[發明專利]基于PUF和CPK算法的物聯網設備身份認證方法、系統及存儲介質

有效

• 申請號: 202011146373.1
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112272094B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 張明明;夏元軼;冒佳明;趙俊峰;夏飛;范磊;許良杰;胡俊;邵志鵬;陳牧
• 申請（專利權）人: 國網江蘇省電力有限公司信息通信分公司;安徽繼遠軟件有限公司;全球能源互聯網研究院有限公司
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L29/06;G16Y30/10
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種基于PUF和CPK算法的物聯網設備身份認證方法，其特征在于，包括以下步驟：

基于PUF獲取物聯網設備的挑戰和響應，并利用物聯網設備的挑戰、響應和預生成的設備標識ID構建設備指紋庫；

基于CPK加密算法和設備標識ID生成物聯網設備的公私鑰；

基于設備指紋庫和公私鑰進行物聯網設備雙重身份認證，獲取身份認證結果；

所述物聯網設備雙重身份認證的具體操作如下：

從設備指紋庫中提取物聯網設備的挑戰，利用物聯網設備的公鑰對挑戰和隨機數進行加密，獲得加密數據，所述隨機數由隨機數發生器生成；

將加密數據傳輸到物聯網設備，獲取服務器身份認證結果；

當服務器身份認證成功，從物聯網設備獲取私鑰簽名數據，否則，認為物聯網設備身份認證失敗；

利用公鑰對私鑰簽名數據進行解簽，獲得解簽數據；

從設備指紋庫中提取物聯網設備的響應，并對物聯網設備的響應進行哈希運算，獲得響應哈希值；

對響應哈希值和解簽數據進行匹配，當匹配成功，認為物聯網設備身份認證成功，將設備指紋庫中的物聯網設備的挑戰、響應刪除，否則，認為物聯網設備身份認證失敗；

服務器身份認證的過程如下：

利用物聯網設備的私鑰對加密數據進行解密，獲得物聯網設備的挑戰和隨機數；

對隨機數的數值進行驗證，當隨機數正確，認為服務器身份認證成功，否則，認為服務器身份認證失敗；

所述私鑰簽名數據的生成方法包括如下步驟：

將物聯網設備的挑戰輸入PUF，獲得實時響應，對實時響應進行哈希運算，獲得實時響應哈希值；

利用物聯網設備的私鑰對實時響應哈希值進行數字簽名，獲得私鑰簽名數據。

2.根據權利要求1所述的一種基于PUF和CPK算法的物聯網設備身份認證方法，其特征在于，所述物聯網設備的挑戰和響應的獲取方法如下：

當物聯網設備具有DRAM組件時，將DRAM組件帶電工作時寫入數據的值和數據地址作為物聯網設備的挑戰，輸入PUF；將DRAM組件斷電后再次加電，重新讀取DRAM組件中數據地址中的數值作為PUF的輸出，即物聯網設備的響應；

當物聯網設備具有SARM組件時，將SARM組件的存儲單元地址作為物聯網設備的挑戰，輸入PUF，將SRAM組件通電后，讀取存儲單元地址中的數值作為PUF輸出，即物聯網設備的響應。

3.根據權利要求1所述的一種基于PUF和CPK算法的物聯網設備身份認證方法，其特征在于，所述設備標識ID的生成方法包括如下步驟：

獲取物聯網設備的基本屬性和設備行為特征，所述基本屬性包括IP地址、MAC地址、設備機器名稱、操作系統種類，所述設備行為特征包括物聯網設備的數據上傳次數、數據上傳間隔、單次上傳數據量；

基于深度學習方法處理物聯網設備的基本屬性和設備行為特征，提取物聯網設備的特征向量；

對物聯網設備的特征向量進行壓縮變換，生成物聯網設備的設備標識ID。

4.根據權利要求1所述的一種基于PUF和CPK算法的物聯網設備身份認證方法，其特征在于，所述物聯網設備的公私鑰的生成方法包括如下步驟：

基于橢圓曲線離散對數問題構建公私鑰種子矩陣；

對設備標識ID進行哈希運算，獲取設備標識ID的哈希值；

通過行映射算法計算設備標識ID的哈希值對應的行坐標序列，并根據行坐標序列從公私鑰種子矩陣中提取密鑰因子；

對密鑰因子進行組合運算，獲取物聯網設備的公私鑰。

5.根據權利要求1所述的一種基于PUF和CPK算法的物聯網設備身份認證方法，其特征在于，對響應哈希值和解簽數據進行匹配的具體操作如下：

計算響應哈希值與解密數據的距離，并將距離與預設的閾值比較，當距離不大于預設的閾值，則匹配成功，否則，匹配失敗。