[發(fā)明專利]一種具有強(qiáng)匿名性的車聯(lián)網(wǎng)認(rèn)證及密鑰協(xié)商方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710931255.3
• 申請(qǐng)日: 2017-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN107493165B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周由勝;龍興旺;劉思伶;蔣溢;劉宴兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L9/06
• 分類號(hào): H04L9/06;H04L9/08;H04L29/06;H04L29/08
• 代理公司: 重慶市恒信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

1.一種具有強(qiáng)匿名性的車聯(lián)網(wǎng)認(rèn)證及密鑰協(xié)商方法，其特征在于，該方法包括三個(gè)步驟：

1)、系統(tǒng)初始化步驟，用于完成車輛及服務(wù)器初始化的相關(guān)工作；

2)、車輛注冊(cè)步驟，對(duì)合法用戶進(jìn)行注冊(cè)登記；

3)、認(rèn)證及密鑰協(xié)商步驟，采用包括散列函數(shù)、模乘法群在內(nèi)的密碼學(xué)基本知識(shí)，在基于計(jì)算性Diffie-Hellman難題的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)兩方認(rèn)證及密鑰協(xié)商，使得對(duì)等的通信雙方能夠在無第三方的幫助下，實(shí)現(xiàn)相互認(rèn)證并完成密鑰協(xié)商，完成對(duì)其他車輛的認(rèn)證，并與其安全通信；

所述步驟1)的系統(tǒng)初始化步驟主要包括：車輛用戶i獲取車輛V_i的唯一身份信息ID_i以及設(shè)定一個(gè)只有自己知道的口令PW_i；服務(wù)器S生成自己的公私鑰對(duì)：公鑰P_k、私鑰P_s，并選取隨機(jī)數(shù)X作為自己的主密鑰，再選取隨機(jī)數(shù)α,β作為秘密值，然后選取hash函數(shù)h(·)及非對(duì)稱加密算法E_k(·)，最后公布公共信息h(·)，E_k(·)和P_k；

所述車輛注冊(cè)過程包括：需注冊(cè)的車輛V_i通過安全的渠道將自己的身份信息ID_i和用戶口令PW_i提交給服務(wù)器S；服務(wù)器S得到這些數(shù)據(jù)后，會(huì)計(jì)算相關(guān)的參數(shù)K_i、S_i、θ_i；其中K_i表示將主密鑰和車輛身份進(jìn)行hash后的參數(shù)，S_i表示帶有系統(tǒng)秘密值α的參數(shù)，表示帶有用戶口令的參數(shù)，θ_i表示帶有用戶口令以及系統(tǒng)秘密值β的參數(shù)，計(jì)算方式為：K_i＝h(ID_i||X)；g表示循環(huán)加法群G的生成元，然后服務(wù)器S會(huì)將參數(shù)S_i、θ_i返回給車輛V_i，車輛V_i將接受到的參數(shù)存放于防篡改裝置TPD中；S_A、S_B分別表示系統(tǒng)返回給車輛A、車輛B的帶有系統(tǒng)秘密值α的參數(shù)，K_A、K_B分別表示將主密鑰和車輛A、車輛B的車輛身份進(jìn)行hash計(jì)算后參數(shù)，表示采用非對(duì)稱加密算法中的公鑰P_k執(zhí)行加密操作；

所述認(rèn)證及密鑰協(xié)商過程會(huì)完成以下工作；假設(shè)車輛V_A需要與車輛V_B進(jìn)行通信，過程如下：

對(duì)于車輛V_A來說，為了發(fā)起一個(gè)認(rèn)證及密鑰協(xié)商過程，它首先選取3個(gè)隨機(jī)數(shù)r_A、r_a、r_n，然后計(jì)算通信時(shí)所需的參數(shù)u₁,u₂,w₁,w₂,δ₁，u₁表示帶有隨機(jī)值r_A的參數(shù)，u₂表示帶有隨機(jī)值r_a、r_A的參數(shù)，w₁表示使用秘密值β將參數(shù)u₄隱藏后的參數(shù)，w₂表示使用秘密值β將參數(shù)u₅隱藏后的參數(shù)，δ₁表示使用非對(duì)稱加密算法將參數(shù)u₃加密后的參數(shù)，然后將消息M₁＝{u₁||u₂||w₁||w₂||δ₁||T₁}用u₄進(jìn)行hash運(yùn)算得到M₂＝h(u₁||u₂||w₁||w₂||u₄||δ₁||T₁)，最后將消息組(M₁,M₂)發(fā)送給車輛V_B；

對(duì)于車輛V_B來說，當(dāng)接收到來自車輛V_A的消息后，首先檢查時(shí)間戳的有效性以防止重放攻擊，T_C-T₁≤ΔT，其中T_C表示當(dāng)前時(shí)間戳，T₁表示第一時(shí)間戳，ΔT表示網(wǎng)絡(luò)中的最大傳輸時(shí)延，如果不等式成立，則計(jì)算u₄＝w₁·g^-β，然后用u₄驗(yàn)證hash值M₂是否正確，其中符號(hào)？表示驗(yàn)證是否正確，如果等式成立，車輛V_B會(huì)通過等式驗(yàn)證車輛V_A的合法性，等式成立則通過驗(yàn)證，反之則放棄此次協(xié)商；如果車輛V_A通過了認(rèn)證，車輛V_B將返回驗(yàn)證結(jié)果給車輛V_A；

車輛V_A接收到車輛V_B返回的消息后，首先檢查時(shí)間戳的有效性T_C-T₂≤ΔT，如果不等式成立，則計(jì)算v₄＝w₃·g^-β和v₅＝w₄·g^-β，并通過等式驗(yàn)證車輛V_B的合法性，如果等式成立，則通過驗(yàn)證；反之則放棄此次協(xié)商；如果車輛V_B通過了認(rèn)證，那么車輛V_A計(jì)算共享密鑰并通過驗(yàn)證hash值，成立的話，完成密鑰協(xié)商；最后計(jì)算M₅＝h(SK_AB||V₅||T₃)，并將消息(M₅,T₃)發(fā)送給車輛V_B，其中T₃為第三時(shí)間戳；

對(duì)于車輛V_B來說，接收到V_A的返回消息后，首先檢查時(shí)間戳，T_C-T₃≤ΔT，如果等式成立，驗(yàn)證M₅＝h(SK_AB||V₅||T₃)，等式成立的話，完成密鑰協(xié)商；

所述車輛V_A對(duì)u₁,u₂,w₁,w₂,δ₁的計(jì)算方式為：w₁＝u₄·g^β；w₂＝u₅·g^β；

如果車輛V_A通過了認(rèn)證，車輛V_B將返回驗(yàn)證結(jié)果給車輛V_A，具體包括；

車輛V_B選取3個(gè)隨機(jī)數(shù)r_B、r_b、r_m，并計(jì)算需要返回的相關(guān)參數(shù)v₁,v₂,w₃,w₄,δ₂，計(jì)算方式為：w₃＝v₄·g^β；w₄＝v₅·g^β；其中T₂為第二時(shí)間戳，然后V_B計(jì)算共享密鑰并將消息M₃＝{v₁||v₂||w₃||w₄||δ₂||T₂}用SK_AB進(jìn)行hash運(yùn)算得到M₄＝h(v₁||v₂||w₃||w₄||δ₂||T₂||SK_AB)，最后將消息(M₃,M₄)發(fā)送給車輛V_A。