WO2012003689A1 - 分布式动态密钥管理方法及装置 - Google Patents

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WO2012003689A1
WO2012003689A1 PCT/CN2010/078895 CN2010078895W WO2012003689A1 WO 2012003689 A1 WO2012003689 A1 WO 2012003689A1 CN 2010078895 W CN2010078895 W CN 2010078895W WO 2012003689 A1 WO2012003689 A1 WO 2012003689A1
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update
key
sub
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周伟
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中兴通讯股份有限公司
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    • 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
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0819—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s)
    • H04L9/083—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s) involving central third party, e.g. key distribution center [KDC] or trusted third party [TTP]
    • H—ELECTRICITY
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    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0891—Revocation or update of secret information, e.g. encryption key update or rekeying

Definitions

  • the present invention relates to the field of network communication security technologies, and in particular to the field of distributed dynamic key technologies. Background technique
  • Distributed network key management utilizes the basic idea of threshold cryptography.
  • the shared key is decomposed into n subkeys and handed over to n administrators for custody.
  • the threshold value t t is less than or equal to n
  • the shared key can be recovered, thereby better protecting the security of the shared key.
  • Distributed key management has many application scenarios, such as the WAPI protocol, mobile ad hoc networks, and so on.
  • Dynamic key sharing periodically updates the subkeys of each administrator when the shared key remains unchanged. After the administrator's subkey is updated, the subkey obtained by the attacker is invalid in the current period. The subkey obtained by the attacker is less than the threshold t in any period, and the shared key is still secure.
  • the security of the update phase mainly depends on whether the third party will actively disclose the subkey update share of each subkey administrator, and how to update the subkey update share from the trusted one.
  • the three parties are passed to the administrator of each subkey, and it is an unavoidable problem to ensure subkey security, confidentiality, and integrity; and this method does not take into account that the attacker obtains the administrator subkey.
  • the present invention aims to provide a distributed dynamic key management method and apparatus for solving the problems of low efficiency and poor security caused by subkey key updating in the existing dynamic key sharing method.
  • the present invention provides a distributed dynamic key management method, including:
  • the trusted center calculates the subkey of each subkey administrator and sends it to the corresponding subkey administrator, and simultaneously calculates and discloses the subkey verification information of each subkey administrator;
  • the subkey administrator selects its subkey update share and updates its subkey accordingly, and calculates its subkey update verification information. Sent to the trusted center;
  • the trusted center After receiving the subkey update verification information sent by the subkey administrator, the trusted center modifies the subkey verification of the subkey administrator according to the received subkey update verification information. The information is re-published.
  • the method further includes: when the update period of the key is reached, each subkey administrator separately updates its subkey according to the subkey update share, and simultaneously calculates its subkey update verification information and Sending to the trusted center; the trusted center modifies the corresponding sub-key verification information according to the sub-key update verification information of each sub-key administrator received and re-discloses.
  • step of the subkey key updating the subkey according to the subkey update share specifically includes:
  • the subkey administrator chooses to determine its subkey update share and update its subkey accordingly;
  • the trusted center generates a corresponding subkey update share according to the identity identifier of each of the subkey administrators, and sends the corresponding subkey update share to the corresponding subkey administrator, and modifies and republishes each of the subkey management Sub-key verification information of each member; each sub-key administrator updates the share based on the sub-key generated by the trusted center and the sub-key update share generated by the sub-key administrator The key is updated.
  • step of the subkey administrator updating the subkey according to the subkey update share generated by the trusted center and the subkey update share generated by the subkey administrator includes: :
  • the subkey administrator After receiving the subkey update share sent by the trusted center, the subkey administrator updates the share verification device according to the subkey verification information re-disclosed by the trusted center and the subkey received by the trusted center. Whether the trusted center has fraudulent behavior, and when it is confirmed that there is no fraudulent behavior, the subkey administrator generates a subkey update share by itself, and updates the share and the child according to the subkey sent by the trusted center. The sub-key update share generated by the key administrator itself is updated by its sub-key.
  • the subkey administrator updates the subkey according to the subkey update share generated by the trusted center and the subkey update share generated by the subkey administrator itself.
  • the steps also include:
  • the subkey administrator verifies that the trusted center has fraudulent behavior according to the subkey verification information re-disclosed by the trusted center and the received subkey update share, the subkey administrator Reject this update, and notify other sub-key administrators that the Trust Center has fraudulent behavior and terminate the update process.
  • the present invention also provides a distributed dynamic key management apparatus, including: a trusted center and a plurality of subkey administrators, wherein
  • the trusted center is configured to calculate a subkey of each of the subkey administrators and send it to a corresponding subkey administrator, and simultaneously calculate and disclose a subkey of each of the subkey administrators Verifying the information; and after receiving the subkey update verification information sent by the subkey administrator, modifying the subkey verification information of the subkey administrator according to the received subkey update verification information and Reopening;
  • the subkey administrator is configured to select a subkey update share thereof and update its subkey according to the subkey, and calculate the subkey update verification information and send it to the office. Describe the trusted center.
  • subkey administrator is further configured to: when the update period of the key is reached, update the subkey according to the subkey update share, calculate the subkey update verification information, and send the subkey. To the trusted center;
  • the trusted center is further configured to modify the corresponding sub-key verification information according to the received sub-key update verification information sent by each of the sub-key administrators and re-disclose the information.
  • subkey administrator updates the subkey according to the subkey update share to:
  • the subkey administrator selects its subkey update share and updates its subkey accordingly, or updates the share and the subkey management according to the received subkey generated by the trusted center.
  • the sub-key update share generated by the member itself updates its sub-key;
  • the trusted center is further configured to generate a corresponding subkey update share according to the identity identifier calculation of each of the subkey administrators, and send the corresponding subkey update share to the corresponding subkey administrator, modify and republish each of the Subkey authentication information for the subkey administrator.
  • the subkey administrator updates the subkey according to the subkey update share generated by the trusted center and the subkey update share generated by the subkey administrator itself:
  • the sub-key verification information re-published by the trusted center and the received sub-key update share verify whether the trusted center has fraudulent behavior, and the sub-key administrator randomly generates the fraudulent behavior when it is confirmed that there is no fraudulent behavior.
  • the subkey updates the share, and updates the subkey according to the subkey update share sent by the trusted center and the subkey update share generated by the subkey administrator.
  • the subkey administrator is further configured to receive a subkey update share sent by the trusted center, and the subkey administrator re-discloses the sub-density according to the trusted center.
  • the key verification information and the received subkey update share verification confirm that the trusted center has fraudulent behavior
  • the current update is rejected, and the other subkey administrators are notified that the trusted center has a fraudulent behavior, and the update process is terminated.
  • the invention also provides a distributed dynamic key management method, comprising:
  • Each subkey administrator receives a partial subkey sent by another subkey administrator, and according to a partial subkey sent by other subkey administrators and a partial sub-density generated by the subkey administrator himself Keys are used to calculate the subkey of the subkey administrator, and calculate and save the subkey verification information of the subkey administrator;
  • the subkey administrator selects its subkey update share and updates its subkey, and calculates the subkey update share summation and saves.
  • the method further includes: when the update period of the key is reached, all the subkey administrators respectively select their subkey update shares and update their subkeys accordingly, and simultaneously Calculate its subkey update share to accumulate and save.
  • the method further includes:
  • the subkey administrator For a subkey administrator who is inactive during the key update period, when the status of the subkey administrator transitions from inactive to active, the subkey administrator selects its subkey update share and accordingly The subkey is updated, and its subkey update share is accumulated and saved, and the subkey of the new subkey of the subkey is set to the updated identifier.
  • the invention also provides a distributed dynamic key management apparatus, comprising: a plurality of subkey administrators,
  • Each of the subkey administrators is configured to receive a partial subkey sent by another subkey administrator, and according to a partial subkey sent by another subkey administrator and the subkey administrator Generating a partial subkey to calculate a subkey of the subkey administrator, and calculating and saving the subkey verification information of the subkey administrator; and, when the child of the subkey administrator When the key needs to be updated or the update cycle of the key is reached, the subkey administrator selects its subkey update share and updates its subkey accordingly, and calculates its subkey update share accumulation sum and saves .
  • the subkey administrator when the status of the subkey administrator is changed from inactive to active, the subkey administrator is also used to select its subkey update.
  • the share is updated accordingly, and its subkey update share is accumulated and saved, and the subkey of the new key of the subkey administrator is set as the updated identifier.
  • FIG. 1 is a schematic flow chart of a first dynamic key management method according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic flow chart of a first method embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a schematic flowchart of a second dynamic key management method according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic flow chart of a second method embodiment of the present invention. detailed description
  • FIG. 1 is a schematic flowchart of a first dynamic key management method according to the present invention.
  • the method may include the following steps: Step 101: Each sub-density The key administrator separately discloses his identity;
  • Step 102 The trusted center calculates a subkey of each subkey administrator according to the identity identified by each subkey administrator, and sends the calculated subkey of each subkey administrator to the corresponding subdensity.
  • the key administrator calculates and discloses the subkey verification information of the subkey administrator according to the identity of each subkey administrator;
  • Step 103 After receiving the subkey sent by the trusted center, the subkey administrator verifies the correctness of the subkey received according to the subkey verification information disclosed by the trusted center.
  • Step 104 When the security of a subkey administrator's subkey is threatened or other circumstances need to update the subkey, the subkey administrator selects the subkey to update the share and complete its subkey. Update, that is, the subkey administrator randomly selects his own subkey update share in the (t, n) threshold, and calculates the corresponding subkey update verification information according to the selected subkey update share and sends it to the After receiving the subkey update verification information sent by the subkey administrator, the trusted center modifies the subkey verification information of the subkey administrator and re-discloses the information; Step 105: When the update period of the key is reached, all the sub-key administrators respectively complete the update of the sub-key according to the sub-key update share, and the update method includes two types:
  • Each sub-key administrator separately selects the sub-key update share and completes the update of its own sub-key by itself, and the specific update process is the same as that described in step 104;
  • the trusted center and the subkey administrator jointly complete the subkey update; specifically, the trusted center calculates and generates the subkey update of the subkey administrator according to the identity of each subkey administrator. Share, modify the subkey verification information and re-disclose, send the subkey update share to the corresponding subkey administrator; after receiving the subkey update share sent by the trusted center, the subkey administrator The re-disclosed authentication information of the trusted center and the received sub-key update share verify that the trusted center has fraudulent behavior. If there is no fraudulent behavior, the sub-key administrator randomly selects his own in the (t, n) threshold.
  • the subkey updates the share, and then uses the subkey generated by the trusted center to update the share, the subkey update share produced by the subkey administrator and the current subkey together to obtain the updated subkey; There is a spoofing behavior, the subkey administrator refuses to update, and sends a message to the other administrator that the trusted center has spoofed behavior, terminating the update process.
  • subkey update share may be selected separately by the subkey administrator, or may be selected by the subkey administrator and the trusted center.
  • FIG. 2 is a schematic flowchart of a first method embodiment of the present invention.
  • WAPI Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure
  • Step 201 The MT logs in to the AP, and the AP sends an authentication activation to the MT to start the authentication process. Specifically, the MT sends an authentication request to the AP, and sends the MT certificate and the MT access authentication request time to the AP.
  • Step 202 After receiving the access authentication request of the MT, the AP randomly selects three ASUs (ASU1, ASU3, and ASU5), and uses the MT certificate, the access authentication request time, the AP certificate, and the AP's private key to the MT certificate.
  • the access authentication request time and the AP certificate are signed to form a certificate authentication request, and are sent to ASU1, ASU3, and ASU5.
  • ASU1, ASU3, and ASU5 use their own subkey to pair the AP public key information in the AP certificate and the MT certificate.
  • the MT public key information signature generates a sub-certificate, and after ASU 1, ASU3, and ASU5 exchange sub-certificates, verify the validity of the sub-certificate according to the verification information;
  • Step 203 ASU1, ASU3, and ASU5 merge the sub-certificate, and compare with the MT certificate and the AP certificate in the authentication request to obtain the verification result, and then send an authentication request response message to the AP.
  • the MT determines whether to access the AP according to the verification result of the AP certificate by the ASU1, the ASU3, and the ASU5. If all the access authentication request packets are authenticated to the AP, If the authentication is passed, the MT determines to access the AP. If the certificate is authenticated, the AP and the MT perform key negotiation and communicate with the negotiated key.
  • Step 205 When the security of the subkey of one of the authentication servers is threatened or needs to be updated for other reasons (the embodiment of the present invention assumes that the authentication server ASU3 needs to update the subkey), the ASU3 randomly selects the subkey update. Share and update the subkey separately, and then calculate the verification information of the updated subkey to send to the trusted center; specifically, ASU3 randomly selects B3 as the subkey update on the domain ( ⁇ , ⁇ ) Share, then perform Lagrangian interpolation based on point values (0,0), (ID1,0), (ID2,0), (ID3,B3), (ID4,0), (ID5,0), and get a many
  • the formula is F 3 (x) ⁇ 3 [ ( x — 0 )( ⁇ — Z) ) ⁇ a 31 x+a 32 x 2 +a 33 x 3 +a 34 x 4 +a 35 x 5 modN, calculated
  • the authentication information a 3i G is sent to the trusted center, and the subkey is updated according to the
  • Step 206 In the first cycle, the subkey of the authentication server needs to be updated, that is, ASU1, ASU2, ASU3, ASU4, and ASU5 are all updated with their own subkeys;
  • the first method is that the authentication server itself selects the subkey update share and completes the subkey by itself.
  • CiG ai (T) (IDi)G+a 2 (T) (IDi) 2 G+a 3 (T) (IDi) 3 G +a 4 (T) (IDi) 4 G+a 5 (T) (IDi) 5 G is true.
  • the method includes the steps 207 and 208, wherein
  • Step 207 ASU1, ASU2, ASU3, ASU4, and ASU5 respectively select the subkey update share and complete the subkey update by itself, and then calculate the verification information of the updated subkey to be sent to the trusted center;
  • the method includes the following steps 209 to 211, where
  • Step 209 The trusted center generates a subkey update share of ASU1, ASU2, ASU3, ASU4, and ASU5, and sends the subkey update share to ASU1, ASU2, ASU3, ASU4, and ASU5, and modifies ASU1, ASU2, ASU3, ASU4 And verifying the verification information with the subkey of ASU5;
  • Step 210 After receiving the sub-key update shares sent by the trusted center, the ASU1, the ASU2, the ASU3, the ASU4, and the ASU5 respectively verify whether the sub-key update share received by the trusted center is fraudulent according to the verification information disclosed by the trusted center. Behavior, if there is fraudulent behavior, perform step 211; if there is no fraudulent behavior, then go to step 212;
  • Step 211 Notifying other ASUs to reject the update, terminating the update process
  • Step 212 Complete the update of the subkey according to the process described in step 205.
  • the first dynamic key management apparatus of the present invention may specifically include: a trusted center and a plurality of subkey administrators, wherein
  • the trusted center is responsible for calculating the subkey of each subkey administrator and sending it to the corresponding subkey administrator, and calculating and exposing the subkey verification information of each subkey administrator; and, the trusted center is After receiving the subkey update verification information sent by the subkey administrator, the subkey verification information of the subkey administrator is modified according to the received subkey update verification information and re-disclosed;
  • the subkey administrator when the subkey needs to be updated, the subkey administrator selects its subkey update share and updates its subkey accordingly, and calculates its subkey update verification information and sends it. To a trusted center;
  • the subkey administrator updates the share pair according to the subkey
  • the sub-key is updated, and the sub-key update verification information is calculated and sent to the trusted center; the trusted center modifies the corresponding sub-subtitle according to the received sub-key update verification information sent by each sub-key administrator.
  • the key verification information is re-published; specifically, when the key update period is reached, the sub-key can be updated in two ways: One method is that the sub-key administrator selects its sub-key update by itself. Share and update its subkey accordingly; another method is: the trusted center generates a corresponding subkey update share according to the identity of each subkey administrator and sends it to the corresponding subkey administrator.
  • Modifying and re-publishing the subkey verification information of each subkey administrator the subkey administrator updates the share according to the subkey generated by the trusted center and the self generated by the subkey administrator
  • the subkey update share updates its subkey; in the second method, when the subkey administrator receives the subkey update share sent by the trusted center, the subkey management The member verifies that the trusted center has fraudulent behavior according to the sub-key verification information re-disclosed by the trusted center and the received sub-key update share.
  • the sub-key administrator randomly generates the sub-key.
  • the subkey verification information and the received subkey update share verification confirm that the trusted center has fraudulent behavior, the subkey administrator rejects the update, and notifies other subkey administrators that the trusted center has fraudulent behavior. Terminate the update process.
  • FIG. 3 is a schematic flowchart of a second dynamic key management method according to the present invention.
  • the threshold is set to ( t, n ), t is the threshold value, and n is the number of nodes.
  • the second dynamic key management method may include the following steps:
  • Step 301 Each node of n nodes in the network (the node is equivalent to the child described above) The key administrator calculates a partial subkey and authentication information of the node according to its own identity, and then exchanges partial subkeys and verification information with other nodes;
  • Step 302 Each node calculates a subkey of the node according to a partial subkey sent by another node and a partial subkey generated by the node itself, and verifies the node according to the partial subkey verification information of the node. The correctness of the partial subkey, and then calculate and save the subkey verification information of the node;
  • Step 303 When the security of the subkey of one of the nodes is threatened or needs to be updated for other reasons, the node randomly selects the subkey to update the share and complete the update of its own subkey, and simultaneously calculates the sub-density. Key updates are summed and saved;
  • Step 304 When the update period is reached, all nodes respectively select the subkey update share and complete the subkey update, and simultaneously calculate the subkey update accumulation sum and save; for the inactive node in all node update process, when After the active node is changed, the update period has elapsed, and the update flag of the current period is not updated. Then, the subkey is updated according to the method of step 303, and the subkey of the node new period is the updated identifier.
  • FIG. 4 is a schematic flowchart of a second method embodiment of the present invention.
  • the second method embodiment of the present invention is applied to a mobile ad hoc network (Adhoc), with a (5, 10) threshold as an example, P1, P2. ,..., P10 is a node in the network, and IDi is an identity that is publicized by the corresponding node.
  • Adhoc mobile ad hoc network
  • each node After receiving the partial subkeys and authentication information sent by the other 9 nodes, each node verifies that the other 9 nodes have fraudulent behavior according to the partial subkey verification information, and confirms that there is no fraudulent behavior according to the other nine nodes.
  • Step 402 When a new node P new joins the network, since the node has not obtained the certificate, the new node selects P1, P3, P4, P7, and P9 nodes to issue a certificate request, and nodes P1 and P3. After receiving the certificate request M information of P new , P4, P7, and P9 respectively sign M with their own subkey to generate a sub-certificate, and send the sub-certificate to P new ;
  • Step 403 After receiving the sub-certificate, P new uses the verification information to verify whether each node has fraudulent behavior. If the nodes P1, P3, P4, P7, and P9 do not have fraudulent behavior, the sub-certificate is combined into a complete certificate;
  • Ci is the result of Ri and G point multiplication
  • the node P new verifies whether the sub-certificate generated by the node has fraudulent behavior.
  • Step 404 For the node P that has obtained the certificate.
  • Pl, P3, P4, P7, and P9 nodes are selected to issue certificate authentication requests.
  • Pl, P3, P4, P7, and P9 use P1, P3, P4, P7, and P9.
  • the certificate of ld is carried out by the full certificate of the horse, and the pass of the full certificate is allowed. Ld access to the network, otherwise it is not allowed.
  • Step 405 When the security of one of the nodes (the embodiment of the present invention is assumed to be P2) is threatened or needs to be updated for other reasons, P2 selects the subkey to update the share and complete the subkey update process, and simultaneously Modify the subkey update share accumulation and SUM2, and calculate the point multiplication value SUM 2G of SUM2 and the base point G; specifically, the node P2 is randomly selected in the domain ( ⁇ , ⁇ )
  • ⁇ 2 is the subkey update share
  • the update subkey is S2 ⁇ S2+B2 Mod N
  • the public key corresponding to the subkey D2 S2G
  • Step 406 need to update the subkey of the node in the Tth cycle, go to step 407;
  • Step 407 The node completes the update of the subkey, and calculates the cumulative share of the subkey update.
  • step 407 After the inactive node state in the network is converted to the active node, since the update period has elapsed, and the update flag of the current period is not updated, then go to step 407 to complete the update of the subkey, and The subkey of the new period of the node is the updated identifier.
  • the second dynamic key management apparatus of the present invention may specifically include: multiple subkey administrators, each subkey administrator, responsible for receiving partial subkeys sent by other subkey administrators, and according to other subkeys Partial subkeys sent by the administrator and the subkeys generated by the subkeys themselves
  • the partial subkey calculates the subkey of the subkey administrator, and calculates and saves the subkey verification information of the subkey administrator; and, when the subkey of the subkey administrator needs to update or arrive at the key
  • the subkey administrator selects its subkey update share and updates its subkey accordingly, and calculates its subkey update share summation and saves.
  • the subkey administrator For a subkey administrator who is inactive during the update cycle, when the status of the subkey administrator is converted from inactive to active, the subkey administrator is also used to select its subkey update share and This updates its subkey, calculates its subkey update share accumulation sum and saves it, and sets the subkey of the subkey administrator's new cycle to the updated identifier.
  • the present invention provides a distributed dynamic key management method and apparatus.
  • the special feature is that each administrator can independently update the subkey without performing a large number of interactions with other administrators.
  • the update of the administrator subkey does not have any impact on the subkeys of other administrators, but only needs to send related information to the trusted center or modify the local information, which reduces the traffic and improves the efficiency;
  • the subkey is threatened by security, it can update its own subkey at any time, which improves security.
  • the update is transparent to other administrators. After updating, the subkey can still be restored with other administrator's subkey.
  • the shared key overcomes the shortcomings that each administrator's subkey must be updated synchronously during the update process; during the update process, the administrator's subkey can be updated with trusted third parties and administrators.

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  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Storage Device Security (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了分布式动态密钥管理方法及装置，其中一个方法包括：可信中心计算每个子密钥管理员的子密钥并发送给相应的子密钥管理员，同时计算并公开每个子密钥管理员的子密钥验证信息；当有子密钥管理员需要更新子密钥时，子密钥管理员选定其子密钥更新份额并对其子密钥进行更新，同时计算其子密钥更新验证信息并发送给可信中心。另一个方法包括：每个子密钥管理员根据其他子密钥管理员发来的部分子密钥和子密钥管理员自己产生的部分子密钥计算出子密钥管理员的子密钥，同时计算并保存子密钥管理员的子密钥验证信息；当有子密钥管理员的子密钥需要更新时，选择其子密钥更新份额并对其子密钥进行更新并计算子密钥更新份额累加和并保存；本发明提高了子密钥更新的效率和安全性。

Description

分布式动态密钥管理方法及装置 技术领域
本发明涉及网络通信安全技术领域， 尤其涉及分布式动态密钥技术领 域。 背景技术
分布式网络密钥管理利用了门限密码学的基本思想，在 (t,n)门限密钥共 享模型中， 将共享密钥分解为 n个子密钥交给 n个管理员保管， 当子密钥 的数目等于或者超过门限值 t(t小于或者等于 n)时， 才可以恢复出共享的密 钥， 从而更好的保护了共享密钥的安全性。 分布式密钥管理有很多应用场 景， 如 WAPI协议、 移动自组织网络等。
如果各个管理员的子密钥在密钥共享的整个生命周期内保持不变， 那 么攻击者就可以逐个攻击各管理员从而获取足够的子密钥。 动态密钥共享 在共享密钥保持不变的情况下定期的更新各管理员的子密钥， 管理员的子 密钥更新后， 攻击者以前获取的子密钥在当前周期是无效的， 如果在任何 周期内攻击者获取的子密钥小于门限值 t, 共享密钥仍然是安全的。
现有的动态密钥共享方法主要有两种： 一是子密钥更新份额由各子密 钥管理员产生； 二是子密钥更新份额由可信第三方产生。
现有动态密钥共享方法具有以下缺点：
对于上述第一种方法， 需要多个子密钥管理员进行大量的子密钥更新 份额交互才能完成，尤其应用于移动自组织网络（ Mobile Ad-hoc NETworks, MANET )时有很大的局限性， 因为移动自组织网络的网络节点组织结构是 动态变化的， 必须釆用无中心的分布式控制方式， 因为在需要进行大量的 交互完成更新的过程中， 这对于无线终端有限的能源造成了不利的影响； 如果某个活动的节点状态在更新过程中转化为不活动状态， 更新将无法完 成， 为了完成更新过程， 各个节点需要重新启动一次更新过程， 从而降低 了效率， 并且， 由于更新过程需要大量的交互行为， 这导致攻击者有更多 的机会攻击网络；
对于上述第二种方法， 更新阶段的安全性与否主要取决于第三方会不 会主动泄露各个子密钥管理员的子密钥更新份额， 而如何将子密钥更新份 额从可信的第三方传递到各个子密钥的管理员， 并且保证子密钥安全性、 秘密性、 完整性也是一个无法避免的问题； 并且这种方法没有考虑到在攻 击者获取管理员子密钥的条件下， 子密钥更新份额被窃取的情形； 并且， 在更新周期到来或者需要更新的情况下， 各个管理员的密钥必须同步更新， 如果任何一个管理员更新失败， 都将导致更新的失败， 各个管理员拥有的 仍然是更新前的子密钥； 当更新失败时， 需要重启更新过程来完成更新。 发明内容
鉴于上述的分析， 本发明旨在提供分布式动态密钥管理方法及装置， 用以解决现有动态密钥共享方法中子密钥更新所带来的效率低及安全性差 等问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种分布式动态密钥管理方法， 包括：
可信中心计算每个子密钥管理员的子密钥并发送给相应的子密钥管理 员， 同时计算并公开每个子密钥管理员的子密钥验证信息；
当有子密钥管理员需要更新子密钥时， 所述子密钥管理员选定其子密 钥更新份额并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新验证信息 并发送给所述可信中心；
所述可信中心在接收到所述子密钥管理员发来的子密钥更新验证信息 后， 根据接收到的子密钥更新验证信息修改所述子密钥管理员的子密钥验 证信息并重新公开。
进一步地， 该方法还包括： 当到达密钥的更新周期时， 每个子密钥管 理员分别根据所述子密钥更新份额对其子密钥进行更新， 同时计算其子密 钥更新验证信息并发送给所述可信中心； 所述可信中心根据接收到的每个 子密钥管理员的子密钥更新验证信息修改对应的子密钥验证信息并重新公 开。
进一步地， 所述所有子密钥管理员根据所述子密钥更新份额对其子密 钥进行更新的步骤具体包括：
所述子密钥管理员选择确定其子密钥更新份额并据此对其子密钥进行 更新； 或者，
所述可信中心根据每个所述子密钥管理员的身份标识计算生成对应的 子密钥更新份额并发送给对应的子密钥管理员， 修改并重新公开每个所述 子密钥管理员的子密钥验证信息； 每个所述子密钥管理员根据所述可信中 心生成的子密钥更新份额和所述子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额 对其子密钥进行更新。
进一步地， 所述子密钥管理员根据所述可信中心生成的子密钥更新份 额和所述子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额对其子密钥进行更新的 步骤具体包括：
所述子密钥管理员收到所述可信中心发来的子密钥更新份额后， 根据 所述可信中心重新公开的子密钥验证信息和其接收到的子密钥更新份额验 证所述可信中心是否存在欺骗行为， 当确认不存在欺骗行为时所述子密钥 管理员自己产生子密钥更新份额， 并根据所述可信中心发来的子密钥更新 份额和所述子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额其子密钥进行更新。
进一步地， 所述子密钥管理员根据所述可信中心生成的子密钥更新份 额和所述子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额对其子密钥进行更新的 步骤还包括：
当所述子密钥管理员根据所述可信中心重新公开的子密钥验证信息和 其接收到的子密钥更新份额验证所述可信中心存在欺骗行为时， 所述子密 钥管理员拒绝本次更新， 并通知其他子密钥管理员可信中心存在欺骗行为， 终止更新过程。
本发明还提供了一种分布式动态密钥管理装置， 包括： 可信中心和多 个子密钥管理员， 其中，
所述可信中心， 用于计算每个所述子密钥管理员的子密钥并发送给对 应的子密钥管理员， 同时计算并公开每个所述子密钥管理员的子密钥验证 信息； 以及在接收到所述子密钥管理员发来的子密钥更新验证信息后， 根 据接收到的子密钥更新验证信息修改所述子密钥管理员的子密钥验证信息 并重新公开；
所述子密钥管理员， 用于在需要更新其子密钥时， 选择其子密钥更新 份额并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新验证信息并发送 给所述可信中心。
进一步地， 所述子密钥管理员， 还用于在到达密钥的更新周期时， 根 据所述子密钥更新份额对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新验证 信息并发送给所述可信中心；
所述可信中心， 还用于根据接收到的每个所述子密钥管理员发来的子 密钥更新验证信息修改对应的子密钥验证信息并重新公开。
进一步地， 所述子密钥管理员根据所述子密钥更新份额对其子密钥进 行更新为：
所述子密钥管理员选择其子密钥更新份额并据此对其子密钥进行更 新， 或者， 根据接收到的所述可信中心生成的子密钥更新份额和所述子密 钥管理员自己产生的子密钥更新份额对其子密钥进行更新； 所述可信中心， 还用于根据每个所述子密钥管理员的身份标识计算生 成对应的子密钥更新份额并发送给对应的子密钥管理员， 修改并重新公开 每个所述子密钥管理员的子密钥验证信息。
进一步地， 所述子密钥管理员根据所述可信中心生成的子密钥更新份 额和所述子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额对其子密钥进行更新 为： 根据所述可信中心重新公开的子密钥验证信息和其接收到的子密钥更 新份额验证所述可信中心是否存在欺骗行为， 当确认不存在欺骗行为时所 述子密钥管理员自己随机产生子密钥更新份额， 并根据所述可信中心发来 的子密钥更新份额、 所述子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额对其子 密钥进行更新。
进一步地， 所述子密钥管理员， 还用于在收到所述可信中心发来的子 密钥更新份额， 并且所述子密钥管理员根据所述可信中心重新公开的子密 钥验证信息和其接收到的子密钥更新份额验证确认所述可信中心存在欺骗 行为时， 拒绝本次更新， 并通知其他子密钥管理员可信中心存在欺骗行为， 终止更新过程。
本发明还提供了一种分布式动态密钥管理方法， 包括：
每个子密钥管理员接收其他子密钥管理员发来的部分子密钥， 并根据 其他子密钥管理员发来的部分子密钥和所述子密钥管理员自己产生的部分 子密钥计算出所述子密钥管理员的子密钥， 同时计算并保存所述子密钥管 理员的子密钥验证信息；
当有子密钥管理员的子密钥需要更新时， 该子密钥管理员选择其子密 钥更新份额并对其子密钥进行更新， 同时计算子密钥更新份额累加和并保 存。
进一步地， 所述方法还包括： 当到达密钥的更新周期时， 所有所述子 密钥管理员分别选定其子密钥更新份额并据此对其子密钥进行更新， 同时 计算其子密钥更新份额累加和并保存。
进一步地， 所述方法还包括：
对于在密钥更新周期中不活动的子密钥管理员， 当该子密钥管理员的 状态从不活动转换为活动时， 该子密钥管理员选择其子密钥更新份额并据 此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新份额累加和并保存， 并且 置该子密钥管理员新周期的子密钥为已更新标识。
本发明还提供了一种分布式动态密钥管理装置， 包括： 多个子密钥管 理员，
每个所述子密钥管理员， 用于接收其他子密钥管理员发来的部分子密 钥， 并根据其他子密钥管理员发来的部分子密钥和该子密钥管理员自己产 生的部分子密钥计算出所述子密钥管理员的子密钥， 同时计算并保存所述 子密钥管理员的子密钥验证信息； 并且， 当所述子密钥管理员的子密钥需 要更新或者到达密钥的更新周期时， 所述子密钥管理员选择其子密钥更新 份额并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新份额累加和并保 存。
进一步地， 对于在更新周期中不活动的子密钥管理员， 当该子密钥管 理员的状态从不活动转换为活动时， 该子密钥管理员还用于， 选择其子密 钥更新份额并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新份额累加 和并保存， 并且置该子密钥管理员新周期的子密钥为已更新标识。
本发明有益效果如下： 本发明提高了子密钥更新的效率和安全性。 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述， 并且， 部分的从 说明书中变得显而易见， 或者通过实施本发明而了解。 本发明的目的和其 他优点可通过在所写的说明书、 权利要求书、 以及附图中所特别指出的结 构来实现和获得。 附图说明
图 1为本发明第一种动态密钥管理方法的流程示意图；
图 2为本发明第一方法实施例的流程示意图；
图 3为本发明第二种动态密钥管理方法的流程示意图；
图 4为本发明第二方法实施例的流程示意图。 具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例， 其中， 附图构成本申 请一部分， 并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
首先， 结合附图 1和附图 2对本发明第一种动态密钥管理方法进行详 细说明。
图 1为本发明第一种动态密钥管理方法的流程示意图， 如图 1所示， 对于存在可信第三方即可信中心参与的情形下， 具体可以包括如下步骤： 步骤 101 : 各个子密钥管理员分别公开自己的身份标识；
步骤 102: 可信中心根据各个子密钥管理员公开的身份标识计算各个 子密钥管理员的子密钥， 并将计算得到的各个子密钥管理员的子密钥发送 给相应的子密钥管理员， 同时根据各个子密钥管理员的身份标识计算并公 开该子密钥管理员的子密钥验证信息；
步骤 103: 子密钥管理员收到可信中心发来的子密钥后， 根据可信中心 公开的子密钥验证信息验证其接收到的子密钥的正确性；
步骤 104: 当有某个子密钥管理员的子密钥的安全性受到了威胁或者其 他情况需要更新子密钥时， 该子密钥管理员自己选择子密钥更新份额并完 成其子密钥的更新， 即该子密钥管理员在（t, n )门限中随机选取自己的子 密钥更新份额， 根据选取的子密钥更新份额计算对应的子密钥更新验证信 息发并送给可信中心； 可信中心收到该子密钥管理员发来的子密钥更新验 证信息后修改该子密钥管理员的子密钥验证信息并重新公开； 步骤 105: 当到达密钥的更新周期时， 所有子密钥管理员分别根据所述 子密钥更新份额完成自己的子密钥的更新， 更新方法包括两种：
( 1 )由各个子密钥管理员分别选择子密钥更新份额并自己完成自己子 密钥的更新， 具体更新过程同步骤 104中所描述内容；
( 2 )可信中心和子密钥管理员共同完成子密钥的更新；具体的说就是， 可信中心根据各个子密钥管理员的身份标识计算生成该子密钥管理员的子 密钥更新份额， 同时修改子密钥验证信息并重新公开， 将子密钥更新份额 发送给对应的子密钥管理员； 子密钥管理员收到可信中心发来的子密钥更 新份额后， 根据可信中心重新公开的验证信息和其接收到的子密钥更新份 额验证可信中心是否存在欺骗行为， 如果不存在欺骗行为， 子密钥管理员 在（t, n )门限中随机选取自己的子密钥更新份额， 然后利用可信中心生成 的子密钥更新份额、 该子密钥管理员自己生产的子密钥更新份额和当前的 子密钥共同得出更新后的子密钥； 如果存在欺骗行为， 该子密钥管理员拒 绝更新， 并向其他管理员发送可信中心存在欺骗行为的消息， 终止更新过 程。
需要说明的是， 子密钥更新份额可以由子密钥管理员单独选择， 也可 以由子密钥管理员和可信中心共同选择。
为了便于理解本发明第一种方法， 下面将举个具体的例子进一步说明。 如图 2所示， 图 2为本发明第一方法实施例的流程示意图， 本发明第 一方法实施例应用于无线局域网鉴别和保密基础结构 （Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure , WAPI )协议中, 以 ( 3 , 5 ) 门限 为例，门限值为 3 , 有 5个认证服务为 ASU1、 ASU2、 ASU3、 ASU4、 ASU5 , AP为访问接入点， MT为网络移动终端设备， IDi为认证服务器 ASUi公开 的身份标识， Si为可信中心根据 IDi计算得到的 ASUi的子密钥（ i=l,2,...,n ), S为签名私钥； 具体可以包括如下步骤： 步骤 201 : MT登陆到 AP, AP向 MT发送认证激活， 以启动认证过程； 具体的， MT向 AP发出认证请求， 将 MT证书和 MT接入认证请求时间发 往 AP;
步骤 202: AP收到 MT的接入认证请求后 ,随机选择 3个 ASU( ASU1、 ASU3、 ASU5 ), 并将 MT证书、 接入认证请求时间、 AP证书并利用 AP 的私钥对 MT证书、 接入认证请求时间、 AP证书进行签名构成证书认证请 求才艮文， 发送给 ASU1、 ASU3、 ASU5; ASU1、 ASU3、 ASU5用自己的子 密钥对 AP证书中的 AP公钥信息以及 MT证书中的 MT公钥信息签名生成 子证书， ASU 1、 ASU3、 ASU5相互交换子证书后， 根据验证信息验证子 证书的有效性；
步骤 203 : ASU1、 ASU3、 ASU5合并子证书， 并与认证请求 4艮文中的 MT证书和 AP证书比较得出验证结果后， 向 AP发送认证请求响应报文； 步骤 204: AP收到 ASU1、 ASU3、 ASU5发来的认证响应报文后， 根 据 ASU1、 ASU3、 ASU5对 MT的证书验证结果决定是否允许 MT接入网 络； 如果所有的证书验证请求报文对 MT 的证书验证都通过， 则允许 MT 接入网络， AP向 MT发送接入认证响应报文，之后， MT根据 ASU1、 ASU3、 ASU5对 AP证书的验证结果决定是否接入该 AP, 如果所有的接入认证请 求报文对 AP的证书验证通过， 则 MT决定接入该 AP; 如果证书认证通过， 则 AP和 MT之间进行密钥协商， 用协商的密钥进行通信；
步骤 205: 当其中某个认证服务器的子密钥的安全性受到了威胁或者因 为其他原因需要进行更新时（本发明实施例假定认证服务器 ASU3 需要更 新子密钥）， ASU3 随机选择子密钥更新份额并独自完成子密钥的更新， 然 后计算更新后子密钥的验证信息发送给可信中心； 具体的说就是， ASU3在 域（Ι,Ν)上随机的选取 B3 为 自 己子密钥更新份额， 然后根据点值 (0,0),(ID1,0),(ID2,0),(ID3,B3),(ID4,0),(ID5,0)进行拉格朗日插值，得到一个多 项式为 F3(x)≡ 3 [ (x— 0)(χ— Z) )≡a31x+a32x2+a33x3+a34x4+a35x5modN, 计算 得到验证信息 a3iG并发送给可信中心， 同时根据子密钥更新份额更新自己 的子密钥， 更新后的子密钥 S3≡S3+B3mod N; 可信中心收到 ASU3发来的 更新验证信息后， 修改 ASU3 的子密钥验证信息并重新公开， 修改后的子 密钥验证信息 0= 0+&3^(ί=1,2,...,5);
步骤 206: 在第 Τ个周期需要更新认证服务器的子密钥， 即 ASU1、 ASU2、 ASU3、 ASU4和 ASU5都要更新自己的子密钥；
需要说明的是， 对于子密钥的更新， 根据是否需要可信中心生成子密 钥更新份额可以包括两种方法： 第一种方法是认证服务器自己选择子密钥 更新份额并且自己完成子密钥的更新， 更新过程与步骤 205描述内容相同； 第二种方法为所有认证服务器和可信中心共同完成子密钥的更新， 即可信 中心在域（Ι,Ν)上随机的选择一个常数项为零的 5 次多 项式
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根据认证服务器 ASUi公开 的身份标识 IDi计算子密钥更新份额 Ci≡F(IDi)modN,计算并更新验证信息 aiG=ai(T)G+aiG, 并将子密钥更新份额 Ci发送给 ASUi; 认证服务器 ASUi 收到 Ci 后利用 可信中 心公开的验证信息验证等式 CiG= ai(T)(IDi)G+a2 (T)(IDi)2G+a3 (T)(IDi)3G+a4 (T)(IDi)4G+a5 (T)(IDi)5G是否成立， 如果 成立不存在欺骗行为， 认证服务器 ASUi 自身产生子密钥更新份额 Bi, 然 后根据 Ci、： Bi和原来的子密钥得出更新后的子密钥，即 Si≡Si+Bi+CiMod N, 同时计算并发送更新后的子密钥验证信息 aijG给可信中心， 可信中心修改 子密钥验证信息 0=&ϋΟ+ 0(ί=1,2,...,5, j=l,2,...,5)。
如果釆用第一种方法， 包括步骤 207和步骤 208, 其中，
步骤 207: ASU1、 ASU2、 ASU3、 ASU4和 ASU5 自己分别选择子密 钥更新份额并且自己完成子密钥的更新， 然后计算更新后子密钥的验证信 息发送给可信中心； 步骤 208: 可信中心收到 ASU1、 ASU2、 ASU3、 ASU4和 ASU5分别 发来的更新验证信息后， 更新验证信息；
如果釆用第二种方法， 包括步骤 209〜步骤 211 , 其中，
步骤 209: 可信中心产生 ASU1、 ASU2、 ASU3、 ASU4和 ASU5的子 密钥更新份额， 将子密钥更新份额发送给 ASU1、 ASU2、 ASU3、 ASU4和 ASU5 , 并且修改 ASU1、 ASU2、 ASU3、 ASU4和 ASU5的子密钥更新验 证信息；
步骤 210: ASU1、 ASU2、 ASU3、 ASU4和 ASU5收到可信中心发给 其的子密钥更新份额后， 分别根据可信中心公开的验证信息验证其接收到 的子密钥更新份额是否存在欺骗行为， 如果存在欺骗行为， 执行步骤 211 ; 如果不存在欺骗行为， 则转向步骤 212;
步骤 211 : 通知其他 ASU拒绝更新， 终止更新过程；
步骤 212: 按照步骤 205描述的过程完成子密钥的更新。
接下来， 对本发明第一种动态密钥管理装置进行详细说明。
本发明第一种动态密钥管理装置具体可以包括： 可信中心和多个子密 钥管理员， 其中，
可信中心， 负责计算每个子密钥管理员的子密钥并发送给对应的子密 钥管理员， 同时计算并公开每个子密钥管理员的子密钥验证信息； 并且， 可信中心在接收到子密钥管理员发来的子密钥更新验证信息后， 根据接收 到的子密钥更新验证信息修改子密钥管理员的子密钥验证信息并重新公 开；
子密钥管理员， 在需要更新其子密钥时， 该子密钥管理员选择其子密 钥更新份额并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新验证信息 并发送给可信中心；
当到达密钥的更新周期时， 子密钥管理员根据所述子密钥更新份额对 其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新验证信息并发送给可信中心； 可信中心根据接收到的每个子密钥管理员发来的子密钥更新验证信息修改 对应的子密钥验证信息并重新公开； 具体的说就是， 当到达密钥的更新周 期时， 可以通过两种方法完成子密钥的更新： 一种方法是， 子密钥管理员 自己选择其子密钥更新份额并据此对其子密钥进行更新； 另一种方法是， 可信中心根据每个子密钥管理员的身份标识计算生成对应的子密钥更新份 额并发送给对应的子密钥管理员， 修改并重新公开每个子密钥管理员的子 密钥验证信息； 子密钥管理员根据接收到的所述可信中心生成的子密钥更 新份额和所述子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额对其子密钥进行更 新； 其中第二种方法中， 子密钥管理员在收到可信中心发来的子密钥更新 份额时， 子密钥管理员根据可信中心重新公开的子密钥验证信息和其接收 到的子密钥更新份额验证可信中心是否存在欺骗行为， 当确认不存在欺骗 行为时子密钥管理员自己随机产生子密钥更新份额， 并根据可信中心发来 的子密钥更新份额、 子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额对其子密钥 进行更新； 如果子密钥管理员根据可信中心重新公开的子密钥验证信息和 其接收到的子密钥更新份额验证确认可信中心存在欺骗行为， 子密钥管理 员拒绝本次更新， 并通知其他子密钥管理员可信中心存在欺骗行为， 终止 更新过程。
接下来， 结合附图 3和附图 4对本发明第二种动态密钥管理方法进行 详细说明。
如图 3所示，图 3为本发明第二种动态密钥管理方法的流程示意图， 对 于网络组织结构动态变化的情形或者无可信中心参与的情况下，如 MANET 网络， 设定门限为 （t, n ), t为门限值， n为节点数， 所述第二种动态密钥 管理方法可以包括如下步骤：
步骤 301 : 网络中 n个节点的每个节点（该节点就相当于前面所述的子 密钥管理员）分别根据自己的身份标识计算本节点的部分子密钥及验证信 息， 然后与其他节点相互交换部分子密钥及验证信息；
步骤 302:每个节点根据其他节点发来的部分子密钥和本节点自己产生 的部分子密钥计算出本节点的子密钥， 同时根据本节点的部分子密钥验证 信息验证本节点的部分子密钥的正确性， 然后计算并保存本节点的子密钥 验证信息；
步骤 303： 当其中某个节点的子密钥的安全性受到了威胁或者因为其他 原因需要进行更新时， 该节点随机选择子密钥更新份额并完成自己的子密 钥的更新， 同时计算子密钥更新累加和并保存；
步骤 304: 到达更新周期时， 所有节点分别选择子密钥更新份额并完成 子密钥的更新， 同时计算子密钥更新累加和并保存； 对于在所有节点更新 过程中的不活动节点， 当其变为活动节点后， 于更新周期已过， 且当前周 期的更新标志为未更新， 然后按照步骤 303 的方法完成子密钥的更新， 并 且置节点新周期的子密钥为已更新标识。
为了便于理解本发明第二种方法， 下面将举个具体的例子进一步说明。 如图 4所示， 图 4为对本发明第二方法实施例的流程示意图， 本发明 第二方法实施例应用于移动自组织网络 （Adhoc) , 以（5,10)门限为例， P1, P2,..., P10为网络中的节点， IDi为对应节点公开的身份标识。
步骤 401 : 网络中的节点完成子密钥的生成； 具体的说就是， 网络 10 个节点分别在域 (Ι,Ν)上随机的选择一个常数项非零的 10次多项式，并且根 据本节点的 IDi(i=l,2,...,10)计算节点的部分子密钥， 然后相互交换部分子密 钥信息和验证信息； 具体的说就是， 节点 Pi在域 (Ι,Ν)随机的选取一个常数 项非零的多项式 Fi(x)=aio+ailx+ai2x2+...+ailox1()Mod N,计算部分子密钥 Fi(IDj) 和验证信息 ϋΟ(ί=1,2,···,10,」=1,2,···,10)发送给 Pj(j=l,2,.."10 ≠i), G表示基 点. 每个节点收到其他 9个节点发来的部分子密钥和验证信息后， 根据部 分子密钥验证信息验证其他 9 节点是否存在欺骗行为， 确认都不存在欺骗 行为后根据其他 9个节点的部分子密钥和本节点自身产生的部分子密钥计 算出本节点的子密钥， 然后计算并保存子密钥验证信息； 具体的说就是， 节点 Pj根据等式 Fi(IDj)G=ai。G+ailIDjG+ai2(IDj)2G+...+ain(IDj)1。G验证 Pi是 否存在欺骗行为， 确认不存在欺骗行为后 Pj根据其他节点发来的部分子密 钥和 Pj 自己产生的部分子密钥计算 Pj 的子密钥 Sj≡Fl(IDj)+ F2(IDj) +...+ F10(IDj)Mod N, 计算验证信息 ajG=ayG+ a2jG +a1()jG (]=1,2,···,10)。
步骤 402: 当有一个新的节点 Pnew加入网络时， 由于该节点还没有获取 到证书， 则该新的节点选取 Pl、 P3、 P4、 P7、 P9个节点发出证书请求， 节 点 Pl、 P3、 P4、 P7、 P9收到 Pnew的证书请求 M信息后， 分别用自己的子 密钥对 M进行签名生成子证书， 并且将子证书发送给 Pnew；
步骤 403: Pnew收到子证书后， 利用验证信息验证各节点是否存在欺骗 行为， 如果节点 Pl、 P3、 P4、 P7、 P9不存在欺骗行为， 将子证书合成一个 完整的证书；
所述节点 Pi (i=l,2,...,5)生成 Pnew子证书可以釆用以下方法， Pi随机的 选择 Rie (l,N), Ri保密； 节点 Pi根据 5个点 （IDi,l),(IDj,0)(j=l,2,...,5,j≠i)
5 _ ΤΤ
进行拉格朗日插值 j _ ； 计算 Ci=RiG ( Ci为 Ri与 G点乘的结果）
5 _ JT
和 H(M)(哈希函数)， 计算签名信息 SIGi≡(SiH(M) f] ^+Ri) Mod N,
j=\ ≠i — ID j 则 (M,SUMiG,Ci,SIGi)为 Pi利用自己子密钥 Si产生的 Pnew子证书；
所述节点 Pnew验证节点生成的子证书是否存在欺骗行为可以釆用以下
10 γ _ ΤΓ)
方法： Pnew收到节点 Pi发来的签名后，计算 c；(¾ _ j ≡bilX+bi2x2+...+bil0x10
Mod N 并 且 通 过 等 式
SIGiG-((bi5SUMiG+a5G)(IDi)5+(bi6SUMiG+a6G)(IDi)6+... + (biioSUMiG+ai0G)(IDi)10)H(M) f\ ~IDj ≡ ((SG+(biiSUMiG+aiG)IDi+(bi2S j=\ ≠i — ID j
UMiG+a2G)(IDi)2+...+(bi4SUMiG+a4G)(IDi)4)H(M) f\ —IDj +Ci)ModN验证 j=\ ≠i — ID j 签名是否来自 Pi和签名正确性，如果等式成立则签名正确并且来自节点 Pi。
步骤 404: 对于已获得证书的节点 P。ld加入网络时， 则选取 Pl、 P3、 P4、 P7、 P9 节点发出证书认证请求， Pl、 P3、 P4、 P7、 P9 收到请求后， 利用 Pl、 P3、 P4、 P7、 P9的子密铜对 P。ld的证书进行马全证， ^口果马全证通过， 则允许节点 P。ld接入网络， 否则不允许。
步骤 405: 当其中某个节点 （本发明实施例假定为 P2 )子密钥的安全 性受到了威胁或者其他原因需要进行更新时， P2选择子密钥更新份额并完 成子密钥更新过程， 同时修改子密钥更新份额累加和 SUM2 ,并计算 SUM2 和基点 G的点乘值 SUM2G; 具体的说就是， 节点 P2在域 (Ι,Ν)上随机选择
Β2为子密钥更新份额， 更新子密钥为 S2≡S2+B2 Mod N, 然后计算子密钥 对应的公钥 D2=S2G, 更新子密钥更新累加和 SUM2≡SUM2+B2 Mod N, 并且计算 SUM2G=SUM2*G, 之后， 转到步骤 407;
步骤 406: 在第 T个周期需要更新节点的子密钥， 转到步骤 407;
步骤 407: 节点完成子密钥的更新， 计算子密钥更新累计份额； 步骤 408: 节点子密钥更新成功后置其当前周期为已更新标识。
需要说明的是， 当网络中的不活动的节点状态转化为活动节点后， 由 于更新周期已过， 且当前周期的更新标志为未更新， 则转到步骤 407, 完成 子密钥的更新， 并且置节点新周期的子密钥为已更新标识。
最后， 对本发明第二种动态密钥管理装置进行详细说明。
本发明第二种动态密钥管理装置具体可以包括： 多个子密钥管理员， 每个子密钥管理员， 负责接收其他子密钥管理员发来的部分子密钥， 并根据其他子密钥管理员发来的部分子密钥和该子密钥管理员自己产生的 部分子密钥计算出子密钥管理员的子密钥， 同时计算并保存子密钥管理员 的子密钥验证信息； 并且， 当子密钥管理员的子密钥需要更新或者到达密 钥的更新周期时， 子密钥管理员选择其子密钥更新份额并据此对其子密钥 进行更新， 同时计算其子密钥更新份额累加和并保存。
对于在更新周期中不活动的子密钥管理员， 当该子密钥管理员的状态 从不活动转换为活动时， 该子密钥管理员还用于， 选择其子密钥更新份额 并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新份额累加和并保存， 并且置该子密钥管理员新周期的子密钥为已更新标识。
综述所述， 本发明提供了分布式动态密钥管理方法及装置， 其特殊之 处在于， 各个管理员可以独立的完成子密钥的更新， 无需和其他管理员之 间进行大量的交互行为， 而且管理员子密钥的更新不会对其他管理员的子 密钥产生任何影响， 只是需要将相关信息发送给可信中心或者修改本机信 息， 减少了通信量， 提高了效率； 当管理员的子密钥受到安全威胁时， 可 以随时更新自己的子密钥， 提高了安全性， 更新对于其他的管理员是透明 的， 更新后子密钥仍然可以与其他管理员的子密钥恢复出共享的密钥， 克 服了在更新过程中各个管理员的子密钥必须同步更新的缺点； 在更新过程 中， 可以釆用管理员的子密钥的更新有可信的第三方和管理员共同完成， 可信中心产生的管理员子密钥更新份额和管理员自己产生的子密钥更新份 额构成了一个完整的子密钥更新份额， 在攻击者已经获取某些管理员子密 钥的情况下， 任何一方子密钥更新份额的泄露都不会影响管理员子密钥的 安全性。
以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并 不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本 发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

权利要求书
1、 一种分布式动态密钥管理方法， 其特征在于， 该方法包括： 可信中心计算每个子密钥管理员的子密钥并发送给相应的子密钥管理 员， 同时计算并公开每个子密钥管理员的子密钥验证信息；
当有子密钥管理员需要更新子密钥时， 所述子密钥管理员选定其子密 钥更新份额并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新验证信息 并发送给所述可信中心；
所述可信中心在接收到所述子密钥管理员发来的子密钥更新验证信息 后， 根据接收到的子密钥更新验证信息修改所述子密钥管理员的子密钥验 证信息并重新公开。
2、 根据权利要求 1所述的方法， 其特征在于， 该方法还包括： 当到达 密钥的更新周期时， 每个子密钥管理员分别根据所述子密钥更新份额对其 子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新验证信息并发送给所述可信中心； 所述可信中心根据接收到的每个子密钥管理员的子密钥更新验证信息修改 对应的子密钥验证信息并重新公开。
3、 根据权利要求 2所述的方法， 其特征在于， 所述所有子密钥管理员 根据所述子密钥更新份额对其子密钥进行更新的步骤具体包括：
所述子密钥管理员选择确定其子密钥更新份额并据此对其子密钥进行 更新； 或者，
所述可信中心根据每个所述子密钥管理员的身份标识计算生成对应的 子密钥更新份额并发送给对应的子密钥管理员， 修改并重新公开每个所述 子密钥管理员的子密钥验证信息； 每个所述子密钥管理员根据所述可信中 心生成的子密钥更新份额和所述子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额 对其子密钥进行更新。
4、 根据权利要求 3所述的方法， 其特征在于， 所述子密钥管理员根据 所述可信中心生成的子密钥更新份额和所述子密钥管理员自己产生的子密 钥更新份额对其子密钥进行更新包括：
所述子密钥管理员收到所述可信中心发来的子密钥更新份额后， 根据 所述可信中心重新公开的子密钥验证信息和其接收到的子密钥更新份额验 证所述可信中心是否存在欺骗行为， 当确认不存在欺骗行为时所述子密钥 管理员自己产生子密钥更新份额， 并根据所述可信中心发来的子密钥更新 份额和所述子密钥管理员自己产生的子密钥更新份额其子密钥进行更新。
5、 根据权利要求 4所述的方法， 其特征在于， 所述子密钥管理员根据 所述可信中心生成的子密钥更新份额和所述子密钥管理员自己产生的子密 钥更新份额对其子密钥进行更新还包括：
当所述子密钥管理员根据所述可信中心重新公开的子密钥验证信息和 其接收到的子密钥更新份额验证所述可信中心存在欺骗行为时， 所述子密 钥管理员拒绝本次更新， 并通知其他子密钥管理员可信中心存在欺骗行为， 终止更新过程。
6、 一种分布式动态密钥管理装置， 其特征在于， 包括： 可信中心和多 个子密钥管理员； 其中，
所述可信中心， 用于计算每个所述子密钥管理员的子密钥并发送给对 应的子密钥管理员， 同时计算并公开每个所述子密钥管理员的子密钥验证 信息； 以及在接收到所述子密钥管理员发来的子密钥更新验证信息后， 根 据接收到的子密钥更新验证信息修改所述子密钥管理员的子密钥验证信息 并重新公开；
所述子密钥管理员， 用于在需要更新其子密钥时， 选择其子密钥更新 份额并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新验证信息并发送 给所述可信中心。
7、 根据权利要求 6所述的装置， 其特征在于， 所述子密钥管理员， 还用于在到达密钥的更新周期时， 根据所述子密 钥更新份额对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新验证信息并发送 给所述可信中心；
所述可信中心， 还用于根据接收到的每个所述子密钥管理员发来的子 密钥更新验证信息修改对应的子密钥验证信息并重新公开。
8、 根据权利要求 7所述的装置， 其特征在于， 所述子密钥管理员根据 所述子密钥更新份额对其子密钥进行更新为：
所述子密钥管理员选择其子密钥更新份额并据此对其子密钥进行更 新， 或者， 根据接收到的所述可信中心生成的子密钥更新份额和所述子密 钥管理员自己产生的子密钥更新份额对其子密钥进行更新；
所述可信中心， 还用于根据每个所述子密钥管理员的身份标识计算生 成对应的子密钥更新份额并发送给对应的子密钥管理员， 修改并重新公开 每个所述子密钥管理员的子密钥验证信息。
9、 根据权利要求 8所述的装置， 其特征在于， 所述子密钥管理员根 据所述可信中心生成的子密钥更新份额和所述子密钥管理员自己产生的子 密钥更新份额对其子密钥进行更新为： 根据所述可信中心重新公开的子密 钥验证信息和其接收到的子密钥更新份额验证所述可信中心是否存在欺骗 行为， 当确认不存在欺骗行为时所述子密钥管理员自己随机产生子密钥更 新份额， 并根据所述可信中心发来的子密钥更新份额、 所述子密钥管理员 自己产生的子密钥更新份额对其子密钥进行更新。
10、 根据权利要求 9所述的装置， 其特征在于， 所述子密钥管理员， 还用于在收到所述可信中心发来的子密钥更新份额， 并且所述子密钥管理 员根据所述可信中心重新公开的子密钥验证信息和其接收到的子密钥更新 份额验证确认所述可信中心存在欺骗行为时， 拒绝本次更新， 并通知其他 子密钥管理员可信中心存在欺骗行为， 终止更新过程。
11、 一种分布式动态密钥管理方法， 其特征在于， 该方法包括： 子密钥管理员接收其他子密钥管理员发来的部分子密钥， 并根据其他 子密钥管理员发来的部分子密钥和所述子密钥管理员自己产生的部分子密 钥计算出所述子密钥管理员的子密钥， 同时计算并保存所述子密钥管理员 的子密钥验证信息；
当有子密钥管理员的子密钥需要更新时， 该子密钥管理员选择其子密 钥更新份额并对其子密钥进行更新， 同时计算子密钥更新份额累加和并保 存。
12、 根据权利要求 11所述的方法， 其特征在于， 该方法还包括： 当到 达密钥的更新周期时， 所有所述子密钥管理员分别选定其子密钥更新份额 并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新份额累加和并保存。
13、 根据权利要求 12所述的方法， 其特征在于， 所述方法还包括： 对于在密钥更新周期中不活动的子密钥管理员， 当该子密钥管理员的 状态从不活动转换为活动时， 该子密钥管理员选择其子密钥更新份额并据 此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新份额累加和并保存， 并且 置该子密钥管理员新周期的子密钥为已更新标识。
14、 一种分布式动态密钥管理装置， 其特征在于， 该装置包括： 多个 子密钥管理员，
所述子密钥管理员， 用于接收其他子密钥管理员发来的部分子密钥， 并根据其他子密钥管理员发来的部分子密钥和该子密钥管理员自己产生的 部分子密钥计算出所述子密钥管理员的子密钥， 同时计算并保存所述子密 钥管理员的子密钥验证信息； 并且， 当所述子密钥管理员的子密钥需要更 新或者到达密钥的更新周期时， 所述子密钥管理员选择其子密钥更新份额 并据此对其子密钥进行更新， 同时计算其子密钥更新份额累加和并保存。
15、 根据权利要求 14所述的装置， 其特征在于， 对于在更新周期中不 活动的子密钥管理员， 当该子密钥管理员的状态从不活动转换为活动时， 所述子密钥管理员， 还用于选择其子密钥更新份额并据此对其子密钥进行 更新， 同时计算其子密钥更新份额累加和并保存， 并且置该子密钥管理员 新周期的子密钥为已更新标识。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11101997B2 (en) 2019-07-01 2021-08-24 International Business Machines Corporation Cryptographic key management

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104796399B (zh) * 2015-01-08 2017-09-19 北京思普崚技术有限公司 一种数据加密传输的密钥协商方法
CN104796398B (zh) * 2015-01-08 2017-09-19 北京思普崚技术有限公司 一种服务器主导的客户端鉴权的方法
CN105450394B (zh) * 2015-12-30 2018-12-28 中国农业大学 一种基于门限秘密共享的份额更新方法及装置
US10425235B2 (en) * 2017-06-02 2019-09-24 Analog Devices, Inc. Device and system with global tamper resistance
CN109921900A (zh) * 2019-02-18 2019-06-21 深圳市优学链科技有限公司 一种分布式密钥生成的算法
CN113746629B (zh) * 2021-11-04 2022-03-01 山东凤和凰城市科技有限公司 基于高分子模拟的保密通信方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1801696A (zh) * 2006-01-13 2006-07-12 南京邮电大学 一种网格计算机环境下虚拟组织的密钥管理方案
CN1953368A (zh) * 2005-10-19 2007-04-25 华为技术有限公司 一种分布式的动态密钥管理方法
CN101222325A (zh) * 2008-01-23 2008-07-16 西安西电捷通无线网络通信有限公司 一种基于id的无线多跳网络密钥管理方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1953368A (zh) * 2005-10-19 2007-04-25 华为技术有限公司 一种分布式的动态密钥管理方法
CN1801696A (zh) * 2006-01-13 2006-07-12 南京邮电大学 一种网格计算机环境下虚拟组织的密钥管理方案
CN101222325A (zh) * 2008-01-23 2008-07-16 西安西电捷通无线网络通信有限公司 一种基于id的无线多跳网络密钥管理方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11101997B2 (en) 2019-07-01 2021-08-24 International Business Machines Corporation Cryptographic key management

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