[發明專利]一種無證書代理簽名的LTE-R車-地無線通信安全認證方法

有效

• 申請號: 202011129088.9
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112055333B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 張文芳;王宇;王小敏
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H04W4/42
• 分類號: H04W4/42;H04W12/00;H04W12/02;H04W12/041;H04W12/06;H04L9/06;H04L9/08;H04L9/32;H04L29/06
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

本發明公開了一種無證書代理簽名的LTE?R車?地無線通信安全認證方法。該方法包括對密鑰生成中心進行系統初始化，生成系統參數和主密鑰；用戶歸屬服務器HSS注冊；移動管理實體MME注冊；車載移動單元OBU注冊；車載移動單元OBU初始認證。本發明為了解決現有技術中國際移動用戶識別碼缺乏保護，缺乏預認證，難以抵抗拒絕服務等攻擊，認證向量遠程請求及傳輸開銷大的缺點，引入了無證書代理簽名算法，借助各類衍生加密密鑰實現了指定驗證者，提供了包括不可否認性和不可偽造性在內的多種安全特性；引入了抗拒絕服務攻擊的puzzle，無需用戶歸屬服務器HSS參與到用戶認證過程，因此能有效提高車?地無線通信實體認證的安全和效率。

技術領域

本發明涉及軌道交通無線通信安全認證領域，尤其涉及一種無證書代理簽名的LTE-R車-地無線通信安全認證方法。

背景技術

2009年國際鐵路聯盟UIC(International Union of Railways)已明確采用LTE-R(Long Term Evolution for Railway)作為新一代列控系統的無線通信技術。LTE-R沿用了SAE/LTE的基本結構，采用全IP的扁平化網絡構架，具有高數據傳輸率、低接入延遲和多網兼容的特點，但也繼承了Internet網固有的安全缺陷，并且過渡階段多網共存，無線接口以及核心網段都具有前所未有的開放性，這些都為LTE-R系統帶來了更多的安全挑戰。

為保證通信過程的安全性，LTE-R沿用了3GPP定義的EPS-AKA協議，該協議采用四層密鑰和分層保護機制，安全性相比GSM-R有了較大改善，但依舊存在如下安全與性能問題：

(1)國際移動用戶識別碼(IMSI)缺乏保護；

(2)缺乏預認證，難以抵抗拒絕服務等攻擊；

(3)認證向量遠程請求及傳輸開銷大。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種無證書代理簽名的LTE-R車-地無線通信安全認證方法。

為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

一種無證書代理簽名的LTE-R車-地無線通信安全認證方法，包括以下步驟：

S1、對密鑰生成中心進行系統初始化，生成系統參數和主密鑰；

S2、根據步驟S1生成的系統參數和主密鑰進行用戶歸屬服務器HSS注冊；

S3、根據步驟S1生成的系統參數和主密鑰進行移動管理實體MME注冊；

S4、根據步驟S1生成的系統參數及所述步驟S2和步驟S3生成的注冊參數進行車載移動單元OBU注冊；

S5、根據步驟S1生成的系統參數及步驟S2、步驟S3和步驟S4生成的注冊參數進行車載移動單元OBU初始認證。

本發明具有以下有益效果：本發明引入了無證書代理簽名算法，將IMSI隱含于代理簽名之中，有效的保護了其安全性，同時借助各類衍生加密密鑰實現了指定驗證者，避免了非法實體的各類惡意操作，同時還提供了包括不可否認性和不可偽造性在內的多種安全特性；此外本發明還引入了抗拒絕服務攻擊的puzzle，通過提高攻擊者發起拒絕服務攻擊的計算代價，有效降低了遭受拒絕服務攻擊的風險。最后，較之現有協議的認證信息無法本地生成，必須處于遠程的用戶歸屬服務器HSS參與，本發明方法中再無需用戶歸屬服務器HSS參與到用戶認證過程，有效降低了認證所需的計算與通信代價。

優選地，步驟S1包括以下分步驟：

S11、密鑰生成中心選擇安全系數k，生成k比特長的大素數p，以此為輸入生成整數有限域F_p，橢圓曲線E/F_p和生成元為P的q階循環群G_q；