CN114553431A - 一种具有记忆功能的通信方法及装置 - Google Patents

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CN114553431A CN202210098597.2A CN202210098597A CN114553431A CN 114553431 A CN114553431 A CN 114553431A CN 202210098597 A CN202210098597 A CN 202210098597A CN 114553431 A CN114553431 A CN 114553431A
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Abstract

本发明提供了一种具有记忆功能的通信方法及装置，通信双方通过设置记忆函数实现有记忆的通信方式，可以高效记住、查询、证明任意报文的存在性，以达到追溯的效果；同时通信双方通过维护相同的记忆函数，可保证数据传输的完整性和一致性，并可实现报文批量签名验证的效果。

Description

一种具有记忆功能的通信方法及装置
技术领域
本发明涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种具有记忆功能的通信方法及装置。
背景技术
传统的TCP/IP网络传输模式不具备地址真实性鉴别等内生安全机制，容易造成传输的内容被篡改和伪造，导致源地址欺骗、路由劫持、拒绝服务等大量攻击的发生。为了解决这类安全问题，通常利用IPSec等附加的安全增强技术对传输的报文进行加密认证。但是，IPSec这类附加的安全增强技术，通常只能在局部范围内解决局部问题，特别是IPSec技术实现比较复杂，其密钥管理及密钥协商过程非常复杂，容易遭受DoS攻击、中间人攻击；同时也不能保障数据传输的不可抵赖性，无法对通信内容进行追溯。
发明内容
本发明旨在提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的具有记忆功能的通信方法及装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明的一个方面提供了一种具有记忆功能的通信方法，包括：发送端获取当前待发送报文，按照预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值，存储所述当前发送记忆值，并发送所述当前待发送报文；其中，按照所述预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值包括：按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态进行计算得到所述当前发送记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到所述当前发送记忆值，所述报文状态为报文数据或按照设定的报文元素生成算法对报文数据进行计算得到的报文元素数据。
其中，方法还包括：接收端接收当前待接收报文，按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值，并存储所述当前接收记忆值；其中，按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值包括：按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态进行计算得到所述当前接收记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到所述当前接收记忆值。
其中，方法还包括：所述发送端按照设定的报文追溯证据生成算法为第i个已发送报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据所述追溯证据按照设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。
其中，方法还包括：所述发送端发送所述当前待发送报文时，还发送所述当前待发送报文对应的记忆值。
其中，方法还包括：所述接收端接收所述当前待接收报文时，还接收所述当前待接收报文对应的记忆值，并判断所述当前接收记忆值与所述当前待接收报文对应的记忆值是否相同，如果相同，则同步成功，如果不相同，则同步失败；其中，所述当前待接收报文对应的记忆值为对端设备生成并发送的。
其中，方法还包括：所述接收端按照设定的报文追溯证据生成算法为第j个已接收报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据所述追溯证据按照所述设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。
其中，方法还包括：所述发送端对所述当前发送记忆值进行签名，得到签名数据，所述发送端发送所述当前待发送报文时，还发送所述签名数据。
其中，方法还包括：所述接收端接收所述当前待接收报文时，还接收所述当前待接收报文对应的签名数据，对所述当前待接收报文对应的签名数据进行验证，如果验证成功，则通信有效，如果验证不成功，则通信失败；其中，所述当前待接收报文对应的签名数据为对端设备对所述当前待接收报文对应的记忆值进行签名计算得到的。
本发明另一方面提供了一种具有记忆功能的通信装置，包括：发送端，用于获取当前待发送报文，按照预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值，存储所述当前发送记忆值，并发送所述当前待发送报文；其中，通过如下方式按照所述预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值：按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态进行计算得到所述当前发送记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到所述当前发送记忆值，所述报文状态为报文数据或按照设定的报文元素生成算法对报文数据进行计算得到的报文元素数据。
其中，装置还包括：接收端，用于接收当前待接收报文，按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值，并存储所述当前接收记忆值；其中，通过如下方式按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值：按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态进行计算得到所述当前接收记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到所述当前接收记忆值。
其中，所述发送端，还用于按照设定的报文追溯证据生成算法为第i个已发送报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据所述追溯证据按照设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。
其中，所述发送端，还用于发送所述当前待发送报文时，还发送所述当前待发送报文对应的记忆值。
其中，所述接收端，还用于接收所述当前待接收报文时，还接收所述当前待接收报文对应的记忆值，并判断所述当前接收记忆值与所述当前待接收报文对应的记忆值是否相同，如果相同，则同步成功，如果不相同，则同步失败；其中，所述当前待接收报文对应的记忆值为对端设备生成并发送的。
其中，所述接收端，还用于按照设定的报文追溯证据生成算法为第j个已接收报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据所述追溯证据按照所述设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。
其中，所述发送端，还用于对所述当前发送记忆值进行签名，得到签名数据，所述发送端发送所述当前待发送报文时，还发送所述签名数据。
其中，所述接收端，还用于接收所述当前待接收报文时，还接收所述当前待接收报文对应的签名数据，对所述当前待接收报文对应的签名数据进行验证，如果验证成功，则通信有效，如果验证不成功，则通信失败；其中，所述当前待接收报文对应的签名数据为对端设备对所述当前待接收报文对应的记忆值进行签名计算得到的。
由此可见，通过本发明提供的具有记忆功能的通信方法及装置，通信双方通过设置记忆函数实现有记忆的通信方式，可以高效记住、查询、证明任意报文的存在性，以达到追溯的效果；同时通信双方通过维护相同的记忆函数，可保证数据传输的完整性和一致性，并可实现报文批量签名验证的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例提供的具有记忆功能的通信系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法的架构示意图；
图3为本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的发送端流程图；
图4为本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的接收端流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了本发明实施例提供的具有记忆功能的通信系统的结构示意图，参见图1，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信系统，包括：具有记忆功能的通信装置以及对端设备，对端设备与具有记忆功能的通信装置相同，能够与具有记忆功能的通信装置完成通信。
其中，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置包括：发送端和接收端，发送端用于发送报文，接收端用于接收报文。
以下，对本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置进行说明：
本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置，包括：发送端，用于获取当前待发送报文，按照预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值，存储所述当前发送记忆值，并发送所述当前待发送报文；其中，通过如下方式按照所述预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值：按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态进行计算得到当前发送记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到当前发送记忆值，所述报文状态为报文数据或按照设定的报文元素生成算法对报文数据进行计算得到的报文元素数据。
具体地，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的发送端具有记忆形成功能，可以根据当前待发送报文生成记忆值，以便可以保证数据传输的完整性和一致性，同时确保后续能够进行报文追溯。
本发明提供的发送端计算当前发送记忆值可以通过但不限于如下方式得到：
一、发送端按照预定的记忆算法对当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态进行计算得到新的发送记忆值，将新的发送记忆值作为当前发送记忆值。当然，如果是首次发送报文时(即没有已发送报文的情况下)，发送端可以按照预定的记忆算法对当前待发送报文的报文状态进行计算得到当前发送记忆值。
二、发送端按照预定的记忆算法对当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到新的发送记忆值，将新的发送记忆值作为当前发送记忆值。
其中，报文状态是报文数据或按照设定的报文元素生成算法对报文数据进行计算得到的报文元素数据。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置还包括：接收端，用于接收当前待接收报文，按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值，并存储所述当前接收记忆值；其中，通过如下方式按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值：按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态进行计算得到当前接收记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到当前接收记忆值。
具体地，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的接收端具有记忆形成功能，可以根据当前待发送报文生成记忆值，以便可以保证数据传输的完整性和一致性，同时确保后续能够进行报文追溯。
同样的，本发明提供的接收端计算当前接收记忆值可以通过但不限于如下方式得到：
一、接收端按照预定的记忆算法对当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态进行计算得到新的接收记忆值，将新的接收记忆值作为当前接收记忆值。当然，如果是首次接收报文时(即没有已接收报文的情况下)，接收端可以按照预定的记忆算法对当前待接收报文的报文状态进行计算得到当前接收记忆值。
二、接收端按照预定的记忆算法对当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到新的接收记忆值，将新的接收记忆值作为当前接收记忆值。
当然，报文状态是报文数据或按照设定的报文元素生成算法对报文数据进行计算得到的报文元素数据。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，本发明的具有记忆功能的通信装置，可以利用记忆函数完成记忆功能。记忆函数可以包括：记忆算法、报文元素生成算法、报文追溯证据生成算法和报文追溯算法。本发明基于报文哈希链、哈希树和不同的累加器可构建多种记忆函数以满足不同的应用需求。当然，本发明的记忆函数可以通过本端具有记忆功能的通信装置与对端设备进行协商完成，即本端的发送端与对端的接收端协商完成，或者对端的发送端与本端的接收端协商完成。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，发送端，还用于按照设定的报文追溯证据生成算法为第i个已发送报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据追溯证据按照设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。具体地，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的发送端具有报文追溯功能，通过该功能可以实现报文追溯的目的。其中，第i个已发送报文为已经发送过的报文中的一个，并不局限于是哪一个。通过构建不同的记忆函数，可利用较小的存储代价实现高效的报文追溯功能。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，接收端，还用于按照设定的报文追溯证据生成算法为第j个已接收报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据追溯证据按照设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。具体地，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的接收端具有报文追溯功能，通过该功能可以实现报文追溯的目的。其中，第j个已接收报文为已经接收过的报文中的一个，并不局限于是哪一个。通过构建不同的记忆函数，可利用较小的存储代价实现高效的报文追溯功能。
可见，发送端或接收端可根据记忆函数实现报文的可追溯，各报文对应的元素值都被累加在记忆值当中，当要验证某报文是否存在于发送过或接收过的报文序列当中时，可根据记忆值为该报文生成报文追溯证据，并可通过该证据验证该报文的存在性，实现报文的可追溯。
本发明中，报文追溯证据类型分为成员证据和非成员证据。其中：
成员证据：可证明对应报文确实由证据提供方发送或接收过。
非成员证据：可证明证据提供方确实没有发送或接收过该对应报文。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，发送端，还用于发送当前待发送报文时，还发送当前待发送报文对应的记忆值。具体地，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的发送端具有数据同步功能。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，接收端，还用于接收当前待接收报文时，还接收当前待接收报文对应的记忆值，并判断当前接收记忆值与当前待接收报文对应的记忆值是否相同，如果相同，则同步成功，如果不相同，则同步失败；其中，当前待接收报文对应的记忆值为对端设备生成并发送的。具体地，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的接收端具有数据同步功能。
可见，记忆值是由各报文对应的报文元素累加而成，对于有些记忆函数，报文信息和顺序的更改都会使记忆值发生变化，故而可通过比对记忆值和报文中记忆值的方式保障报文不可被篡改，实现报文传输的同步性。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，发送端，还用于对当前发送记忆值进行签名，得到签名数据，发送端发送当前待发送报文时，还发送签名数据。具体地，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的发送端具有签名功能。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，接收端，还用于接收当前待接收报文时，还接收当前待接收报文对应的签名数据，对当前待接收报文对应的签名数据进行验证，如果验证成功，则通信有效，如果验证不成功，则通信失败；其中，当前待接收报文对应的签名数据为对端设备对当前待接收报文对应的记忆值进行签名计算得到的。具体地，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的接收端具有验签功能。
可见，对于具有不可篡改性的记忆函数，可基于其实现批量签名认证，通过一次签名认证，保证多个报文的完整性和真实性，这种方式可极大的降低签名认证的开销，提高报文安全传输的效率。当然，本发明可以通过本端具有记忆功能的通信装置与对端设备进行协商，协商出签名间隔时间，即本端的发送端与对端的接收端协商签名间隔时间，或者对端的发送端与本端的接收端协商签名间隔时间。
由此可见，利用本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置，通信双方通过维护相同的记忆函数，可保证数据传输的完整性和一致性，也可通过记忆函数查询证明任意报文的存在性，以达到追溯的效果。基于报文哈希链、哈希树和不同的累加器可构建多种记忆函数以满足不同的应用需求，有的记忆函数可利用较小的存储代价实现高效的报文追溯；有的记忆函数，可通过记忆值实现批量签名认证，通过一次签名认证，保证多个报文的完整性和真实性，极大的降低了签名认证的开销，提高报文安全传输的效率。
以下，结合图2对本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置进行的通信方法进行简要说明：
图2中发送端为本端发送端，接收端为对端接收端。其中：
发送端在发送报文之前可以与接收端协商记忆函数，生成初始参数和初始记忆值；每次发送报文时，需跟据报文生成报文元素，并将其添加到记忆函数当中，最后将更新过的记忆值和同步参数附在报文后发送给接收端，若有需要，也可对报文进行签名，并附在报文后。当需要对某个报文进行追溯时，发送端可为该报文生成相应的报文追溯证据，并根据报文追溯证据验证该报文的存在性。
接收端可根据与发送端协商好的记忆函数生成初始参数和初始记忆值，接收报文后，可根据报文信息和同步参数构建本地记忆值，若有需要，可通过比对本地记忆值和报文中记忆值的方式对报文进行认证，若有报文中含有签名，也需对签名进行验证。当需要对某个报文进行追溯时，接收端也可为该报文生成相应的报文追溯证据，并根据报文追溯证据验证该报文的存在性。
图2提供了一种具体的记忆函数的示例，但本发明并不局限于此：
用M代表报文集合，M＝{m0,...,mn}，用X＝{x1,...,xn}表示记忆函数中报文元素的集合，Mem表示记忆值，用MEM＝{Mem0,...,Memn}代表记忆值集合，χ表示记忆值域，w表示报文追溯证据。
一个记忆函数可以描述成一个五元组MF＝(Gen,EleCreate,MemUpdate,WitCreate,VerMem)。
Gen：表示初始参数和初始记忆值的生成算法，在通信前，发送方和接收方需协商好初始参数(安全参数、同步参数生成方式和哈希算法等)，双方可根据协商好的参数生成初始记忆值Mem0。
EleCreate：表示报文元素生成算法(不同的记忆函数有不同的报文元素生成算法)，可将报文m转化为报文元素x。
例如：基于报文哈希链的记忆函数：
EleCreate(m)：报文m对应的报文元素x＝H(m)，H代表哈希算法。
例如：基于RSA累加器的记忆函数：
EleCreate(m)：把报文m以素数的形式编码。
MemUpdate:表示记忆值的更新算法。
例如：基于RSA累加器的记忆函数中，记忆值更新算法为MemX′＝MemX∪{x}＝MemX xmodN，即每次添加报文元素x时，以上一个记忆值为底，报文元素x为指数进行一次指数运算并模N得到新的记忆值。
例如：基于报文哈希链的记忆函数中，记忆值更新算法为
Figure BDA0003491587490000081
Figure BDA0003491587490000082
即每次添加报文元素x时，将上一个记忆值与报文元素x串联，并计算串连后的哈希值，新的哈希值即为新的记忆值。
WitCreate：表示报文追溯证据生成算法(不同的记忆函数拥有不同的报文追溯证据生成算法，有的记忆函数需要存储报文元素集合X＝{x1,...,xn}和记忆值集合MEM＝{Mem0,...,Memn}来生成证据，这种方式需要一定的存储代价，而有的记忆函数并不需要存储报文元素集合或记忆值集合来生成证据，存储代价极小)，发送方或接收方为某报文m生成报文追溯证据，先根据EleCreate算法将报文m转化为报文元素x，再根据报文元素x生成对应的报文追溯证据w，报文追溯证据类型分为成员证据和非成员证据。
成员证据：可证明对应报文确实由证据提供方发送或接收过。
非成员证据：可证明证据提供方确实没有发送或接收过该对应报文。
例如：基于RSA累加器的报文追溯证据生成算法：
WitCreate(Memn,mi,X,pk)：为报文mi创建报文追溯证据，根据素数矩阵将mi转换为报文元素xi，若xi∈X，生成xi的成员证据
Figure BDA0003491587490000091
若xi∈χ\X，即gcd(xi,u)＝1，则找到a、b，使得au+bxi＝1，生成xi的非成员证据wi＝(a,B)，其中B＝gbmod N；
其中：gcd(xi,u)表示xi、u的最大公约数，wi＝(a,B)表示证据wi中包含a和B。
VerMem：表示报文追溯算法(不同的记忆函数拥有不同的报文追溯算法)，发送方或者接收方对某报文m的存在性进行验证，先根据EleCreate算法将报文m转化为报文元素x，再根据报文元素值x、记忆值MemX和报文追溯证据w验证该报文的存在性，验证方式根据证据类型可分为成员验证和非成员验证。验证结果为1表示报文m确实由证据提供者发送或接收，为0表示报文m不是由证据提供者发送或接收。
成员验证：验证方可根据最新记忆值、初始记忆值等信息对成员证据进行验证，验证通过返回1，验证不通过返回0。
非成员验证：验证方可根据最新记忆值、初始记忆值等信息对非成员证据进行验证，验证通过返回0，验证不通过返回1。
由此可见，本发明设计了一种新型具有记忆功能通信模型，模型主要由发送端、接收端和信道组成，发送端和接收端可通过协商来维护相同的记忆函数，可通过记忆函数为报文生成同步参数、记忆值以进行有记忆的通信，发送端和接收端可根据记忆函数对报文的存在性进行验证，以达到追溯的效果；本发明设计了通用的记忆函数，记忆函数由一个五元组组成，包括初始参数和初始记忆值的生成算法Gen、报文元素生成算法EleCreate、记忆值的更新算法MemUpdate、报文追溯证据创建算法WitCreate和报文追溯算法VerMem。另外，在通用记忆函数的基础上，可结合报文哈希链和密码累加器等技术构建多种不同的记忆函数，它们拥有不同的特性，可满足不同的应用需求；本发明设计了具体的有记忆通信流程和报文追溯流程。
其中，本发明实施例提供的记忆函数具有如下特性：
可追溯性：发送端或接收端可根据记忆函数实现报文的可追溯，各报文对应的元素值都被累加在记忆值当中，当要验证某报文是否存在于发送过或接收过的报文序列当中时，可根据记忆值为该报文生成报文追溯证据，并可通过该证据验证该报文的存在性，实现报文的可追溯。
不可篡改性和同步性：记忆值是由各报文对应的报文元素累加而成，对于有些记忆函数，报文信息和顺序的更改都会使记忆值发生变化，故而可通过比对本地计算的记忆值和报文中记忆值的方式保障报文不可被篡改，实现报文传输的同步性。
可实现批量签名认证：对于具有不可篡改性的记忆函数，可基于其实现批量签名认证，通过一次签名认证，保证多个报文的完整性和真实性，这种方式可极大的降低签名认证的开销，提高报文安全传输的效率。
以下对本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法进行说明，该具有记忆功能的通信方法应用上述装置，以下仅对具有记忆功能的通信方法进行简单说明，其他未尽事宜，请参照上述具有记忆功能的通信装置中的相关描述，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法包括：发送端获取当前待发送报文，按照预定的记忆算法根据当前待发送报文计算当前发送记忆值，存储当前发送记忆值，并发送当前待发送报文；其中，按照预定的记忆算法根据当前待发送报文计算当前发送记忆值包括：按照预定的记忆算法对当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态进行计算得到当前发送记忆值，或者按照预定的记忆算法对当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到当前发送记忆值，报文状态为报文数据或按照设定的报文元素生成算法对报文数据进行计算得到的报文元素数据。
值得说明的是，本发明并不限定上述特征的执行顺序，只要应用了上述步骤S1和S2的相关特征，均应属于本发明的保护范围。具体地，上述步骤为本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的发送端的记忆形成步骤。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法还包括：接收端接收当前待接收报文，按照预定的记忆算法根据当前待接收报文计算当前接收记忆值，并存储当前接收记忆值；其中，按照预定的记忆算法根据当前待接收报文计算当前接收记忆值包括：按照预定的记忆算法对当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态进行计算得到当前接收记忆值，或者按照预定的记忆算法对当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到当前接收记忆值。具体地，上述步骤为本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的接收端的记忆形成步骤。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法还包括：发送端按照设定的报文追溯证据生成算法为第i个已发送报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据追溯证据按照设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。具体地，该步骤为发送端的报文追溯功能，通过该功能可以实现报文追溯的目的。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法还包括：接收端按照设定的报文追溯证据生成算法为第j个已接收报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据追溯证据按照设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。具体地，该步骤为接收端的报文追溯功能，通过该功能可以实现报文追溯的目的。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法还包括：发送端发送当前待发送报文时，还发送当前待发送报文对应的记忆值。具体地，该步骤为发送端的数据同步功能。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法还包括：接收端接收当前待接收报文时，还接收当前待接收报文对应的记忆值，并判断当前接收记忆值与当前待接收报文对应的记忆值是否相同，如果相同，则同步成功，如果不相同，则同步失败；其中，当前待接收报文对应的记忆值为对端设备生成并发送的。具体地，该步骤为接收端的数据同步功能。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法还包括：发送端对当前发送记忆值进行签名，得到签名数据，发送端发送当前待发送报文时，还发送签名数据。具体地，该步骤为方式端的签名功能。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法还包括：接收端接收当前待接收报文时，还接收当前待接收报文对应的签名数据，对当前待接收报文对应的签名数据进行验证，如果验证成功，则通信有效，如果验证不成功，则通信失败；其中，当前待接收报文对应的签名数据为对端设备对当前待接收报文对应的记忆值进行签名计算得到的。具体地，该步骤为接收端的验签功能。
以下，以图3为例，对本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的发送端执行的操作进行说明，其中发送端报文发送流程如图3所示，具体步骤如下：
1、根据记忆函数中Gen算法与接收端协商并生成初始参数(安全参数、同步参数生成方式、哈希算法等)与初始记忆值Mem0；
其中，以基于RSA累加器的记忆函数为例，X中元素皆为无碰撞素数，i为序列号，m为最新序列号。开始协商的参数包括安全参数λ、素数矩阵(根据报文最大长度选取好大小合适的矩阵，使得每个报文都可以对应一个素数。)和密钥对(sk,pk)＝((p,q),N)，其中N由两个大的强素数p、q组成，且N＝pq，初始记忆值Mem0＝g∈Zn。若要签名，也要协商签名间隔。
2、为要发送的报文m生成对应的同步参数；(这里的同步参数指该报文对应的序列号i。)
3、根据记忆函数中EleCreate算法为报文m(包含同步参数)生成对应的报文元素值x；(根据素数矩阵为报文m(包含同步参数)生成对应报文元素值x。)
4、根据记忆函数中Add算法为报文m生成对应记忆值MemX′＝MemX∪{x}；(MemX′＝Memx∪{x}＝MemX xmodW)。
5、若有需要，可对报文m对应的记忆值进行签名；(假设利用RSA算法进行签名，签名为sign)。
6、将验证数据(有的只包含同步参数和记忆值，有的包含同步参数、记忆值和签名)附在报文m后；(验证数据有的只包含i和MemX′，有的包含i、MemX′和sign)。
7、发送报文至接收端。
以下，以图4为例，对本发明实施例提供的具有记忆功能的通信装置的接收端执行的操作进行说明：其中，接收端报文接收流程如图4所示，具体步骤如下：
1、根据记忆函数中Gen算法与发送端协商并生成初始参数(安全参数、同步参数生成方式和哈希算法等)与初始记忆值Mem′0；(开始协商的参数包括安全参数λ、素数矩阵和密钥对(sk,pk)＝((p,q),N)，其中N由两个大的强素数p、q组成，且N＝pq，初始记忆值Mem′0＝g∈Zn。若要签名，也要协商签名间隔。)
2、接收发送端向其发送的报文(若有同步需求，则按照同步参数有序排列，并进行后续操作；若无同步需求，接收报文即可。)，报文分为只携带同步参数以及记忆值的报文和携带同步参数、记忆值以及签名的报文；(验证数据有的只包含i和MemX′，有的包含i、MemX′和sign)
3、根据记忆函数中EleCreate算法为报文m(包含同步参数)生成对应的报文元素值x′；(根据素数矩阵为报文m(包含同步参数)生成对应报文元素值x′)。
4、根据记忆函数中Add算法为报文m生成对应本地记忆值Mem′X′＝Mem′X∪{x′}；(Mem'X′＝Mem′X∪{x′}＝Mem′X x′modW)。
5、若有需要，可通过比对收到报文中的记忆值MemX′和本地构建的记忆值Mem′X′是否一致的方式，对报文m进行认证，认证不通过将丢弃报文并反馈错误。
6、对于携带签名的报文，可利用对应公钥验证此签名(sign)，验证不通过将丢弃报文并反馈错误。
以下对报文追溯流程进行说明：
1、发送方或接收方对某个报文m发起追溯请求；
2、发送方或接收方根据记忆函数中EleCreate算法为报文m生成对应的报文元素值x；(根据素数矩阵为报文mi(包含同步参数)生成对应报文元素值xi)
3、发送方或接收方根据记忆函数中WitCreate算法为报文m生成对应报文追溯证据w；(WitCreate(Memn,mi,X,pk)：为报文mi生成报文追溯证据，若对应的报文元素xi∈X，生成xi的成员证据
Figure BDA0003491587490000131
若xi∈χ\X，即gcd(xi,u)＝1(
Figure BDA0003491587490000132
gcd表示最大公约数)，则找到a、b，使得au+bxi＝1，生成xi的非成员证据wi＝(a,B)，其中B＝gbmodN。
4、发送方或接收方根据报文追溯证据w和记忆函数中VerMem算法验证报文m的存在性，验证值为1则表示追溯成功即该报文存在，验证值为0则表示追溯失败即该报文不存在。(VerMem(Memn,mi,wi,pk)：判断wi类型，若为成员证据，则通过判断
Figure BDA0003491587490000133
是否成立来对报文mi进行成员验证，若成立，则验证成功；若不成立，则验证失败，验证成功返回1，否则返回0。若为非成员证据，则通过判断
Figure BDA0003491587490000134
是否成立来对报文mi进行非成员验证，若成立，则验证成功；若不成立，则验证失败，验证成功返回0，否则返回1。)
由此可见，利用本发明实施例提供的具有记忆功能的通信方法，通信双方通过维护相同的记忆函数，可保证数据传输的完整性和一致性，也可通过记忆函数查询证明任意报文的存在性，以达到追溯的效果。基于报文哈希链、哈希树和不同的累加器可构建多种记忆函数以满足不同的应用需求，有的记忆函数可利用较小的存储代价实现高效的报文追溯；有的记忆函数，可通过记忆值实现批量签名认证，通过一次签名认证，保证多个报文的完整性和真实性，极大的降低了签名认证的开销，提高报文安全传输的效率。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理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权利要求范围之内。

Claims (16)

1.一种具有记忆功能的通信方法，其特征在于，包括：
发送端获取当前待发送报文，按照预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值，存储所述当前发送记忆值，并发送所述当前待发送报文；
其中，按照所述预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值包括：
按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态进行计算得到所述当前发送记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到所述当前发送记忆值，所述报文状态为报文数据或按照设定的报文元素生成算法对报文数据进行计算得到的报文元素数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
接收端接收当前待接收报文，按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值，并存储所述当前接收记忆值；
其中，按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值包括：
按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态进行计算得到所述当前接收记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到所述当前接收记忆值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
所述发送端按照设定的报文追溯证据生成算法为第i个已发送报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据所述追溯证据按照设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
所述发送端发送所述当前待发送报文时，还发送所述当前待发送报文对应的记忆值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
所述接收端接收所述当前待接收报文时，还接收所述当前待接收报文对应的记忆值，并判断所述当前接收记忆值与所述当前待接收报文对应的记忆值是否相同，如果相同，则同步成功，如果不相同，则同步失败；其中，所述当前待接收报文对应的记忆值为对端设备生成并发送的。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
所述接收端按照设定的报文追溯证据生成算法为第j个已接收报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据所述追溯证据按照所述设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
所述发送端对所述当前发送记忆值进行签名，得到签名数据，所述发送端发送所述当前待发送报文时，还发送所述签名数据。
8.根据权利要求2至6所述的方法，其特征在于，还包括：
所述接收端接收所述当前待接收报文时，还接收所述当前待接收报文对应的签名数据，对所述当前待接收报文对应的签名数据进行验证，如果验证成功，则通信有效，如果验证不成功，则通信失败；其中，所述当前待接收报文对应的签名数据为对端设备对所述当前待接收报文对应的记忆值进行签名计算得到的。
9.一种具有记忆功能的通信装置，其特征在于，包括：
发送端，用于获取当前待发送报文，按照预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值，存储所述当前发送记忆值，并发送所述当前待发送报文；其中，通过如下方式按照所述预定的记忆算法根据所述当前待发送报文计算当前发送记忆值：按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态进行计算得到所述当前发送记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待发送报文的报文状态和所有已发送报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到所述当前发送记忆值，所述报文状态为报文数据或按照设定的报文元素生成算法对报文数据进行计算得到的报文元素数据。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括：
接收端，用于接收当前待接收报文，按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值，并存储所述当前接收记忆值；其中，通过如下方式按照所述预定的记忆算法根据所述当前待接收报文计算当前接收记忆值：按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态进行计算得到所述当前接收记忆值，或者按照所述预定的记忆算法对所述当前待接收报文的报文状态和所有已接收报文的报文状态对应的记忆值进行计算得到所述当前接收记忆值。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述发送端，还用于按照设定的报文追溯证据生成算法为第i个已发送报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据所述追溯证据按照设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述发送端，还用于发送所述当前待发送报文时，还发送所述当前待发送报文对应的记忆值。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述接收端，还用于接收所述当前待接收报文时，还接收所述当前待接收报文对应的记忆值，并判断所述当前接收记忆值与所述当前待接收报文对应的记忆值是否相同，如果相同，则同步成功，如果不相同，则同步失败；其中，所述当前待接收报文对应的记忆值为对端设备生成并发送的。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述接收端，还用于按照设定的报文追溯证据生成算法为第j个已接收报文生成用于证明报文存在性的追溯证据；根据所述追溯证据按照所述设定的报文追溯算法进行成员验证或非成员验证。
15.根据权利要求9至14任一项所述的装置，其特征在于，所述发送端，还用于对所述当前发送记忆值进行签名，得到签名数据，所述发送端发送所述当前待发送报文时，还发送所述签名数据。
16.根据权利要求10至14所述的装置，其特征在于，所述接收端，还用于接收所述当前待接收报文时，还接收所述当前待接收报文对应的签名数据，对所述当前待接收报文对应的签名数据进行验证，如果验证成功，则通信有效，如果验证不成功，则通信失败；其中，所述当前待接收报文对应的签名数据为对端设备对所述当前待接收报文对应的记忆值进行签名计算得到的。
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