一种异构认证密钥协商方法和系统技术方案

本发明专利技术属于信息安全技术领域，特别涉及一种异构认证密钥协商方法，包括以下步骤：S1、用户A将自己的身份信息ID

A heterogeneous authentication key agreement method and system

【技术实现步骤摘要】
一种异构认证密钥协商方法和系统


[0001]本专利技术属于信息安全
，特别是涉及一种异构认证密钥协商方法和系统。

技术介绍

[0002]密钥协商是密码学的一个基本原语。一个密钥协商协议允许两个用户在公开的、不安全的信道上共同决定一个会话密钥。参与协议的任何一方都不能预先决定最终的会话密钥。这里的会话密钥是短期密钥，通常作为后续一段时间内双方进行加密、消息认证等操作的密钥，以确保传递消息的机密性、完整性和认证性等。1976年，Diffie和Hellman开辟了公钥密码学(Public key cryptography,PKC)这一新领域，首次提出了密钥协商的概念，并提出了著名的两方密钥协商协议——Diffie
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Hellman密钥协商协议。认证密钥协商协议则是在密钥协商协议中添加了相互认证的功能。它除了能达到密钥协商协议的目的，还能使两方用户均能向对方提供自己身份的认证。
[0003]公钥密码体制分为三种：基于公钥基础设施(public key infrastructure,PKI)的、基于身份的(identity
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based cryptography,IBC)和基于无证书(certificateless cryptography,CLC)的密码系统。若协议的参与方均属于同一种密码系统，该协议属于同构密码协议。否则，该协议属于异构密码协议。
[0004]当前，异构密钥协商协议主要有以下几种：
[0005]2016年，Wang等[C.Wang,C.Liu,S.Niu,L.Chen and X.Wang,An authenticated key agreement protocol for cross
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domain based on heterogeneous signcryption scheme,2017 13th International Wireless Communications and Mobile Computing Conference(IWCMC),2017,pp.723
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728.]基于异构签密提出了第一个异构认证密钥协商协议。该协议允许一个基于公钥基础设施的密码系统下的用户与一个基于身份的密码系统下的用户进行认证密钥协商。该协议包含两轮消息交换，第一轮用于双方认证，第二轮用于密钥协商。协议发起方总共需要进行6次双线性对、7次标量乘合3次模指数运算。
[0006]2017年，He等[D.He,S.Zeadally,N.Kumar and J.Lee,Anonymous Authentication for Wireless Body Area Networks With Provable Security,in IEEE Systems Journal,2017,11(4),p.2590
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2601.]提出了一种适用于无限体域网的异构认证密钥协商协议。该协议可为一个客户端和一个服务器提供相互认证和密钥协商。在该协议中，客户端属于基于身份的密码系统，服务器属于基于公钥基础设施的密码系统。该协议只需要进行一轮消息交换。协议发起方总共需要进行4次标量乘运算。
[0007]2018年，Liu和Ma[X.Liu and W.Ma,CDAKA:A Provably
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Secure Heterogeneous Cross
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Domain Authenticated Key Agreement Protocol with Symptoms
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Matching in TMIS,Journal of medical systems,2018,42(8),p.1
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15.]提出了一种适用于远程医疗信息系统的异构认证密钥协商协议。协议发起方属于基于公钥基础设施的密码系统，另一方属于基于身份的密码系统。该协议需要进行两轮消息交换。协议发起方总共需要进行4次标量乘运算。
[0008]2020年，Tao等[F.Tao,T.Shi and S.Li,Provably secure cross
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domain authentication key agreement protocol based on heterogeneous signcryption scheme,IEEE 2020IEEE 4th Information Technology,Networking,Electronic and Automation Control Conference(ITNEC),2020,pp.2261
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2266.]指出了Wang等提出的协议不满足不可伪造性，并提出了一个改进的异构认证密钥协商协议。该协议同样需要进行两轮信息交换，第一轮用于双方认证，第二轮用于密钥协商。协议发起方属于基于公钥基础设施的密码系统，另一方属于基于身份的密码系统。协议发起方总共需要进行5次双线性对、5次标量乘和3次模指数运算。
[0009]从上述方案可以看出Wang等，Liu等，Tao等的三个协议均需要两轮消息交互，并且协议发起方总共至少需要进行4次标量乘运算，虽然He等的协议只需要进行一轮消息交换，但是其方案中严格限定了客户端属于基于身份的密码系统，服务器属于基于公钥基础设施的密码系统，而不是两个不同公钥密码体制下用户之间的协议，方案的使用具有局限性。

技术实现思路

[0010]为了解决两个不同公钥密码体制下用户之间的协议需要两轮信息交换，消息交互计算成本较高的问题，本专利技术将交互认证和密钥协商合成到了一轮，提出了一种异构认证密钥协商方法，以降低计算成本，提高效率。
[0011]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0012]一种异构认证密钥协商方法，用户A属于基于身份的密码系统，是认证密钥协商协议的发起者，用户B属于基于公钥基础设施的密码系统，是认证密钥协商协议的另一个参与者，用户A和用户B之间的密钥协商具体包括以下步骤：
[0013]S1、用户A从中随机选择r1并结合用户B的公钥pk
B
计算其秘密值R1，然后用自己的私钥计算出用户A的签名V1，并将自己的身份信息ID
A
、秘密值R1和签名V1发送给用户B；
[0014]S2、用户B利用自己的私钥y恢复出用户A选择的部分秘密值R1'，并验证部分秘密值R1'是否为用户A的选择，若是，则用户B再从中随机选择r2并基于r2计算自己的秘密值R2、自己的hash值h2以及第一会话密钥K；并将用户B的秘密值R2和用户B的hash值h2发送给用户A；
[0015]S3、用户A使用用户B的秘密值R2计算第二会话密钥K'，并通过用户B的hash值h2验证对方是否为用户B，若是，则第二会话密钥K'等于第一会话密钥K，用户A和用户B分别获取了本次密钥协商后确定的密钥K；
[0016]表示除去零元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异构认证密钥协商方法，其特征在于，用户A属于基于身份的密码系统，是认证密钥协商协议的发起者，用户B属于基于公钥基础设施的密码系统，是认证密钥协商协议的另一个参与者，用户A和用户B之间的密钥协商具体包括以下步骤：S1、用户A从中随机选择r1并结合用户B的公钥pk
B
计算其秘密值R1，然后用自己的私钥计算出用户A的签名V1，并将自己的身份信息ID
A
、秘密值R1和签名V1发送给用户B；S2、用户B利用自己的私钥y恢复出用户A选择的部分秘密值R1'，并验证部分秘密值R1'是否为用户A的选择，若是，则用户B再从中随机选择r2并基于r2计算用户B的秘密值R2、用户B的hash值h2以及第一会话密钥K；并将用户B的秘密值R2和用户B的hash值h2发送给用户A；S3、用户A使用用户B的秘密值R2计算第二会话密钥K'，并通过用户B的hash值h2验证对方是否为用户B，若通过用户B的hash值h2验证对方是为用户B，则第二会话密钥K'等于第一会话密钥K，用户A和用户B分别获取了本次密钥协商后确定的密钥K；表示除去零元素所得到的q阶整数域，q为大素数。2.如权利要求1所述的一种异构认证密钥协商方法，其特征在于，在步骤S1之前，还包括系统参数设置的步骤：选择一个大素数q，一个q阶加法循环群G1，q阶乘法循环群G2，并选择G1的生成元P，G2的生成元g，基于G1和G2设置一个双线性映射其中选择三个抗碰撞的散列函数H0，H1和H2，其中H0从{0,1}
*
映射到H1从{0，1}
*
×
G1×
G1映射到H2从{0，1}
*
×
G1×
G2×
G2映射到其中{0,1}
*
表示任意比特长的二进制序列，表示除去零元素所得到的q阶整数域；公开系统参数3.如权利要求1所述的一种异构认证密钥协商方法，其特征在于，步骤S1中，秘密值R1计算公式为：R1＝r1pk
B
其中，r1是用户A从中随机选择的数，pk
B
是用户B得到证书后公开的公钥。4.如权利要求1所述的一种异构认证密钥协商方法，其特征在于，步骤S1中，用户A的签名V1的计算公式为：其中，r1是用户A从中随机选择的数，h1是用户A计算的hash值，H0是从{0,1}
*
映射到的散列函数，ID
A
是用户A的身份信息，s是身份的密码系统中的私钥生成中心从中随机选择的主密钥，P是G1的生成元，G1是一个q阶加法循环群。5.如权利要求1所述的一种异构认证密钥协商方法，其特征在于，步骤S2中，部分秘密值R1'的计算公式为：
其中，是基于G1和G2设置一个双线性映射，G1是一个q阶加法循环群，G2是一个q阶乘法循环群，R1是用户A的秘密值，y是用户B 从中随机选择的私钥，P是G1的生成元，G1是一个q阶加法循环群。6.如权利要求1所述的一种异构认证密钥协商方法，其特征在于，步骤S2中，验证部分秘密值...

【专利技术属性】
技术研发人员：金禹樵，潘相宇，苏卓琳，
申请(专利权)人：中国民用航空总局第二研究所，
类型：发明
国别省市：