，所述第二用户认证失败；
若时间戳TGNi在设定的时间范围内，则计算SUj=SDj⊕SVj，
Figure 821430DEST_PATH_IMAGE011
=SFi⊕H0(TGNi||SUj)，
Figure 42327DEST_PATH_IMAGE012
=H0(SDj||SFi||SUj||TGNi)，
Figure 927107DEST_PATH_IMAGE013
=xiP-
Figure 879626DEST_PATH_IMAGE012
Ppub；
判断
Figure 750630DEST_PATH_IMAGE013
与接收到的所述第二用户认证请求消息中PUi是否相等；
若
Figure 606459DEST_PATH_IMAGE014
与PUi不相等，停止所述第二用户认证，所述第二用户认证失败；
若
Figure 537506DEST_PATH_IMAGE014
与PUi相等，则所述第二用户认证成功；
所述若所述第二用户认证成功，则所述传感器节点根据所述系统参数生成第一会话密钥和第一传感器认证请求消息，并将所述第一传感器认证请求消息发送到所述网关节点，具体包括：
若所述第二用户认证成功，则所述传感器节点生成当前时间戳TSNj，随机选择nj∈
Figure 449093DEST_PATH_IMAGE015
，计算SPCj=njP，SPKj=njPpub，SLj=H0(TSNi||
Figure 123788DEST_PATH_IMAGE016
||SPKj||SUj)，sj=nj+H0(TSNj||
Figure 834124DEST_PATH_IMAGE016
||SPKj||SUj)s，计算第一会话密钥SKj=H1(
Figure 795126DEST_PATH_IMAGE016
||SPKj||njPCj)，生成第一传感器认证请求消息｛SLj，SPCj，sj，TSNj｝，将｛SLj，SPCj，sj，TSNj｝发送到所述网关节点。
可选地，所述当所述网关节点接收到所述第一传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数和所述第一传感器认证请求消息进行第一传感器认证，具体包括：
当所述网关节点接收到所述第一传感器认证请求消息后，验证时间戳TSNj是否在设定的时间范围内；
若时间戳TSNj不在设定的时间范围内，则停止所述第一传感器认证，所述第一传感器认证失败；
若时间戳TSNj在设定的时间范围内，计算
Figure 974435DEST_PATH_IMAGE017
=sSPCj，
Figure 206483DEST_PATH_IMAGE018
=H0(TSNj||
Figure 256478DEST_PATH_IMAGE019
||
Figure 44175DEST_PATH_IMAGE017
||SUj)，
Figure 179621DEST_PATH_IMAGE020
=sj-
Figure 946851DEST_PATH_IMAGE018
Ppub；
判断
Figure 241566DEST_PATH_IMAGE020
与接收到的所述第一传感器认证请求消息中的SPCj是否相等；
若
Figure 419738DEST_PATH_IMAGE020
与SPCj不相等，停止所述第一传感器认证，所述第一传感器认证失败；
若
Figure 822906DEST_PATH_IMAGE020
与SPCj相等，则所述第一传感器认证成功；
所述若所述第一传感器认证成功，则所述网关节点根据所述系统参数和所述第一传感器认证请求消息生成第二传感器认证请求消息，并将所述第二传感器认证请求消息发送到用户，具体包括：
若所述第一传感器认证成功，则生成时间戳TNi，计算PAi=
Figure 377515DEST_PATH_IMAGE021
⊕H0(TNi||
Figure 149906DEST_PATH_IMAGE005
||Zi)，qi=ui+PMis，生成第二传感器认证请求消息｛PAi，SPCj，PUi，qi，TNi｝，并将｛PAi，SPCj，PUi，qi，TNi｝发送到用户。
可选地，所述当用户收到所述第二传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据根据系统参数和所述第二传感器认证请求消息进行第二传感器认证，具体包括：
当用户收到所述第二传感器认证请求消息后，验证时间戳TNi是否在设定的时间范围内；
若时间戳TNi不在设定的时间范围内，则停止所述第二传感器认证，所述第二传感器认证失败；
若时间戳TNi在设定的时间范围内，则计算
Figure 623613DEST_PATH_IMAGE022
=PAi⊕H0(TNi||PKi||Zi)，
Figure 468072DEST_PATH_IMAGE023
=H0(TNi||PKi||
Figure 75639DEST_PATH_IMAGE022
||Zi)，
Figure 79368DEST_PATH_IMAGE024
=uiP-
Figure 864921DEST_PATH_IMAGE023
Ppub；
判断
Figure 212988DEST_PATH_IMAGE024
与接收到的所述第二传感器认证请求消息中的PUj是否相等；
若
Figure 109400DEST_PATH_IMAGE024
与PUj不相等，停止所述第二传感器认证，所述第二传感器认证失败；
若
Figure 623427DEST_PATH_IMAGE024
与PUj相等，则所述第二传感器认证成功；
所述若所述第二传感器认证成功，则用户根据系统参数和所述第二传感器认证请求消息生成第二会话密钥，并采用所述第二会话密钥与所述传感器节点进行通信，具体包括：
若所述第二传感器认证成功，则计算第二会话密钥SKi=H1(
Figure 704515DEST_PATH_IMAGE025
||PKi||miSPCj)，采用所述第二会话密钥SKi与所述传感器节点进行通信。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过网关节点来维护区块链节点，用户和传感器节点通过区块链节点和非交互的零知识证明来验证彼此的身份，实现了用户和传感器节点的相互验证，提高了信息传递的安全性。
附图说明
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于区块链的工业物联网安全认证方法流程示意图；
图2为本发明一种基于区块链的工业物联网安全认证方法中用户、网关节点和传感器节点之间的信息传递流程示意图；
图3为本发明一种基于区块链的工业物联网安全认证方法流程简图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于区块链的工业物联网安全认证方法，提高了拥护信息的安全性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种基于区块链的工业物联网安全认证方法流程示意图，图3为本发明一种基于区块链的工业物联网安全认证方法流程简图，如图1和图3所示，一种基于区块链的工业物联网安全认证方法，包括：
步骤101：初始化系统参数。
步骤102：将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡，根据系统参数生成用户注册请求消息；将用户注册请求消息发送到网关节点，网关节点根据用户注册消息和系统参数生成用户的第一用户注册信息和第二用户注册信息，将第一注册信息存储在网关节点，将第二用户注册信息发送到对应用户的智能卡，智能卡存储第二用户注册信息；网关节点为区块链节点；智能卡与用户一一对应。
步骤103：将传感器节点的身份标识发送到网关节点，网关节点根据传感器节点的身份标识和系统参数生成第一传感器注册信息和第二传感器注册信息，将第一传感器注册信息存储到网关节点，将第二传感器注册信息发送到传感器节点，传感器节点存储第二传感器注册信息。
步骤104：将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡进行用户登录，根据第二用户注册信息、输入智能卡的生物特征、身份信息和密码判断用户登录是否成功。
步骤105：若用户登录成功，根据系统参数和预设与用户连接的传感器的身份标识，通过智能卡生成第一用户认证请求消息，将第一用户认证请求消息发送到网关节点。
步骤106：当网关节点接收到第一用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据系统参数、第一用户注册信息进行用户认证和第一用户认证请求消息进行第一用户认证。
步骤107：若第一用户认证成功，则网关节点根据系统参数、第二传感器注册信息和第一用户认证请求消息生成第二用户认证请求消息，并将第二用户认证请求消息发送到传感器节点。
步骤108：当传感器节点接收到第二用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据系统参数、第二用户认证请求消息、第一传感器注册信息进行第二用户认证。
步骤109：若第二用户认证成功，则传感器节点根据系统参数生成第一会话密钥和第一传感器认证请求消息，并将第一传感器认证请求消息发送到网关节点。
步骤110：当网关节点接收到第一传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据系统参数和第一传感器认证请求消息进行第一传感器认证。
步骤111：若第一传感器认证成功，则网关节点根据系统参数和第一传感器认证请求消息生成第二传感器认证请求消息，并将第二传感器认证请求消息发送到用户。
步骤112：当用户收到第二传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据根据系统参数和第二传感器认证请求消息进行第二传感器认证。
步骤113：若第二传感器认证成功，则用户根据系统参数和第二传感器认证请求消息生成第二会话密钥，并采用第二会话密钥与传感器节点进行通信。
本发明一种基于区块链的工业物联网安全认证方法中用户、网关节点和传感器节点之间的信息传递流程如图2所示。
其中，步骤101具体包括首先系统给定安全参数K，初始化系统参数｛G,q,P,Ppub,H0,H1｝。系统参数包括G、q、P、Ppub、H0和H1，其中，G表示给定安全参数K生成的一个价为素数q的循环群，P是G的一个生成元，Ppub表示系统公钥，Ppub=sP，s表示主私钥，s∈
Figure 523567DEST_PATH_IMAGE001
，H0表示哈希函数，H1表示哈希函数。H0:{0,1}*×G×G→
Figure 965613DEST_PATH_IMAGE001
，H1:{0,1}*×G→
Figure 819299DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 805710DEST_PATH_IMAGE001
表示模q运算的正整数乘法群。
然后初始化区块链，区块链包括系统参数和共识机制，区块链是由网关节点(Gateway Node,GN)来维护，用户（User）和传感器节点（Sensor Node，SN）通过区块链的网关节点进行注册，而注册的用户和传感器节点可以通过智能合约处理对应请求。
其中，步骤102为用户注册过程，步骤102具体包括：
将用户的生物特征BIOi、身份信息IDi和密码PWi输入智能卡。
通过智能卡生成随机数xi，xi∈
Figure 626904DEST_PATH_IMAGE001
，计算Xi=xiP，Ai=xiPpub，(∂i,τi)=Gen(BIOi)，Wi=Ai⊕H0(∂i||IDi||PWi)，Ci=H0(∂i||IDi||Wi||Ai)，Gen(·)表示模糊提取器。
将用户注册请求消息{Xi,Ci}发送到网关节点。
网关节点接收到{Xi,Ci}后，计算
Figure 865119DEST_PATH_IMAGE002
=sXi，Zi=H0(s||
Figure 697945DEST_PATH_IMAGE002
)，Yi=
Figure 746935DEST_PATH_IMAGE002
⊕s， Vi=Zi⊕Ci，Mi=H0(Zi||
Figure 540579DEST_PATH_IMAGE002
)，Ui=H0(
Figure 831752DEST_PATH_IMAGE002
||Zi)。
将第一用户注册信息(Ui,Yi)存储在网关节点，将第二用户注册信息(Vi,Mi)发送到对应用户的智能卡，智能卡存储第二用户注册信息(Vi,Mi,Wi)。
其中，步骤102为传感器节点注册过程，步骤103具体包括：
将传感器节点的身份标识IDj发送到网关节点。
当网关节点接收到IDj后，生成随机数tj∈
Figure 784664DEST_PATH_IMAGE015
，计算SZj=H0(IDj||s)，SYj=tj⊕s，SUj=H0(tj||s)，SDj=H0(tj||IDj)，SVj=SDj⊕SUj。
网关节点存储第一传感器注册信息(SZj,SYj)，并将第二传感器注册信息(SVj)发送到传感器节点。
传感器节点存储第二传感器注册信息(SVj)。
其中，步骤104为用户登录流程，步骤104具体包括：
将用户的生物特征BIOi、身份信息IDi和密码PWi输入智能卡。
通过智能卡计算(∂i,τi)=Gen(BIOi)，Ai=Wi⊕(∂i||IDi||PWi)，Ci=H0(∂i||IDi||Wi||Ai)，Zi=Vi⊕Ci，
Figure 253823DEST_PATH_IMAGE003
=H0(Zi||Ai)。
判断
Figure 282565DEST_PATH_IMAGE003
与智能卡存储的Mi是否相等。
若
Figure 862582DEST_PATH_IMAGE004
与Mi相等，则用户登录成功。
若
Figure 670001DEST_PATH_IMAGE004
与Mi不相等，则用户登录失败。
其中，步骤105具体包括：
若用户登录成功，通过智能卡生成当前时间戳Ti，生成随机数mi作为秘密值，mi∈
Figure 559329DEST_PATH_IMAGE001
，计算PCi=miP，PKi=miPpub，PDi=IDj⊕H0(Ti||Zi||PKi)，Ui=H0(Zi||Ai)，PVi=H0(PDi||Zi||IDj||PKi||Ti)，gi=mi+PVis，IDj表示预设与用户连接的传感器的身份标识，生成第一用户认证请求消息{PDi，Ui，PCi，gi，Ti}，将{PDi，Ui，PCi，gi，Ti}发送到网关节点。
其中，步骤106具体包括：
当网关节点接收到第一用户认证请求消息后，验证时间戳Ti是否在设定的时间范围内。
若时间戳Ti不在设定的时间范围内，则停止第一用户认证，第一用户认证失败，拒绝该认证请求。
若时间戳Ti在设定的时间范围内，则根据网关节点存储的Yi计算
Figure 327565DEST_PATH_IMAGE002
=Yi⊕s，Zi=H0(s||
Figure 462005DEST_PATH_IMAGE002
)，
Figure 389510DEST_PATH_IMAGE005
=sPCi，
Figure 466050DEST_PATH_IMAGE006
=PDi⊕H0(Ti||Zi||
Figure 705270DEST_PATH_IMAGE005
)，
Figure 158248DEST_PATH_IMAGE007
=H0(PDi||Zi||
Figure 569288DEST_PATH_IMAGE006
||
Figure 816730DEST_PATH_IMAGE005
||Ti)，
Figure 543246DEST_PATH_IMAGE008
=giP-
Figure 393390DEST_PATH_IMAGE009
Ppub。
判断
Figure 170854DEST_PATH_IMAGE008
与接收到的第一用户认证请求消息中PCi是否相等。
若
Figure 74350DEST_PATH_IMAGE010
与PCi不相等，停止第一用户认证，第一用户认证失败，拒绝该认证请求。
若
Figure 570053DEST_PATH_IMAGE010
与PCi相等，则第一用户认证成功。
其中，步骤107具体包括：
若第一用户认证成功，则随机选择ui∈
Figure 82943DEST_PATH_IMAGE001
，ui作为秘密值，计算PUi=uiP，SZj=H0(IDj||s)，tj=SYj⊕s，SYj为网关节点存储的SYj，SUj=H0(tj||s)，获取当前的时间戳TGNi，SDj=H0(tj||IDj)，SFi=
Figure 714913DEST_PATH_IMAGE005
⊕H0(TGNi||SUj)，SGi=H0(SDj||SFi||SUj||TGNi)，xi=ui+SGis，生成第二用户认证请求消息｛PCi，SFi，SDj，PUi，xi，TGNi｝，并将｛PCi，SFi，SDj，PUi，xi，TGNi｝发送到传感器节点。
其中，步骤108具体包括：
当传感器节点接收到第二用户认证请求消息后，验证时间戳TGNi是否在设定的时间范围内。
若时间戳TGNi不在设定的时间范围内，则停止第二用户认证，第二用户认证失败，拒绝该认证请求。
若时间戳TGNi在设定的时间范围内，则计算SUj=SDj⊕SVj，
Figure 163211DEST_PATH_IMAGE011
=SFi⊕H0(TGNi||SUj)，
Figure 628434DEST_PATH_IMAGE012
=H0(SDj||SFi||SUj||TGNi)，
Figure 961327DEST_PATH_IMAGE013
=xiP-
Figure 697071DEST_PATH_IMAGE012
Ppub。
判断
Figure 457216DEST_PATH_IMAGE013
与接收到的第二用户认证请求消息中PUi是否相等。
若
Figure 147086DEST_PATH_IMAGE013
与PUi不相等，停止第二用户认证，第二用户认证失败，拒绝该认证请求。
若
Figure 18090DEST_PATH_IMAGE013
与PUi相等，则第二用户认证成功。
其中，步骤109具体包括：
若第二用户认证成功，则传感器节点生成当前时间戳TSNj，随机选择nj∈
Figure 483706DEST_PATH_IMAGE001
，nj作为秘密值，计算SPCj=njP，SPKj=njPpub，SLj=H0(TSNi||
Figure 398441DEST_PATH_IMAGE011
||SPKj||SUj)，sj=nj+H0(TSNj||
Figure 824875DEST_PATH_IMAGE011
||SPKj||SUj)s，计算第一会话密钥SKj=H1(
Figure 264951DEST_PATH_IMAGE011
||SPKj||njPCj)，生成第一传感器认证请求消息｛SLj，SPCj，sj，TSNj｝，将｛SLj，SPCj，sj，TSNj｝发送到网关节点。
其中，步骤110具体包括：
当网关节点接收到第一传感器认证请求消息后，验证时间戳TSNj是否在设定的时间范围内。
若时间戳TSNj不在设定的时间范围内，则停止第一传感器认证，第一传感器认证失败，拒绝该认证请求。
若时间戳TSNj在设定的时间范围内，计算
Figure 585073DEST_PATH_IMAGE017
=sSPCj，
Figure 421442DEST_PATH_IMAGE018
=H0(TSNj||
Figure 584439DEST_PATH_IMAGE019
||
Figure 62825DEST_PATH_IMAGE017
||SUj)，
Figure 971875DEST_PATH_IMAGE020
=sj-
Figure 995457DEST_PATH_IMAGE018
Ppub。
Figure 130904DEST_PATH_IMAGE019
的值从缓存中获取。
判断
Figure 396669DEST_PATH_IMAGE020
与接收到的第一传感器认证请求消息中的SPCj是否相等。
若
Figure 425805DEST_PATH_IMAGE020
与SPCj不相等，停止第一传感器认证，第一传感器认证失败，拒绝该认证请求。
若
Figure 869555DEST_PATH_IMAGE020
与SPCj相等，则第一传感器认证成功。
其中，步骤111具体包括：
若第一传感器认证成功，则生成时间戳TNi，计算PAi=
Figure 240100DEST_PATH_IMAGE017
⊕H0(TNi||
Figure 794710DEST_PATH_IMAGE026
||Zi)，PMi=H0(TNi||
Figure 943931DEST_PATH_IMAGE019
||
Figure 73430DEST_PATH_IMAGE017
||TNi)，qi=ui+PMis，生成第二传感器认证请求消息｛PAi，SPCj，PUi，qi，TNi｝，并将｛PAi，SPCj，PUi，qi，TNi｝发送到用户。
其中，步骤112具体包括：
当用户收到第二传感器认证请求消息后，验证时间戳TNi是否在设定的时间范围内。
若时间戳TNi不在设定的时间范围内，则停止第二传感器认证，第二传感器认证失败，拒绝该认证请求。
若时间戳TNi在设定的时间范围内，则计算
Figure 183469DEST_PATH_IMAGE025
=PAi⊕H0(TNi||PKi||Zi)，
Figure 292501DEST_PATH_IMAGE023
=H0(TNi||PKi||
Figure 437175DEST_PATH_IMAGE025
||Zi)，
Figure 471996DEST_PATH_IMAGE024
=uiP-
Figure 600489DEST_PATH_IMAGE023
Ppub。PKi的值从缓存中获取。
判断
Figure 250563DEST_PATH_IMAGE024
与接收到的第二传感器认证请求消息中的PUj是否相等。
若
Figure 515322DEST_PATH_IMAGE024
与PUj不相等，停止第二传感器认证，第二传感器认证失败，拒绝该认证请求。
若
Figure 330831DEST_PATH_IMAGE024
与PUj相等，则第二传感器认证成功。
其中，步骤113具体包括：
若第二传感器认证成功，认证完成，则计算第二会话密钥SKi=H1(
Figure 930309DEST_PATH_IMAGE022
||PKi||miSPCj)，用户采用第二会话密钥SKi与传感器节点进行通信。传感器节点采用第一会话密钥SKj与用户进行通信。
本发明首先将网关节点构成区块链，用户和传感器设备将请求信息发送给区块链，区块链可以根据智能合约中的响应规则迅速处理请求并转发给相应的区块链节点进行处理。通过非交互的零知识证明减少了交互的次数，并保证了秘密参数的安全性。在认证过程中，通过区块链和引入模糊提取技术来验证用户身份，并且通过区块链以及非交互零知识证明技术协助用户和传感器设备进行相互认证，最后协商会话密钥。
本发明针对工业物联网设备面临着数据保密性、密钥管理、用户合法性验证等挑战。在确保工业物联网设备安全的同时，主要问题之一是验证用户合法性，并与传感器设备进行安全通信，因为无线网络非常容易受到安全漏洞的影响。因此，本发明提出了一种基于区块链的工业物联网安全认证方法。
本发明构造了一个由传感器节点进行维护的区块链，有效提高系统的响应速度；用户和传感器节点通过区块链和非交互的零知识证明来验证彼此的身份，实现了相互验证；用户和传感器节点通过时间戳来保证消息的新鲜性，从而避免了重放攻击；会话密钥是由用户和传感器节点通过随机生成的秘密值生成，因此，会话密钥的前后向安全性得到保证；用户和传感器节点每次会话传递的参数都是变化的，保证了消息的不关联性，降低了追踪攻击，从而确保用户的信息安全。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于区块链的工业物联网安全认证方法，其特征在于，包括：
初始化系统参数；
将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡，根据所述系统参数生成用户注册请求消息；将所述用户注册请求消息发送到网关节点，所述网关节点根据所述用户注册消息和所述系统参数生成所述用户的第一用户注册信息和第二用户注册信息，将所述第一注册信息存储在所述网关节点，将所述第二用户注册信息发送到对应用户的智能卡，所述智能卡存储所述第二用户注册信息；所述网关节点为区块链节点；所述智能卡与用户一一对应；
将传感器节点的身份标识发送到所述网关节点，所述网关节点根据所述传感器节点的身份标识和所述系统参数生成第一传感器注册信息和第二传感器注册信息，将所述第一传感器注册信息存储到所述网关节点，将所述第二传感器注册信息发送到所述传感器节点，所述传感器节点存储所述第二传感器注册信息；
将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡进行用户登录，根据所述第二用户注册信息、所述输入所述智能卡的生物特征、身份信息和密码判断用户登录是否成功；
若用户登录成功，根据所述系统参数和预设与所述用户连接的传感器的身份标识，通过智能卡生成第一用户认证请求消息，将所述第一用户认证请求消息发送到所述网关节点；
当所述网关节点接收到所述第一用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数、所述第一用户注册信息进行用户认证和所述第一用户认证请求消息进行第一用户认证；
若所述第一用户认证成功，则所述网关节点根据所述系统参数、所述第二传感器注册信息和所述第一用户认证请求消息生成第二用户认证请求消息，并将所述第二用户认证请求消息发送到所述传感器节点；
当所述传感器节点接收到所述第二用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数、所述第二用户认证请求消息、所述第一传感器注册信息进行第二用户认证；
若所述第二用户认证成功，则所述传感器节点根据所述系统参数生成第一会话密钥和第一传感器认证请求消息，并将所述第一传感器认证请求消息发送到所述网关节点；
当所述网关节点接收到所述第一传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数和所述第一传感器认证请求消息进行第一传感器认证；
若所述第一传感器认证成功，则所述网关节点根据所述系统参数和所述第一传感器认证请求消息生成第二传感器认证请求消息，并将所述第二传感器认证请求消息发送到用户；
当用户收到所述第二传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据根据系统参数和所述第二传感器认证请求消息进行第二传感器认证；
若所述第二传感器认证成功，则用户根据系统参数和所述第二传感器认证请求消息生成第二会话密钥，并采用所述第二会话密钥与所述传感器节点进行通信。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的工业物联网安全认证方法，其特征在于，所述系统参数包括G、q、P、Ppub、H0和H1，其中，G表示给定安全参数K生成的一个价为素数q的循环群，P是G的一个生成元，Ppub表示系统公钥，Ppub=sP，s表示主私钥，s∈
Figure 295780DEST_PATH_IMAGE001
，H0表示哈希函数，H1表示哈希函数。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的工业物联网安全认证方法，其特征在于，所述将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡，根据所述系统参数生成用户注册请求消息；将所述用户注册请求消息发送到网关节点，所述网关节点根据所述用户注册消息和所述系统参数生成所述用户的第一用户注册信息和第二用户注册信息，将所述第一注册信息存储在所述网关节点，将所述第二用户注册信息发送到对应用户的智能卡，所述智能卡存储所述第二用户注册信息，具体包括：
将用户的生物特征BIOi、身份信息IDi和密码PWi输入智能卡；
通过所述智能卡生成随机数xi，xi∈
Figure 748627DEST_PATH_IMAGE001
，计算Xi=xiP，Ai=xiPpub，(∂i,τi)=Gen(BIOi)，Wi=Ai⊕H0(∂i||IDi||PWi)，Ci=H0(∂i||IDi||Wi||Ai)，Gen(·)表示模糊提取器；
将用户注册请求消息{Xi,Ci}发送到所述网关节点；
所述网关节点接收到{Xi,Ci}后，计算
Figure 888621DEST_PATH_IMAGE002
=sXi，Zi=H0(s||
Figure 734218DEST_PATH_IMAGE002
)，Yi=
Figure 276057DEST_PATH_IMAGE002
⊕s， Vi=Zi⊕Ci，Mi=H0(Zi||
Figure 666850DEST_PATH_IMAGE002
)，Ui=H0(
Figure 700665DEST_PATH_IMAGE002
||Zi)；
将第一用户注册信息(Ui,Yi)存储在所述网关节点，将所述第二用户注册信息(Vi,Mi)发送到对应用户的智能卡，所述智能卡存储所述第二用户注册信息(Vi,Mi,Wi)。
4.根据权利要求3所述的基于区块链的工业物联网安全认证方法，其特征在于，所述将传感器节点的身份标识发送到所述网关节点，所述网关节点根据所述传感器节点的身份标识和所述系统参数生成第一传感器注册信息和第二传感器注册信息，将所述第一传感器注册信息存储到所述网关节点，将所述第二传感器注册信息发送到所述传感器节点，所述传感器节点存储所述第二传感器注册信息，具体包括：
将传感器节点的身份标识IDj发送到所述网关节点；
当所述网关节点接收到IDj后，生成随机数tj∈
Figure 68061DEST_PATH_IMAGE001
，计算SZj=H0(IDj||s)，SYj=tj⊕s，SUj=H0(tj||s)，SDj=H0(tj||IDj)，SVj=SDj⊕SUj；
所述网关节点存储第一传感器注册信息(SZj,SYj)，并将所述第二传感器注册信息(SVj)发送到所述传感器节点；
所述传感器节点存储所述第二传感器注册信息(SVj)。
5.根据权利要求4所述的基于区块链的工业物联网安全认证方法，其特征在于，所述将用户的生物特征、身份信息和密码输入智能卡进行用户登录，根据所述第二用户注册信息、所述输入所述智能卡的生物特征、身份信息和密码判断用户登录是否成功，具体包括：
将用户的生物特征BIOi、身份信息IDi和密码PWi输入智能卡；
通过所述智能卡计算(∂i,τi)=Gen(BIOi)，Ai=Wi⊕(∂i||IDi||PWi)，Ci=H0(∂i||IDi||Wi||Ai)，Zi=Vi⊕Ci，
Figure 729987DEST_PATH_IMAGE003
=H0(Zi||Ai)；
判断
Figure 275369DEST_PATH_IMAGE004
与所述智能卡存储的Mi是否相等；
若
Figure 389955DEST_PATH_IMAGE004
与Mi相等，则用户登录成功；
若
Figure 53718DEST_PATH_IMAGE004
与Mi不相等，则用户登录失败；
所述若用户登录成功，根据所述系统参数和预设与所述用户连接的传感器的身份标识，通过智能卡生成第一用户认证请求消息，将所述第一用户认证请求消息发送到所述网关节点，具体包括：
若用户登录成功，通过所述智能卡生成当前时间戳Ti，生成随机数mi作为秘密值，mi∈
Figure 445516DEST_PATH_IMAGE001
，计算PCi=miP，PKi=miPpub，PDi=IDj⊕H0(Ti||Zi||PKi)，Ui=H0(Zi||Ai)，gi=mi+PVis，IDj表示预设与所述用户连接的传感器的身份标识，生成第一用户认证请求消息{PDi，Ui，PCi，gi，Ti}，将{PDi，Ui，PCi，gi，Ti}发送到所述网关节点。
6.根据权利要求5所述的基于区块链的工业物联网安全认证方法，其特征在于，所述当所述网关节点接收到所述第一用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数、所述第一用户注册信息进行用户认证和所述第一用户认证请求消息进行第一用户认证，具体包括：
当所述网关节点接收到所述第一用户认证请求消息后，验证时间戳Ti是否在设定的时间范围内；
若时间戳Ti不在设定的时间范围内，则停止所述第一用户认证，所述第一用户认证失败；
若时间戳Ti在设定的时间范围内，则根据所述网关节点存储的Yi计算
Figure 286433DEST_PATH_IMAGE002
=Yi⊕s，Zi=H0(s||
Figure 12950DEST_PATH_IMAGE002
)，
Figure 863094DEST_PATH_IMAGE005
=sPCi，
Figure 109399DEST_PATH_IMAGE006
=PDi⊕H0(Ti||Zi||
Figure 121217DEST_PATH_IMAGE005
)，
Figure 836495DEST_PATH_IMAGE007
=H0(PDi||Zi||
Figure 100117DEST_PATH_IMAGE006
||
Figure 325562DEST_PATH_IMAGE008
||Ti)，
Figure 898494DEST_PATH_IMAGE009
=giP-
Figure 474969DEST_PATH_IMAGE007
Ppub；
判断
Figure 542282DEST_PATH_IMAGE010
与接收到的所述第一用户认证请求消息中PCi是否相等；
若
Figure 510982DEST_PATH_IMAGE011
与PCi不相等，停止所述第一用户认证，所述第一用户认证失败；
若
Figure 130182DEST_PATH_IMAGE011
与PCi相等，则所述第一用户认证成功；
所述若所述第一用户认证成功，则所述网关节点根据所述系统参数、所述第二传感器注册信息和所述第一用户认证请求消息生成第二用户认证请求消息，并将所述第二用户认证请求消息发送到所述传感器节点，具体包括：
所述若所述第一用户认证成功，则随机选择ui∈
Figure 803740DEST_PATH_IMAGE001
，计算PUi=uiP，SZj=H0(IDj||s)，tj=SYj⊕s，SYj为所述网关节点存储的SYj，SUj=H0(tj||s)，获取当前的时间戳TGNi，SDj=H0(tj||IDj)，SFi=
Figure 924012DEST_PATH_IMAGE005
⊕H0(TGNi||SUj)，xi=ui+SGis，生成所述第二用户认证请求消息｛PCi，SFi，SDj，PUi，xi，TGNi｝，并将｛PCi，SFi，SDj，PUi，xi，TGNi｝发送到所述传感器节点。
7.根据权利要求1所述的基于区块链的工业物联网安全认证方法，其特征在于，所述当所述传感器节点接收到所述第二用户认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数、所述第二用户认证请求消息、所述第一传感器注册信息进行第二用户认证，具体包括：
当所述传感器节点接收到所述第二用户认证请求消息后，验证时间戳TGNi是否在设定的时间范围内；
若时间戳TGNi不在设定的时间范围内，则停止所述第二用户认证，所述第二用户认证失败；
若时间戳TGNi在设定的时间范围内，则计算SUj=SDj⊕SVj，
Figure 858470DEST_PATH_IMAGE012
=SFi⊕H0(TGNi||SUj)，
Figure 789517DEST_PATH_IMAGE013
=H0(SDj||SFi||SUj||TGNi)，
Figure 75004DEST_PATH_IMAGE014
=xiP-
Figure 234853DEST_PATH_IMAGE013
Ppub；
判断
Figure 164762DEST_PATH_IMAGE014
与接收到的所述第二用户认证请求消息中PUi是否相等；
若
Figure 391344DEST_PATH_IMAGE014
与PUi不相等，停止所述第二用户认证，所述第二用户认证失败；
若
Figure 23183DEST_PATH_IMAGE014
与PUi相等，则所述第二用户认证成功；
所述若所述第二用户认证成功，则所述传感器节点根据所述系统参数生成第一会话密钥和第一传感器认证请求消息，并将所述第一传感器认证请求消息发送到所述网关节点，具体包括：
若所述第二用户认证成功，则所述传感器节点生成当前时间戳TSNj，随机选择nj∈
Figure 235990DEST_PATH_IMAGE001
，计算SPCj=njP，SPKj=njPpub，SLj=H0(TSNi||
Figure 410619DEST_PATH_IMAGE012
||SPKj||SUj)，sj=nj+H0(TSNj||
Figure 905972DEST_PATH_IMAGE012
||SPKj||SUj)s，计算第一会话密钥SKj=H1(
Figure 166052DEST_PATH_IMAGE012
||SPKj||njPCj)，生成第一传感器认证请求消息｛SLj，SPCj，sj，TSNj｝，将｛SLj，SPCj，sj，TSNj｝发送到所述网关节点。
8.根据权利要求1所述的基于区块链的工业物联网安全认证方法，其特征在于，所述当所述网关节点接收到所述第一传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据所述系统参数和所述第一传感器认证请求消息进行第一传感器认证，具体包括：
当所述网关节点接收到所述第一传感器认证请求消息后，验证时间戳TSNj是否在设定的时间范围内；
若时间戳TSNj不在设定的时间范围内，则停止所述第一传感器认证，所述第一传感器认证失败；
若时间戳TSNj在设定的时间范围内，计算
Figure 916970DEST_PATH_IMAGE015
=sSPCj，
Figure 946106DEST_PATH_IMAGE016
=H0(TSNj||
Figure 107966DEST_PATH_IMAGE005
||
Figure 996288DEST_PATH_IMAGE015
||SUj)，
Figure 409952DEST_PATH_IMAGE017
=sj-
Figure 919693DEST_PATH_IMAGE016
Ppub；
判断
Figure 658979DEST_PATH_IMAGE017
与接收到的所述第一传感器认证请求消息中的SPCj是否相等；
若
Figure 503438DEST_PATH_IMAGE017
与SPCj不相等，停止所述第一传感器认证，所述第一传感器认证失败；
若
Figure 845426DEST_PATH_IMAGE017
与SPCj相等，则所述第一传感器认证成功；
所述若所述第一传感器认证成功，则所述网关节点根据所述系统参数和所述第一传感器认证请求消息生成第二传感器认证请求消息，并将所述第二传感器认证请求消息发送到用户，具体包括：
若所述第一传感器认证成功，则生成时间戳TNi，计算PAi=
Figure 849154DEST_PATH_IMAGE015
⊕H0(TNi||
Figure 103549DEST_PATH_IMAGE005
||Zi)，qi=ui+PMis，生成第二传感器认证请求消息｛PAi，SPCj，PUi，qi，TNi｝，并将｛PAi，SPCj，PUi，qi，TNi｝发送到用户。
9.根据权利要求1所述的基于区块链的工业物联网安全认证方法，其特征在于，所述当用户收到所述第二传感器认证请求消息后，基于非交互的零知识证明，根据根据系统参数和所述第二传感器认证请求消息进行第二传感器认证，具体包括：
当用户收到所述第二传感器认证请求消息后，验证时间戳TNi是否在设定的时间范围内；
若时间戳TNi不在设定的时间范围内，则停止所述第二传感器认证，所述第二传感器认证失败；
若时间戳TNi在设定的时间范围内，则计算
Figure 825518DEST_PATH_IMAGE018
=PAi⊕H0(TNi||PKi||Zi)，
Figure 204153DEST_PATH_IMAGE019
=H0(TNi||PKi||
Figure 203333DEST_PATH_IMAGE018
||Zi)，
Figure 18842DEST_PATH_IMAGE020
=uiP-
Figure 87161DEST_PATH_IMAGE021
Ppub；
判断
Figure 380739DEST_PATH_IMAGE020
与接收到的所述第二传感器认证请求消息中的PUj是否相等；
若
Figure 234426DEST_PATH_IMAGE020
与PUj不相等，停止所述第二传感器认证，所述第二传感器认证失败；
若
Figure 220837DEST_PATH_IMAGE020
与PUj相等，则所述第二传感器认证成功；
所述若所述第二传感器认证成功，则用户根据系统参数和所述第二传感器认证请求消息生成第二会话密钥，并采用所述第二会话密钥与所述传感器节点进行通信，具体包括：
若所述第二传感器认证成功，则计算第二会话密钥SKi=H1(
Figure 277916DEST_PATH_IMAGE018
||PKi||miSPCj)，采用所述第二会话密钥SKi与所述传感器节点进行通信。
CN202111606857.4A 2021-12-27 2021-12-27 一种基于区块链的工业物联网安全认证方法 Active CN113992332B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111606857.4A CN113992332B (zh) 2021-12-27 2021-12-27 一种基于区块链的工业物联网安全认证方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111606857.4A CN113992332B (zh) 2021-12-27 2021-12-27 一种基于区块链的工业物联网安全认证方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113992332A true CN113992332A (zh) 2022-01-28
CN113992332B CN113992332B (zh) 2022-04-01

Family

ID=79734337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111606857.4A Active CN113992332B (zh) 2021-12-27 2021-12-27 一种基于区块链的工业物联网安全认证方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113992332B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180124600A1 (en) * 2016-11-02 2018-05-03 National Chin-Yi University Of Technology Anonymity authentication method for wireless sensor networks
CN109918878A (zh) * 2019-04-24 2019-06-21 中国科学院信息工程研究所 一种基于区块链的工业物联网设备身份认证及安全交互方法
CN112039872A (zh) * 2020-08-28 2020-12-04 武汉见邦融智科技有限公司 基于区块链的跨域匿名认证方法及系统
CN112954680A (zh) * 2021-03-02 2021-06-11 西安电子科技大学 抗追溯攻击的无线传感器网络轻量级接入认证方法及系统
CN112954675A (zh) * 2021-03-02 2021-06-11 西安电子科技大学 多网关认证方法、系统、存储介质、计算机设备、终端
CN113301022A (zh) * 2021-04-27 2021-08-24 西安理工大学 基于区块链和雾计算的物联网设备身份安全认证方法
CN113783696A (zh) * 2021-08-14 2021-12-10 西安电子科技大学 物联网感知数据共享交易平台、控制方法、设备、终端

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180124600A1 (en) * 2016-11-02 2018-05-03 National Chin-Yi University Of Technology Anonymity authentication method for wireless sensor networks
CN109918878A (zh) * 2019-04-24 2019-06-21 中国科学院信息工程研究所 一种基于区块链的工业物联网设备身份认证及安全交互方法
CN112039872A (zh) * 2020-08-28 2020-12-04 武汉见邦融智科技有限公司 基于区块链的跨域匿名认证方法及系统
CN112954680A (zh) * 2021-03-02 2021-06-11 西安电子科技大学 抗追溯攻击的无线传感器网络轻量级接入认证方法及系统
CN112954675A (zh) * 2021-03-02 2021-06-11 西安电子科技大学 多网关认证方法、系统、存储介质、计算机设备、终端
CN113301022A (zh) * 2021-04-27 2021-08-24 西安理工大学 基于区块链和雾计算的物联网设备身份安全认证方法
CN113783696A (zh) * 2021-08-14 2021-12-10 西安电子科技大学 物联网感知数据共享交易平台、控制方法、设备、终端

Also Published As

Publication number Publication date
CN113992332B (zh) 2022-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Garg et al. Toward secure and provable authentication for Internet of Things: Realizing industry 4.0
US20210367753A1 (en) Trusted measurement and control network authentication method based on double cryptographic values and chaotic encryption
KR101486782B1 (ko) 무한 중첩된 해시 체인들에 의한 1회용 패스워드 인증
CN103763631B (zh) 认证方法、服务器和电视机
JP5224481B2 (ja) パスワード認証方法
Saha et al. Consortium blockchain‐enabled access control mechanism in edge computing based generic Internet of Things environment
CN113727296B (zh) 一种智慧医疗中基于无线传感器系统的匿名隐私保护认证协议方法
CN101291227A (zh) 一种密码输入方法、装置和系统
Chakrabarti et al. Password-based authentication: Preventing dictionary attacks
US11429702B2 (en) Method of verification of a biometric authentication
CN112422587B (zh) 身份校验方法、装置、计算机设备及存储介质
CN116366263B (zh) 一种基于puf和可撤销生物特征的认证方法及其应用
Butt et al. Cogent and energy efficient authentication protocol for wsn in iot
CN113055394A (zh) 一种适用于v2g网络的多服务双因子认证方法及系统
CN116388995A (zh) 一种基于puf的轻量级智能电网认证方法
CN116112242B (zh) 面向电力调控系统的统一安全认证方法及系统
CN113992332B (zh) 一种基于区块链的工业物联网安全认证方法
CN115955320A (zh) 一种视频会议身份认证方法
AU2021101451A4 (en) Biometric based authentication protocol for mobile cloud data security
CN112968864A (zh) 一种可信的IPv6网络服务过程机制
CN114095229A (zh) 能源互联网的数据传输协议构建方法、装置和系统
Li et al. A Lightweight and Secure Three-Factor Access Authentication Scheme in Metaverse
CN113014534A (zh) 一种用户登录与认证的方法及装置
Sudhakar et al. Secured mutual authentication between two entities
Zhu et al. Secure and Efficient Biometric-Based Anonymous Authentication Scheme for Mobile-Edge Computing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant