[發明專利]一種電力物聯網的安全通信方法

有效

• 申請號: 202111355055.0
• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN114070570B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 吳克河;程瑞;崔文超;徐慧艷;張繼宇;李為;雷煜卿;仝杰
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L9/30;H04L9/08;G16Y10/35;G16Y30/10
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 李建芳

1.一種電力物聯網的安全通信方法，其特征在于：利用橢圓曲線的標量乘法以及改進標識密碼的密鑰生成機制，實現電力物聯網通信雙方的雙向身份認證及密鑰協商，包括以下步驟：步驟1：初始化；步驟2：生成部分私鑰；步驟3：私鑰生成；步驟4：公鑰生成；步驟5：身份認證與密鑰協商；

步驟1中，初始化過程為：一條定義在有限域GF(p)上的橢圓曲線E表示為y²＝x³+ax+b(mod?p)，4a³+27b²≠0，密鑰生成中心KGC選擇一個定義的橢圓曲線E，確定參數a，b及生成元G，并選擇一個隨機數s∈Z_r作為主私鑰，其中Z_r為r階素數域，從而生成主公鑰P_pub＝s*G和兩個作為公共參數的哈希函數H₁和H₂，其中哈希函數將用戶的身份匹配為Z_r中的元素，哈希函數H₂：{0，1}→{0，1}^k用于計算會話密鑰，公共參數是PP＝{GF(ρ)，G，E，P_pub，H₁，H₂}，KGC將PP公布給系統中的所有用戶；

步驟2中，生成部分私鑰的過程為：用戶i發送對應的唯一身份標識ID_i、密鑰申請時間和密鑰有效期到KGC，密鑰申請時間和密鑰有效期需用KGC的公鑰進行加密后發送，KGC收到來自用戶i的信息后用私鑰解密，獲取ID_i、密鑰申請時間和密鑰有效期，并向用戶i反饋結果，KGC通過計算得出部分私鑰d_i＝sH₁(ID_i)，并通過秘密通道將部分私鑰發送給用戶i；

步驟3中，私鑰生成的過程為：用戶i隨機選擇秘密值x_i∈Z_r組成私鑰s_i＝(x_i，d_i)，其中部分私鑰d_i來自KGC；

步驟4中，公鑰生成的過程為：用戶i計算X_i＝x_iG作為其公鑰參與后面運算；

步驟5中，身份認證與密鑰協商方法為：身份為ID_A的用戶A和身份為ID_B的用戶B建立連接，并且經過下面的計算后獲得相同的會話密鑰：

1)密鑰協商請求：用戶A隨機選擇臨時密鑰t_A∈Z_r并計算臨時公鑰T_A＝t_AG，用用戶B的公鑰X_B對用戶A標識ID_A、公鑰X_A及T_A進行加密得到C₁＝Enc(ID_A||X_A||T_A，X_B)，并使用SM3算法計算密文C₁的哈希值H_i＝SM3((Enc(ID_A||X_A||T_A，X_B))，用自己的私鑰s_A對哈希值H₁進行簽名得到簽名值S₁＝Sign(H₁，s_A)，將密文數據、當前時間戳TIME1和簽名值(C₁||TIME1||S₁)發送給用戶B；

2)密鑰協商響應：用戶B收到密鑰協商請求后，利用時間戳TIME1判斷時間新鮮度，用自己的私鑰s_B對密文數據進行解密，得到用戶A的ID_A、X_A和T_A，并用用戶A的公鑰X_A驗證簽名值，然后，用戶B生成臨時密鑰t_B并計算臨時公鑰T_B＝t_BG，用用戶A的公鑰X_A對用戶B標識ID_B、公鑰X_B及T_B加密得到C₂＝Enc(ID_B||X_B||T_B，X_A)，并使用SM3算法計算密文C₂的哈希值H₂＝SM3((Enc(ID_B||X_B||T_B，X_A))，用自己的私鑰s_B對哈希值H₂進行簽名得到簽名值S₂＝Sign(H₂，s_B)，向用戶A發送密文數據、當前時間戳TIME2和簽名值(C₂||TIME2||S₂)；

3)密鑰協商確認：用戶B使用自己的私鑰s_B計算密鑰元素并生成會話密鑰

用戶A收到來自B的消息后，使用自己的私鑰s_A計算密鑰元素并生成會話密鑰以下過程證明和和成立：

若SK_BA＝SK_AB，則表示用戶A和用戶B協商成功，獲得了相同的會話密鑰，由于密鑰協商過程中的t_A和t_B都是隨機生成的隨機數，所以所述安全通信方法實現了通信雙方的雙向身份認證及密鑰協商功能，實現了動態密鑰協商、密鑰更換和密鑰銷毀功能。