[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)身份混淆的水下數(shù)據(jù)傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710436598.2
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN107276750B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設計）人: 萬長勝;蘇清玲;袁夢
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/32;H04L29/06;H04B13/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種實現(xiàn)身份混淆的水下數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)初始化階段：網(wǎng)關GW生成密鑰材料，并將密鑰材料分發(fā)給水下潛航器A和水下潛航器B

網(wǎng)關GW生成自身私鑰sk_GW、公共密碼參數(shù)pub、水下潛航器A私鑰sk_A和水下潛航器B私鑰sk_B，并通過預先建立好的安全信道分配給水下潛航器A和水下潛航器B，使得水下潛航器A和水下潛航器B擁有各自的密鑰材料；

網(wǎng)關GW使用InitSys算法生成自己的私鑰sk_GW和公共密碼參數(shù)pub；該過程描述為：

{pub,sk_GW}←InitSys()

具體計算過程如下：

(a1)創(chuàng)建一個階數(shù)q為的加法群G，g∈G為生成元；

(a2)隨機生成一組私鑰{sk_GW1,sk_GW2,…,sk_GWn∈Z_q}，Z_q為0～q的整數(shù)集合，n為一個正整數(shù)，n越大安全強度越高；

(a3)計算對應的公鑰集合

(a4)計算sk_GW＝{sk_GW1,sk_GW2,…,sk_GWn}，pub＝{G,q,g,pk_GW1,pk_GW2,…,pk_GWn}；

網(wǎng)關GW使用Gensk算法生成水下潛航器A的私鑰sk_A和水下潛航器B的私鑰sk_B；該過程的描述及計算過程如下：

{sk_A}←Gensk(V_A,pub,sk_GW)：h₀(V_A)＝y(tǒng)₁,y₂,…,y_n，y₁,y₂,…,y_n∈{0,1}，V_A為水下潛航器A的真實身份；

{sk_B}←Gensk(V_B,pub,sk_GW)：h₀(V_B)＝x₁,x₂,…,x_n，x₁,x₂,…,x_n∈{0,1}，V_B為水下潛航器B的真實身份；

其中h₀:G→{0,1}ⁿ為哈希函數(shù)；在密鑰材料生成完成后，網(wǎng)關GW通過預先建立好的安全信道將密鑰材料分配給水下潛航器A和水下潛航器B；初始化階段完成后，網(wǎng)關GW擁有(pub,sk_GW)，水下潛航器A擁有(V_A,sk_A,pub)，水下潛航器B擁有(V_B,sk_B,pub)；

(2)數(shù)據(jù)傳輸階段：實現(xiàn)發(fā)送方與接收方之間的通信

當水下潛航器A需要向水下潛航器B發(fā)送消息M時，水下潛航器A首先基于雙方的真實身份計算雙方的一次性身份和對應參數(shù)，隨后基于雙方的真實身份生成共享密鑰，并對信息M進行簽名和加密，最后將簽名、加密信息、雙方的一次性身份和對應參數(shù)發(fā)送給水下潛航器B；包括如下步驟：

(21)水下潛航器A使用Confusing算法生成雙方的一次性身份OTI_A和OTI_B和對應參數(shù)para_A和para_B；該過程描述為：

{OTI_A,OTI_B,para_A,para_B}←Confusing(V_A,V_B,pub)

具體計算過程如下：

(b1)生成兩個隨機數(shù)r_A,r_B∈Z_q，

(b2)計算h₁(V_B)＝b₁,b₂,…,b_n，其中h₁:G→{0,1}ⁿ為哈希函數(shù)，b₁,b₂,…,b_n∈{0,1}；

(b3)計算

(b4)計算para_A＝r_A+h₂(t)∈Z_q，para_B＝r_B+h₂(t)∈Z_q，其中h₂:G→Z_q為哈希函數(shù)；

(22)水下潛航器A使用GenkA算法生成共享密鑰sk，然后使用共享密鑰sk、SignM算法和EncM算法對信息M進行簽名和加密，信息M的簽名記為σ，加密后的信息M記為τ；該過程的描述及計算過程如下：

(c1)sk←GenkA(sk_A,V_A,V_B,pub)：計算

(c2)σ←SignM(sk,M,pub)：計算σ＝h₃(h₂(sk),M)∈Z_q，h₃:Z_q→Z_q為哈希函數(shù)；

(c3)τ←EncM(sk,M,pub)：計算τ＝h₂(sk)+M mod q；

(23)水下潛航器V_A將(τ,σ,OTI_A,OTI_B,para_A,para_B)發(fā)送給水下潛航器V_B；

當水下潛航器B接收到信息時，首先對接收到的信息進行去混淆，驗證自身是否為正確的接收方，并計算發(fā)送方的真實身份，隨后恢復出共享密鑰，并使用驗證算法和解密算法來驗證并解密接收到的信息，水下潛航器B就接收到了水下潛航器A發(fā)送的信息；包括如下步驟：

(24)水下潛航器B接收到水下潛航器A發(fā)送的信息(τ,σ,OTI_A,OTI_B,para_A,para_B)后，首先使用Deconfusing算法去混淆，驗證自身是否為正確的接收方，并計算發(fā)送方的真實身份；該過程描述為：

{V_A,V_B}←Deconfusing(sk_B,OTI_A,OTI_B,para_A,para_B,pub)

具體計算過程如下：

(d1)計算r_A＝para_A-h₂(t)，r_B＝para_B-h₂(t)；

(d2)檢查是否成立，若不成立，則終止后續(xù)計算，因為該信息不是發(fā)送給水下潛航器B的；

(d3)計算得到發(fā)送方的真實身份；

(25)水下潛航器B使用GenkB算法恢復出共享密鑰sk，再使用VerM算法和DecM算法對接收信息進行驗證與解密；該過程的描述及計算過程如下：

(e1)sk←GenkB(sk_B,V_A,V_B,pub)：計算h₁(V_A)＝a₁,a₂,…,a_n，其中a₁,a₂,…,a_n∈{0,1}；

(e2){T,F}←VerM(sk,M,σ,pub)：計算σ'＝h₃(h₂(sk),M)∈Z_q，判斷σ'＝σ是否成立，若成立，則驗證正確并返回T，若不成立，則驗證失敗并返回F；

(e3)M←DecM(sk,τ,pub)：計算M＝τ-h₂(sk)modq，水下潛航器V_B得到水下潛航器V_A發(fā)送的消息M。