CN114401153A - 一种智慧井盖设备的认证方法及系统 - Google Patents

一种智慧井盖设备的认证方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智慧井盖设备的认证方法及系统，属于信息安全技术领域。该方法支持授权用户远程访问一组智慧井盖设备，采用密码、生物特征识别和智能卡技术，在智慧井盖环境中识别用户，并且利用秘密共享技术和中国剩余定理在合法的一组智慧井盖设备之间构造一个安全的会话密钥。该方法通过会话密钥可以安全的访问智慧井盖数据，并且可以抵抗常见的攻击，保证了通信的安全。

Description

一种智慧井盖设备的认证方法及系统
技术领域
本发明涉及信息安全技术领域，特别是涉及一种智慧井盖设备的认证方法及系统。
背景技术
近年来随着通信业务规模的不断扩大，地下光缆管线设施规模不断增多，路面相应井盖的数量也成倍增多。由于传统井盖没有实时监控手段，一旦井盖发生失窃、破损、移位等问题时，造成严重安全隐患。因此围绕通信井盖作为对象，借助物联网、云平台、大数据技术，通过集成不同功能的物联网设备打造智慧井盖监控，致力于实现井盖的实时监控和管理。在智慧井盖中，它允许授权用户远程访问和控制传感设备。用户可以通过智慧井盖的传感装置采集到实时数据。然而，这些数据通常通过一个不安全的通道传输，这就造成攻击者对智慧井盖进行恶意攻击，导致安全性和隐私性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种智慧井盖设备的认证方法及系统，以提高智慧井盖设备控制过程的安全性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种智慧井盖设备的认证方法，包括：
用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息；
云服务中心根据认证消息对用户设备进行验证；
当云服务中心对用户设备验证通过时，云服务中心根据随机数生成加密消息，根据加密消息生成广播消息，并将广播消息广播至智慧井盖设备；广播消息包括加密消息和时间戳；
每个智慧井盖设备根据广播消息对云服务中心进行验证，验证通过后，对自身的ID信息进行加密生成第一消息发送至云服务中心；
云服务中心采用私密共享算法对第一消息对应的智慧井盖设备进行验证，验证通过后，生成用户消息和井盖消息，并将用户消息广播至所有智慧井盖设备，将井盖消息发送至用户设备；
当智慧井盖设备收到用户消息后，对云服务中心进行验证，验证通过时，智慧井盖设备计算会话密钥，并对会话密钥进行加密发送至用户设备；
用户设备对加密后的会话密钥进行验证，验证通过后，用户设备和智慧井盖设备通过相同的会话密钥进行通信。
可选的，用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息，之前还包括：所述用户设备向所述云服务中心进行注册以及所述智慧井盖设备向所述云服务中心进行离线注册；
用户设备向云服务中心进行注册，具体包括：
用户设备利用
Figure DEST_PATH_IMAGE001
得到用户U的生物特征秘钥
Figure 487893DEST_PATH_IMAGE002
，利用
Figure DEST_PATH_IMAGE003
得到用户U的公钥
Figure 72327DEST_PATH_IMAGE004
，利用
Figure DEST_PATH_IMAGE005
得到加密值
Figure 129145DEST_PATH_IMAGE006
，生成第一注册消息
Figure DEST_PATH_IMAGE007
发送至云服务中心；
Figure 145643DEST_PATH_IMAGE008
表示用户U的生物指纹信息，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表示生成生物特征的辅助信息，P为云服务中心中椭圆曲线群的一个生成元，
Figure 627308DEST_PATH_IMAGE010
为随机数，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示用户U的身份，
Figure 726851DEST_PATH_IMAGE012
为用户U的密码；
云服务中心收到第一注册消息后，利用
Figure DEST_PATH_IMAGE013
计算第一注册消息对应的公钥
Figure 615173DEST_PATH_IMAGE014
，利用
Figure DEST_PATH_IMAGE015
计算用户U的哈希值
Figure 481367DEST_PATH_IMAGE016
，利用
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 427326DEST_PATH_IMAGE018
计算中间参数
Figure DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 573136DEST_PATH_IMAGE020
，生成用户U的临时身份
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，并存储用户U对应的数据
Figure 932442DEST_PATH_IMAGE022
，生成智能卡，并将用户U对应的数据
Figure DEST_PATH_IMAGE023
存储到智能卡，并发送至用户设备；
用户设备收到数据后，利用公式
Figure 212114DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 153525DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 188346DEST_PATH_IMAGE028
计算中间参数
Figure DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 707052DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 665781DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure DEST_PATH_IMAGE033
，并将参数信息
Figure 609770DEST_PATH_IMAGE034
进行存储；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE035
为云服务中心随机选择的秘密值，
Figure 815492DEST_PATH_IMAGE036
表示云服务中心的身份信息；
智慧井盖设备向云服务中心进行离线注册，具体过程为：
云服务中心为每个智慧井盖设备分配唯一的身份信息
Figure DEST_PATH_IMAGE037
；
利用
Figure 431281DEST_PATH_IMAGE038
计算中间参数S，将中间参数S进行存储，生成参数消息
Figure DEST_PATH_IMAGE039
，并发送至对应的智慧井盖设备；其中，
Figure 318335DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，n为智慧井盖设备的个数，
Figure 218027DEST_PATH_IMAGE042
为所述云服务中心为第i个智慧井盖设备分配的互素数正整数，
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 345383DEST_PATH_IMAGE044
为所述云服务中心为第i个智慧井盖设备分配的正整数；
Figure DEST_PATH_IMAGE045
为计算秘密共享算法的参数，
Figure 838681DEST_PATH_IMAGE046
为道德值，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为计算S的参数，
Figure 388480DEST_PATH_IMAGE048
为所述云服务中心为智慧井盖设备分配的互素数正整数的和。
可选的，用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息，具体包括：
所述用户设备对应的智能卡根据存储的数据利用
Figure DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 18044DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 113039DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure DEST_PATH_IMAGE053
重构参数
Figure 155950DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure DEST_PATH_IMAGE055
、
Figure 384806DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure DEST_PATH_IMAGE057
和
Figure 9823DEST_PATH_IMAGE058
；
所述智能卡通过判断
Figure 197091DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure DEST_PATH_IMAGE059
是否相等验证用户U的身份；当
Figure 540347DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 838473DEST_PATH_IMAGE060
相等时，所述用户U的身份验证通过，所述用户设备生成一个随机数
Figure DEST_PATH_IMAGE061
和当前时间戳
Figure 317996DEST_PATH_IMAGE062
；
智能卡利用
Figure DEST_PATH_IMAGE063
、
Figure 145007DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure DEST_PATH_IMAGE065
计算所述云服务中心的身份信息，生成所述用户设备的认证消息
Figure 162510DEST_PATH_IMAGE066
，并将所述认证消息发送给所述云服务中心；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
为计算得到的云服务中心的身份信息，
Figure 342956DEST_PATH_IMAGE068
为计算得到的用户的哈希值，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
为
Figure 67198DEST_PATH_IMAGE068
中的一个参数。
可选的，云服务中心根据认证消息对用户设备进行验证，具体包括：
云服务中心验证时间戳
Figure 737214DEST_PATH_IMAGE070
是否在合法范围内；若合法，通过
Figure DEST_PATH_IMAGE071
检索数据库获得所述用户设备的
Figure 648538DEST_PATH_IMAGE072
；
利用
Figure DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure 881942DEST_PATH_IMAGE074
计算参数
Figure DEST_PATH_IMAGE075
和
Figure 804899DEST_PATH_IMAGE076
；
判断
Figure DEST_PATH_IMAGE077
和
Figure 708133DEST_PATH_IMAGE078
是否相等；若相等，则所述用户设备验证通过。
可选的，云服务中心根据随机数生成加密消息，根据加密消息生成广播消息，具体包括：
所述云服务中心随机生成一个随机数
Figure DEST_PATH_IMAGE079
和当前时间戳
Figure 496966DEST_PATH_IMAGE080
；
利用
Figure DEST_PATH_IMAGE081
计算参数
Figure 143848DEST_PATH_IMAGE082
；
利用随机数
Figure DEST_PATH_IMAGE083
生成加密消息
Figure 452470DEST_PATH_IMAGE084
和
Figure DEST_PATH_IMAGE085
；
生成广播消息
Figure 526605DEST_PATH_IMAGE086
。
可选的，每个智慧井盖设备根据广播消息对云服务中心进行验证，验证通过后，对自身的ID信息进行加密生成第一消息发送至云服务中心，具体包括：
智慧井盖设备验证时间戳
Figure 350205DEST_PATH_IMAGE080
是否在合法范围内；若在合法范围内，利用
Figure DEST_PATH_IMAGE087
计算参数
Figure 331936DEST_PATH_IMAGE088
；
使用
Figure 682015DEST_PATH_IMAGE088
对
Figure DEST_PATH_IMAGE089
解密得到消息{
Figure 67997DEST_PATH_IMAGE090
}；
计算
Figure DEST_PATH_IMAGE091
，并比较
Figure 441209DEST_PATH_IMAGE092
和
Figure DEST_PATH_IMAGE093
值是否相等；若相等，则所述云服务中心验证通过；
所述云服务中心验证通过后，所述智慧井盖设备通过
Figure 757790DEST_PATH_IMAGE094
加密得到消息
Figure DEST_PATH_IMAGE095
，根据当前时间戳
Figure 41004DEST_PATH_IMAGE096
生成第一消息
Figure DEST_PATH_IMAGE097
，并将所述第一消息发送至所述云服务中心。
可选的，云服务中心采用私密共享算法对第一消息对应的智慧井盖设备进行验证，验证通过后，生成用户消息和井盖消息，并将用户消息广播至所有智慧井盖设备，将井盖消息发送至用户设备，具体包括：
云服务中心检验时间戳
Figure 456941DEST_PATH_IMAGE096
是否在合法范围内；若在合法范围内，通过
Figure 255133DEST_PATH_IMAGE098
解密消息
Figure DEST_PATH_IMAGE099
得到{
Figure 47509DEST_PATH_IMAGE100
}；
通过秘密共享算法计算参数
Figure DEST_PATH_IMAGE101
和
Figure 700076DEST_PATH_IMAGE102
，公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE103
，
Figure 286915DEST_PATH_IMAGE104
；其中，ci表示通过秘密共享算法计算得到的第i个智慧井盖设备对应的参数，dj表示分配给第j个智慧井盖设备的正整数，dr表示分配给第r个智慧井盖设备的正整数，cj表示通过秘密共享算法计算得到的第j个智慧井盖设备对应的参数，p表示一个k位素数；
验证
Figure DEST_PATH_IMAGE105
和存储的
Figure 713348DEST_PATH_IMAGE106
是否相等；若相等，则所述智慧井盖设备验证通过；
当所述智慧井盖设备验证通过时，所述云服务中心生成当前时间戳
Figure DEST_PATH_IMAGE107
，利用
Figure 699628DEST_PATH_IMAGE108
、
Figure DEST_PATH_IMAGE109
、
Figure 816488DEST_PATH_IMAGE110
、
Figure DEST_PATH_IMAGE111
和
Figure 652857DEST_PATH_IMAGE112
计算参数
Figure DEST_PATH_IMAGE113
、
Figure 612592DEST_PATH_IMAGE114
、
Figure DEST_PATH_IMAGE115
和
Figure 12349DEST_PATH_IMAGE116
；
Figure DEST_PATH_IMAGE117
为云服务中心存储的秘密共享算法的值，
Figure 859082DEST_PATH_IMAGE118
为云服务中心计算的哈希值；
生成用户消息
Figure 873479DEST_PATH_IMAGE119
和井盖消息
Figure DEST_PATH_IMAGE120
，将所述用户消息广播至所有智慧井盖设备，将所述井盖消息发送至所述用户设备。
可选的，当智慧井盖设备收到用户消息后，对云服务中心进行验证，验证通过时，智慧井盖设备计算会话密钥，并对会话密钥进行加密发送至用户设备，具体包括：
智慧井盖设备利用
Figure 71242DEST_PATH_IMAGE121
和
Figure DEST_PATH_IMAGE122
计算参数
Figure 9111DEST_PATH_IMAGE123
和
Figure DEST_PATH_IMAGE124
；
验证
Figure 162880DEST_PATH_IMAGE125
和
Figure DEST_PATH_IMAGE126
是否相等；若相等，则所述云服务中心验证通过；
所述云服务中心验证通过时，计算会话密钥
Figure 403369DEST_PATH_IMAGE127
；
利用
Figure DEST_PATH_IMAGE128
对会话密钥进行加密，并发送消息{MK}给所述用户设备。
可选的，用户设备对加密后的会话密钥进行验证，具体包括：
用户设备核查时间戳
Figure 213062DEST_PATH_IMAGE129
是否在合法范围内；若在合法范围内，使用
Figure DEST_PATH_IMAGE130
解密
Figure 813676DEST_PATH_IMAGE131
得到{
Figure DEST_PATH_IMAGE132
}；
计算
Figure 838264DEST_PATH_IMAGE133
，并验证
Figure DEST_PATH_IMAGE134
和
Figure 374288DEST_PATH_IMAGE135
是否相等；若相等，计算会话密钥
Figure DEST_PATH_IMAGE136
和
Figure 530331DEST_PATH_IMAGE137
；
验证
Figure DEST_PATH_IMAGE138
和MK是否相等，若相等，则确定所述用户设备和所述智慧井盖设备生成了相同的会话密钥，并采用相同的会话密钥进行通信。
本发明还提供一种智慧井盖设备的认证系统，包括：
认证消息发送模块，用于用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息；
云服务中心验证模块，用于云服务中心根据认证消息对用户设备进行验证；
广播模块，用于当云服务中心对用户设备验证通过时，云服务中心根据随机数生成加密消息，根据加密消息生成广播消息，并将广播消息广播至智慧井盖设备；广播消息包括加密消息和时间戳；
智慧井盖设备验证及加密模块，用于每个智慧井盖设备根据广播消息对云服务中心进行验证，验证通过后，对自身的ID信息进行加密生成第一消息发送至云服务中心；
私密共享验证模块，用于云服务中心采用私密共享算法对第一消息对应的智慧井盖设备进行验证，验证通过后，生成用户消息和井盖消息，并将用户消息广播至所有智慧井盖设备，将井盖消息发送至用户设备；
会话密钥生成模块，用于当智慧井盖设备收到用户消息后，对云服务中心进行验证，验证通过时，智慧井盖设备计算会话密钥，并对会话密钥进行加密发送至用户设备；
会话密钥验证模块，用于用户设备对加密后的会话密钥进行验证，验证通过后，用户设备和智慧井盖设备通过相同的会话密钥进行通信。
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：
本发明从以下几个方面提高智慧井盖设备控制过程的安全性能：1.通信实体进行相互验证，避免了假冒攻击，保证了通信的安全性。2.通信实体通过时间戳来保证消息的新鲜性。从而避免了重放攻击。3.用户生成的会话密钥都是由UE和一组智慧井盖设备通过发送的加密的秘密值生成，因此会话密钥的前后向安全性得到了保证。通信实体中的消息需要进行验证，因此如果篡改任何信息都会导致验证失败，因此，可以抵抗中间人攻击。
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为本发明智慧井盖设备的认证方法的流程示意图；
图2为本发明智慧井盖设备的认证系统的结构示意图。
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。
本发明提供一种智慧井盖设备的认证方法及系统，用于支持授权用户远程访问一组智慧井盖设备。本发明采用密码、生物特征识别和智能卡技术，在智慧井盖环境中识别用户，并且利用秘密共享技术和中国剩余定理在合法的一组智慧井盖设备之间构造一个安全的会话密钥，通过会话密钥可以安全的访问智慧井盖数据。
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为本发明智慧井盖设备的认证方法的流程示意图。如图1所示，本发明智慧井盖设备的认证方法包括以下过程：
步骤100：用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息。
在认证之前，用户设备和智慧井盖设备均在云服务中心中进行了注册，注册过程为：
云服务中心(Cloud Service Center ，CSC) 选择一个k位素数p和一条椭圆曲线
Figure 75582DEST_PATH_IMAGE139
。G是生成的椭圆曲线群，P为G的一个生成元。CSC选择动态加密/解密对
Figure DEST_PATH_IMAGE140
和单向的安全哈希函数
Figure 751414DEST_PATH_IMAGE141
。
用户设备UE向云服务中心进行注册，具体包括：
用户设备利用
Figure 520656DEST_PATH_IMAGE001
得到用户U的生物特征秘钥
Figure DEST_PATH_IMAGE142
，随机选择一个随机数
Figure 914728DEST_PATH_IMAGE143
, 利用
Figure DEST_PATH_IMAGE144
计算对应的公钥
Figure 60408DEST_PATH_IMAGE004
，利用
Figure 590746DEST_PATH_IMAGE145
得到加密值
Figure DEST_PATH_IMAGE146
，生成第一注册消息
Figure 530889DEST_PATH_IMAGE007
发送至云服务中心；
Figure 146678DEST_PATH_IMAGE008
表示用户U的生物指纹信息，
Figure 564890DEST_PATH_IMAGE009
表示生成生物特征的辅助信息，P为云服务中心中椭圆曲线群的一个生成元，
Figure 949735DEST_PATH_IMAGE010
为随机数，
Figure 936146DEST_PATH_IMAGE011
表示用户U的身份，
Figure 960602DEST_PATH_IMAGE012
为用户U的密码；
云服务中心收到第一注册消息后，随机选择一个秘密值
Figure 729975DEST_PATH_IMAGE147
，利用
Figure 297223DEST_PATH_IMAGE013
计算对应的公钥
Figure DEST_PATH_IMAGE148
，利用
Figure 516852DEST_PATH_IMAGE015
计算用户U的哈希值
Figure 90921DEST_PATH_IMAGE016
，利用
Figure 991881DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 85739DEST_PATH_IMAGE018
计算中间参数
Figure 538586DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 413001DEST_PATH_IMAGE020
，同时生成用户U的临时身份
Figure 727439DEST_PATH_IMAGE149
，并存储用户U对应的数据
Figure 190650DEST_PATH_IMAGE022
，生成智能卡（Smart Card，SC），并将用户U对应的数据
Figure DEST_PATH_IMAGE150
存储到智能卡，并发送至用户设备。
用户设备收到数据后，利用公式
Figure 627448DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 113793DEST_PATH_IMAGE151
、
Figure DEST_PATH_IMAGE152
、
Figure 559818DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 815218DEST_PATH_IMAGE028
计算中间参数
Figure 157338DEST_PATH_IMAGE153
、
Figure 6345DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 974170DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 100389DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure DEST_PATH_IMAGE154
，（
Figure 128257DEST_PATH_IMAGE154
用于验证用户UE的身份）并将参数信息
Figure 339927DEST_PATH_IMAGE034
进行存储；其中，
Figure 845863DEST_PATH_IMAGE035
为云服务中心随机选择的秘密值，
Figure 951222DEST_PATH_IMAGE036
表示云服务中心的身份信息；
智慧井盖设备（Manhole Cover Sensor Equipment，MCSE）向云服务中心进行离线注册，具体过程为：
云服务中心为每个智慧井盖设备分配唯一的身份信息
Figure 635145DEST_PATH_IMAGE037
（i=1,2,…,n）；选择一个秘密值
Figure 583378DEST_PATH_IMAGE155
, 并且选择一个多项式
Figure DEST_PATH_IMAGE156
，其中
Figure 643738DEST_PATH_IMAGE157
。CSC为每个
Figure DEST_PATH_IMAGE158
分配不同的正整数
Figure 197079DEST_PATH_IMAGE044
，并且计算
Figure 379799DEST_PATH_IMAGE159
。
利用
Figure DEST_PATH_IMAGE160
计算中间参数S，将中间参数S进行存储，生成参数消息
Figure 753011DEST_PATH_IMAGE039
，并发送至对应的智慧井盖设备；其中，
Figure 679379DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 946281DEST_PATH_IMAGE041
，n为智慧井盖设备的个数，
Figure 909689DEST_PATH_IMAGE042
为云服务中心为第i个智慧井盖设备分配的互素数正整数，
Figure 629252DEST_PATH_IMAGE159
，
Figure 359311DEST_PATH_IMAGE044
为云服务中心为第i个智慧井盖设备分配的正整数；
Figure 965872DEST_PATH_IMAGE045
为计算秘密共享算法的参数，
Figure 349449DEST_PATH_IMAGE046
为道德值，
Figure 307041DEST_PATH_IMAGE047
为计算S的参数，
Figure 309632DEST_PATH_IMAGE048
为所述云服务中心为智慧井盖设备分配的互素数正整数的和。
发送认证消息的过程为：用户设备UE首先输入用户身份
Figure 285547DEST_PATH_IMAGE011
,用户密码
Figure 856337DEST_PATH_IMAGE161
以及用户生物指纹信息
Figure DEST_PATH_IMAGE162
，智能卡通过存储到内存中的信息重新构造计算
Figure 816072DEST_PATH_IMAGE163
、
Figure DEST_PATH_IMAGE164
、
Figure 950250DEST_PATH_IMAGE165
、
Figure 859300DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure 397729DEST_PATH_IMAGE053
。通过核查
Figure 516863DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure DEST_PATH_IMAGE166
是否相等验证用户UE的身份。如果相等，那么验证了用户UE的身份。UE生成一个随机数
Figure 64519DEST_PATH_IMAGE061
和当前时间戳
Figure 38464DEST_PATH_IMAGE062
。SC计算云服务中心的身份
Figure 216636DEST_PATH_IMAGE063
、
Figure 432853DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure 767889DEST_PATH_IMAGE065
，然后将消息
Figure 261318DEST_PATH_IMAGE167
发送给CSC；其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE168
为计算得到的云服务中心的身份信息，
Figure 187554DEST_PATH_IMAGE169
为计算得到的用户的哈希值，
Figure DEST_PATH_IMAGE170
为
Figure 218964DEST_PATH_IMAGE171
中的一个参数。
步骤200：云服务中心根据认证消息对用户设备进行验证。当CSC收到发送的消息后，CSC首先验证时间戳
Figure 905161DEST_PATH_IMAGE070
是否在合法范围内，如果合法，那么认证继续。否则，拒绝认证。CSC通过
Figure 784255DEST_PATH_IMAGE071
检索数据库获得用户UE的
Figure 350234DEST_PATH_IMAGE072
。CSC计算
Figure 541044DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure DEST_PATH_IMAGE172
。然后CSC核查
Figure 624407DEST_PATH_IMAGE173
和
Figure 951483DEST_PATH_IMAGE078
是否相等，如果相等，那么认证通过，否则认证结束。
步骤300：当云服务中心对用户设备验证通过时，云服务中心根据随机数生成加密消息，根据加密消息生成广播消息，并将广播消息广播至智慧井盖设备。广播消息包括加密消息和时间戳。CSC随机生成一个随机数
Figure 439096DEST_PATH_IMAGE079
和当前时间戳
Figure 507415DEST_PATH_IMAGE080
,计算
Figure 800993DEST_PATH_IMAGE081
。CSC通过使用
Figure 185838DEST_PATH_IMAGE083
生成加密消息
Figure DEST_PATH_IMAGE174
和
Figure 968986DEST_PATH_IMAGE175
。最后CSC广播消息
Figure DEST_PATH_IMAGE176
给MCSE。
步骤400：每个智慧井盖设备根据广播消息对云服务中心进行验证，验证通过后，对自身的ID信息进行加密生成第一消息发送至云服务中心。当每个
Figure 790181DEST_PATH_IMAGE177
设备收到消息后，
Figure 559554DEST_PATH_IMAGE177
首先核查时间戳
Figure 126801DEST_PATH_IMAGE080
是否在合法范围内，如果在合法范围内，那么
Figure 939905DEST_PATH_IMAGE177
计算
Figure DEST_PATH_IMAGE178
。
Figure 920500DEST_PATH_IMAGE177
通过使用
Figure 821460DEST_PATH_IMAGE088
解密值
Figure 853001DEST_PATH_IMAGE089
得到消息
Figure 102585DEST_PATH_IMAGE090
，然后计算
Figure 977000DEST_PATH_IMAGE179
,通过比较
Figure 557017DEST_PATH_IMAGE092
和
Figure 20229DEST_PATH_IMAGE093
值是否相等，验证了CSC。
Figure 253764DEST_PATH_IMAGE177
通过
Figure 287579DEST_PATH_IMAGE094
加密得到消息
Figure DEST_PATH_IMAGE180
，并且生成当前时间戳
Figure 592658DEST_PATH_IMAGE096
，然后将消息
Figure 910376DEST_PATH_IMAGE097
发送给CSC。
步骤500：云服务中心采用私密共享算法对第一消息对应的智慧井盖设备进行验证，验证通过后，生成用户消息和井盖消息，并将用户消息广播至所有智慧井盖设备，将井盖消息发送至用户设备。当CSC收到n个
Figure 314813DEST_PATH_IMAGE177
设备发送的消息后，CSC首先核查时间戳
Figure 101503DEST_PATH_IMAGE096
是否在合法范围内，如果在合法范围内，那么CSC通过
Figure 7011DEST_PATH_IMAGE098
解密消息
Figure 257864DEST_PATH_IMAGE099
得到
Figure 770885DEST_PATH_IMAGE100
，然后CSC通过秘密共享算法计算
Figure 231822DEST_PATH_IMAGE103
，
Figure 488491DEST_PATH_IMAGE181
，验证
Figure DEST_PATH_IMAGE182
和存储的
Figure 249642DEST_PATH_IMAGE183
是否相等，如果相等，那么验证了n个
Figure 933565DEST_PATH_IMAGE177
设备的身份。CSC生成当前时间戳
Figure 757164DEST_PATH_IMAGE107
,计算
Figure DEST_PATH_IMAGE184
、
Figure 801212DEST_PATH_IMAGE109
、
Figure 902023DEST_PATH_IMAGE185
、
Figure DEST_PATH_IMAGE186
和
Figure 474956DEST_PATH_IMAGE112
。最后，CSC向n个
Figure 51431DEST_PATH_IMAGE177
设备广播消息
Figure 853165DEST_PATH_IMAGE119
，向UE发送消息
Figure 854488DEST_PATH_IMAGE120
}。
Figure 473688DEST_PATH_IMAGE117
为云服务中心存储的秘密共享算法的值，
Figure 881667DEST_PATH_IMAGE118
为云服务中心计算的哈希值。
步骤600：当智慧井盖设备收到用户消息后，对云服务中心进行验证，验证通过时，智慧井盖设备计算会话密钥，并对会话密钥进行加密发送至用户设备。当
Figure 533097DEST_PATH_IMAGE177
设备收到发送的消息后，
Figure 467555DEST_PATH_IMAGE177
计算
Figure 133022DEST_PATH_IMAGE187
和
Figure DEST_PATH_IMAGE188
，验证
Figure 808723DEST_PATH_IMAGE125
和
Figure 748997DEST_PATH_IMAGE126
是否相等，如果相等，那么验证了CSC,此时计算会话密钥
Figure 803541DEST_PATH_IMAGE189
。最后
Figure 889178DEST_PATH_IMAGE177
计算
Figure DEST_PATH_IMAGE190
，并发送{ MK }给UE,从而验证会话密钥相等。
步骤700：用户设备对加密后的会话密钥进行验证，验证通过后，用户设备和智慧井盖设备通过相同的会话密钥进行通信。当UE收到发送的消息后，UE首先核查时间戳
Figure 537328DEST_PATH_IMAGE129
是否在合法范围内，如果在合法范围内，那么UE通过使用
Figure 609189DEST_PATH_IMAGE130
解密
Figure 705190DEST_PATH_IMAGE131
得到
Figure 446881DEST_PATH_IMAGE132
。然后UE计算
Figure 441382DEST_PATH_IMAGE191
, 验证
Figure 175988DEST_PATH_IMAGE134
和
Figure 611649DEST_PATH_IMAGE135
是否相等，如果相等，那么验证了CSC，那么UE计算会话密钥
Figure DEST_PATH_IMAGE192
和
Figure 835826DEST_PATH_IMAGE137
，验证
Figure 255306DEST_PATH_IMAGE193
和MK是否相等，如果相等，那么验证了UE和
Figure DEST_PATH_IMAGE194
设备生成了相同的会话密钥。
对应上述认证方法，本发明还提供一种智慧井盖设备的认证系统，图2为本发明智慧井盖设备的认证系统的结构示意图。如图2所示，本发明认证系统包括：
认证消息发送模块201，用于用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息。
云服务中心验证模块202，用于云服务中心根据认证消息对用户设备进行验证。
广播模块203，用于当云服务中心对用户设备验证通过时，云服务中心根据随机数生成加密消息，根据加密消息生成广播消息，并将广播消息广播至智慧井盖设备；广播消息包括加密消息和时间戳。
智慧井盖设备验证及加密模块204，用于每个智慧井盖设备根据广播消息对云服务中心进行验证，验证通过后，对自身的ID信息进行加密生成第一消息发送至云服务中心。
私密共享验证模块205，用于云服务中心采用私密共享算法对第一消息对应的智慧井盖设备进行验证，验证通过后，生成用户消息和井盖消息，并将用户消息广播至所有智慧井盖设备，将井盖消息发送至用户设备。
会话密钥生成模块206，用于当智慧井盖设备收到用户消息后，对云服务中心进行验证，验证通过时，智慧井盖设备计算会话密钥，并对会话密钥进行加密发送至用户设备。
会话密钥验证模块207，用于用户设备对加密后的会话密钥进行验证，验证通过后，用户设备和智慧井盖设备通过相同的会话密钥进行通信。
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。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种智慧井盖设备的认证方法，其特征在于，包括：
用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息；
所述云服务中心根据所述认证消息对所述用户设备进行验证；
当所述云服务中心对所述用户设备验证通过时，所述云服务中心根据随机数生成加密消息，根据加密消息生成广播消息，并将所述广播消息广播至智慧井盖设备；所述广播消息包括所述加密消息和时间戳；
每个智慧井盖设备根据所述广播消息对所述云服务中心进行验证，验证通过后，对自身的ID信息进行加密生成第一消息发送至所述云服务中心；
所述云服务中心采用私密共享算法对所述第一消息对应的智慧井盖设备进行验证，验证通过后，生成用户消息和井盖消息，并将所述用户消息广播至所有智慧井盖设备，将所述井盖消息发送至所述用户设备；
当所述智慧井盖设备收到所述用户消息后，对所述云服务中心进行验证，验证通过时，所述智慧井盖设备计算会话密钥，并对会话密钥进行加密发送至所述用户设备；
所述用户设备对加密后的所述会话密钥进行验证，验证通过后，所述用户设备和所述智慧井盖设备通过相同的会话密钥进行通信。
2.根据权利要求1所述的智慧井盖设备的认证方法，其特征在于，所述用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息，之前还包括：所述用户设备向所述云服务中心进行注册以及所述智慧井盖设备向所述云服务中心进行离线注册；
用户设备向云服务中心进行注册，具体包括：
所述用户设备利用
Figure 554562DEST_PATH_IMAGE001
得到用户U的生物特征秘钥
Figure 737281DEST_PATH_IMAGE002
，利用
Figure 923543DEST_PATH_IMAGE003
得到用户U的公钥
Figure 771282DEST_PATH_IMAGE004
，利用
Figure 116813DEST_PATH_IMAGE005
得到加密值
Figure 80221DEST_PATH_IMAGE006
，生成第一注册消息
Figure 878413DEST_PATH_IMAGE007
发送至所述云服务中心；
Figure 529843DEST_PATH_IMAGE008
表示用户U的生物指纹信息，
Figure 605246DEST_PATH_IMAGE009
表示生成生物特征的辅助信息，P为云服务中心中椭圆曲线群的一个生成元，
Figure 457665DEST_PATH_IMAGE010
为随机数，
Figure 851475DEST_PATH_IMAGE011
表示用户U的身份，
Figure 24705DEST_PATH_IMAGE012
为用户U的密码；
所述云服务中心收到所述第一注册消息后，利用
Figure 813669DEST_PATH_IMAGE013
计算所述第一注册消息对应的公钥
Figure 446776DEST_PATH_IMAGE014
，利用
Figure 78614DEST_PATH_IMAGE015
计算所述用户U的哈希值
Figure 557000DEST_PATH_IMAGE016
，利用
Figure 731630DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 457009DEST_PATH_IMAGE018
计算中间参数
Figure 389193DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 999166DEST_PATH_IMAGE020
，生成用户U的临时身份
Figure 887356DEST_PATH_IMAGE021
，并存储用户U对应的数据
Figure 190162DEST_PATH_IMAGE022
，生成智能卡，并将用户U对应的数据
Figure 344062DEST_PATH_IMAGE023
存储到所述智能卡，并发送至所述用户设备；
所述用户设备收到数据后，利用公式
Figure 882360DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 500423DEST_PATH_IMAGE025
、
Figure 646234DEST_PATH_IMAGE026
、
Figure 474381DEST_PATH_IMAGE027
和
Figure 426157DEST_PATH_IMAGE028
计算中间参数
Figure 101989DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 207168DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 397978DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 28811DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 542837DEST_PATH_IMAGE033
，并将参数信息
Figure 358347DEST_PATH_IMAGE034
进行存储；其中，
Figure 177398DEST_PATH_IMAGE035
为所述云服务中心随机选择的秘密值，
Figure 470976DEST_PATH_IMAGE036
表示云服务中心的身份信息；
智慧井盖设备向云服务中心进行离线注册，具体过程为：
所述云服务中心为每个智慧井盖设备分配唯一的身份信息
Figure 308351DEST_PATH_IMAGE037
；
利用
Figure 701286DEST_PATH_IMAGE038
计算中间参数S，将中间参数S进行存储，生成参数消息
Figure 132268DEST_PATH_IMAGE039
，并发送至对应的智慧井盖设备；其中，
Figure 88591DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 921418DEST_PATH_IMAGE041
，n为智慧井盖设备的个数，
Figure 485254DEST_PATH_IMAGE042
为所述云服务中心为第i个智慧井盖设备分配的互素数正整数，
Figure 528166DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 429126DEST_PATH_IMAGE044
为所述云服务中心为第i个智慧井盖设备分配的正整数；
Figure 460667DEST_PATH_IMAGE045
为计算秘密共享算法的参数，
Figure 788880DEST_PATH_IMAGE046
为道德值，
Figure 850246DEST_PATH_IMAGE047
为计算S的参数，
Figure 430263DEST_PATH_IMAGE048
为所述云服务中心为智慧井盖设备分配的互素数正整数的和。
3.根据权利要求2所述的智慧井盖设备的认证方法，其特征在于，所述用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息，具体包括：
所述用户设备输入用户的身份、密码以及生物指纹信息；
所述用户设备对应的智能卡根据存储的数据利用
Figure 706523DEST_PATH_IMAGE049
、
Figure 330271DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 629666DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 606849DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure 127829DEST_PATH_IMAGE053
重构参数
Figure 797845DEST_PATH_IMAGE054
、
Figure 584535DEST_PATH_IMAGE055
、
Figure 224464DEST_PATH_IMAGE056
、
Figure 740896DEST_PATH_IMAGE057
和
Figure 457179DEST_PATH_IMAGE058
；
所述智能卡通过判断
Figure 980433DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 564998DEST_PATH_IMAGE059
是否相等验证用户U的身份；当
Figure 545724DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 557542DEST_PATH_IMAGE059
相等时，所述用户U的身份验证通过，所述用户设备生成一个随机数
Figure 505776DEST_PATH_IMAGE060
和当前时间戳
Figure 566135DEST_PATH_IMAGE061
；
智能卡利用
Figure 791580DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 833355DEST_PATH_IMAGE063
和
Figure 409829DEST_PATH_IMAGE064
计算所述云服务中心的身份信息，生成所述用户设备的认证消息
Figure 8301DEST_PATH_IMAGE065
，并将所述认证消息发送给所述云服务中心；
其中，
Figure 212886DEST_PATH_IMAGE066
为计算得到的云服务中心的身份信息，
Figure 566507DEST_PATH_IMAGE067
为计算得到的用户的哈希值，
Figure 240065DEST_PATH_IMAGE068
为
Figure 970124DEST_PATH_IMAGE067
中的一个参数。
4.根据权利要求3所述的智慧井盖设备的认证方法，其特征在于，所述云服务中心根据所述认证消息对所述用户设备进行验证，具体包括：
所述云服务中心验证时间戳
Figure 825953DEST_PATH_IMAGE069
是否在合法范围内；若合法，通过
Figure 225842DEST_PATH_IMAGE070
检索数据库获得所述用户设备的
Figure 511329DEST_PATH_IMAGE071
；
利用
Figure 904134DEST_PATH_IMAGE072
和
Figure 630781DEST_PATH_IMAGE073
计算参数
Figure 591784DEST_PATH_IMAGE074
和
Figure 958043DEST_PATH_IMAGE075
；
判断
Figure 29904DEST_PATH_IMAGE076
和
Figure 79900DEST_PATH_IMAGE077
是否相等；若相等，则所述用户设备验证通过。
5.根据权利要求4所述的智慧井盖设备的认证方法，其特征在于，所述云服务中心根据随机数生成加密消息，根据加密消息生成广播消息，具体包括：
所述云服务中心随机生成一个随机数
Figure 867596DEST_PATH_IMAGE078
和当前时间戳
Figure 127676DEST_PATH_IMAGE079
；
利用
Figure 613015DEST_PATH_IMAGE080
计算参数
Figure 376572DEST_PATH_IMAGE081
；
利用随机数
Figure 538432DEST_PATH_IMAGE082
生成加密消息
Figure 285808DEST_PATH_IMAGE083
和
Figure 371576DEST_PATH_IMAGE084
；
生成广播消息
Figure 379852DEST_PATH_IMAGE085
。
6.根据权利要求5所述的智慧井盖设备的认证方法，其特征在于，所述每个智慧井盖设备根据所述广播消息对所述云服务中心进行验证，验证通过后，对自身的ID信息进行加密生成第一消息发送至所述云服务中心，具体包括：
所述智慧井盖设备验证时间戳
Figure 853559DEST_PATH_IMAGE079
是否在合法范围内；若在合法范围内，利用
Figure 698018DEST_PATH_IMAGE086
计算参数
Figure 384214DEST_PATH_IMAGE087
；
使用
Figure 309314DEST_PATH_IMAGE087
对
Figure 563709DEST_PATH_IMAGE088
解密得到消息{
Figure 20098DEST_PATH_IMAGE089
}；
计算
Figure 634619DEST_PATH_IMAGE090
，并比较
Figure 492853DEST_PATH_IMAGE091
和
Figure 964155DEST_PATH_IMAGE092
值是否相等；若相等，则所述云服务中心验证通过；
所述云服务中心验证通过后，所述智慧井盖设备通过
Figure 32474DEST_PATH_IMAGE093
加密得到消息
Figure 998156DEST_PATH_IMAGE094
，根据当前时间戳
Figure 710897DEST_PATH_IMAGE095
生成第一消息
Figure 556362DEST_PATH_IMAGE096
，并将所述第一消息发送至所述云服务中心。
7.根据权利要求1所述的智慧井盖设备的认证方法，其特征在于，所述云服务中心采用私密共享算法对所述第一消息对应的智慧井盖设备进行验证，验证通过后，生成用户消息和井盖消息，并将所述用户消息广播至所有智慧井盖设备，将所述井盖消息发送至所述用户设备，具体包括：
所述云服务中心检验时间戳
Figure 987343DEST_PATH_IMAGE095
是否在合法范围内；若在合法范围内，通过
Figure 756716DEST_PATH_IMAGE097
解密消息
Figure 448598DEST_PATH_IMAGE098
得到{
Figure 605909DEST_PATH_IMAGE099
}；
通过秘密共享算法计算参数
Figure 399553DEST_PATH_IMAGE100
和
Figure 34934DEST_PATH_IMAGE101
，公式为：
Figure 846901DEST_PATH_IMAGE102
，
Figure 909535DEST_PATH_IMAGE103
；其中，ci表示通过秘密共享算法计算得到的第i个智慧井盖设备对应的参数，dj表示分配给第j个智慧井盖设备的正整数，dr表示分配给第r个智慧井盖设备的正整数，cj表示通过秘密共享算法计算得到的第j个智慧井盖设备对应的参数，p表示一个k位素数；
验证
Figure 721633DEST_PATH_IMAGE104
和存储的
Figure 550918DEST_PATH_IMAGE105
是否相等；若相等，则所述智慧井盖设备验证通过；
当所述智慧井盖设备验证通过时，所述云服务中心生成当前时间戳
Figure 827178DEST_PATH_IMAGE106
，利用
Figure 201659DEST_PATH_IMAGE107
、
Figure 750321DEST_PATH_IMAGE108
、
Figure 727504DEST_PATH_IMAGE109
、
Figure 264796DEST_PATH_IMAGE110
和
Figure 934811DEST_PATH_IMAGE111
计算参数
Figure 174032DEST_PATH_IMAGE112
、
Figure 954906DEST_PATH_IMAGE113
、
Figure 81125DEST_PATH_IMAGE114
和
Figure 922042DEST_PATH_IMAGE115
；
Figure 445296DEST_PATH_IMAGE116
为云服务中心存储的秘密共享算法的值，
Figure 905227DEST_PATH_IMAGE117
为云服务中心计算的哈希值；
生成用户消息
Figure 276166DEST_PATH_IMAGE118
和井盖消息
Figure 147039DEST_PATH_IMAGE119
，将所述用户消息广播至所有智慧井盖设备，将所述井盖消息发送至所述用户设备。
8.根据权利要求7所述的智慧井盖设备的认证方法，其特征在于，所述当所述智慧井盖设备收到所述用户消息后，对所述云服务中心进行验证，验证通过时，所述智慧井盖设备计算会话密钥，并对会话密钥进行加密发送至所述用户设备，具体包括：
所述智慧井盖设备利用
Figure 970638DEST_PATH_IMAGE120
和
Figure 234261DEST_PATH_IMAGE121
计算参数
Figure 459706DEST_PATH_IMAGE122
和
Figure 790496DEST_PATH_IMAGE123
；
验证
Figure 366971DEST_PATH_IMAGE124
和
Figure 965443DEST_PATH_IMAGE125
是否相等；若相等，则所述云服务中心验证通过；
所述云服务中心验证通过时，计算会话密钥
Figure 248657DEST_PATH_IMAGE126
；
利用
Figure 992491DEST_PATH_IMAGE127
对会话密钥进行加密，并发送消息{MK}给所述用户设备。
9.根据权利要求8所述的智慧井盖设备的认证方法，其特征在于，所述用户设备对加密后的所述会话密钥进行验证，具体包括：
所述用户设备核查时间戳
Figure 462786DEST_PATH_IMAGE128
是否在合法范围内；若在合法范围内，使用
Figure 927266DEST_PATH_IMAGE129
解密
Figure 251937DEST_PATH_IMAGE130
得到{
Figure 42038DEST_PATH_IMAGE131
}；
计算
Figure 937313DEST_PATH_IMAGE132
，并验证
Figure 205483DEST_PATH_IMAGE133
和
Figure 384661DEST_PATH_IMAGE134
是否相等；若相等，计算会话密钥
Figure 80084DEST_PATH_IMAGE135
和
Figure 728234DEST_PATH_IMAGE136
；
验证
Figure 800096DEST_PATH_IMAGE137
和MK是否相等，若相等，则确定所述用户设备和所述智慧井盖设备生成了相同的会话密钥，并采用相同的会话密钥进行通信。
10.一种智慧井盖设备的认证系统，其特征在于，包括：
认证消息发送模块，用于用户设备根据身份信息向云服务中心发送认证消息；
云服务中心验证模块，用于所述云服务中心根据所述认证消息对所述用户设备进行验证；
广播模块，用于当所述云服务中心对所述用户设备验证通过时，所述云服务中心根据随机数生成加密消息，根据加密消息生成广播消息，并将所述广播消息广播至智慧井盖设备；所述广播消息包括所述加密消息和时间戳；
智慧井盖设备验证及加密模块，用于每个智慧井盖设备根据所述广播消息对所述云服务中心进行验证，验证通过后，对自身的ID信息进行加密生成第一消息发送至所述云服务中心；
私密共享验证模块，用于所述云服务中心采用私密共享算法对所述第一消息对应的智慧井盖设备进行验证，验证通过后，生成用户消息和井盖消息，并将所述用户消息广播至所有智慧井盖设备，将所述井盖消息发送至所述用户设备；
会话密钥生成模块，用于当所述智慧井盖设备收到所述用户消息后，对所述云服务中心进行验证，验证通过时，所述智慧井盖设备计算会话密钥，并对会话密钥进行加密发送至所述用户设备；
会话密钥验证模块，用于所述用户设备对加密后的所述会话密钥进行验证，验证通过后，所述用户设备和所述智慧井盖设备通过相同的会话密钥进行通信。
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