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专利号: 2023103117181
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多因子物联网终端动态群组接入认证方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:系统初始化阶段:SDN控制器与物联网网关建立安全连接,SDN控制器进行系统初始化,生成一个安全私钥,并选择一个安全单项哈希函数;

S2:物联网终端注册阶段:将物联网终端按群组进行划分,在安全信道下统一注册;

S3:登录阶段:物联网终端通过PUF解密智能卡中的秘密参数,并对物联网终端的安全性、可靠性进行验证;

S4:身份认证与会话密钥协商阶段:在一个待认证的群组中,首先组长向SDN控制器发起接入认证请求;SDN控制器通过注册时的信息与认证请求中的参数,验证组长的身份后,生成一个随机数并为群组中每一位成员计算加密密钥,然后发送给物联网网关;物联网网关为每个终端成员计算会话密钥,并通过加密密钥保护随机数,然后向群组成员广播认证消息;群组成员根据登录时的参数与认证消息在本地计算加密密钥、会话密钥、组密钥,然后验证认证消息并更新伪身份,随后计算认证成功消息发送给组长;组长将各个成员的验证成功消息进行融合发送给物联网网关;物联网网关对融合消息验证成功后,向SDN控制器发送认证成功消息,随后SDN控制器同步计算会话密钥与组密钥;

S5:动态加入终端阶段:当要向某一终端群组中添加新成员时,更新组密钥以保证前向安全;

S6:动态移除终端阶段:当发现一个群组中的某个成员存在恶意行为时,将该成员逐出群组,并更新组密钥SKG以保证后向安全;

S7:定时更新组身份与PUF激励响应对阶段:当一定时间段后,为防止跟踪攻击,对组身份标识和PUF激励响应对进行更新;各个物联网终端重新选择私钥与PUF输入激励,并计算相应注册参数发送给SDN控制器;SDN控制器根据新的参数,重新计算组身份标识与选择随机数,并通过原有会话密钥发送给各个物联网终端;随后各个终端与SDN控制器同步计算更新会话密钥与组密钥。

2.根据权利要求1所述的多因子物联网终端动态群组接入认证方法,其特征在于:所述步骤S1具体包括:SDN控制器与物联网网关建立安全连接,然后生成一个安全私钥δsc,并选* n择一个安全单项哈希函数H():{0,1}→{0,1},n是哈希函数消息摘要输出的位宽。

3.根据权利要求1所述的多因子物联网终端动态群组接入认证方法,其特征在于:所述步骤S2中,群组中的k个终端成员都默认配备一个物理不可克隆函数PUF,并初始化一个激励响应对CRP(Ci,Ri),物联网终端注册具体包括以下步骤:S21:物联网终端通过身份标识IDi与PUF输出计算注册参数GPWi,向SDN控制器发送注册信息;

Ri=PUF(Ci)

GPWi=H(IDi||Ri)

其中,Ri表示物理不可克隆函数PUF的输出响应,Ci表示物理不可克隆函数的输入激励,GPWi表示注册参数,H表示哈希函数;

S22:SDN控制器为物联网终端计算伪身份VIDi,选择大素数pi和指数运算的原根g,SDN控制器发送注册信息到物联网终端;VIDi的计算公式如下:VIDi=H(IDi||δsc)

δsc表示SDN控制器的安全私钥;

xi

S22:物联网终端选择私钥xi,计算注册信息yi≡g mod pi,并向SDN发送注册信息

S24:SDN控制器根据注册信息构建同余方程组计算得到组身份标识GID,通过注册信息加密组身份标识计算得Wi,SDN控制器发送注册信息到物联网终端;GID是同余方程的计算结果,公式如下:S25:物联网终端为加密私钥和参数完整性验证计算B1和B2,并将存储到智能卡SMCi中,其中Wi用于保护GID的参数:Wi=GID⊕GPWi

B1和B2用于保护物联网终端的私钥和完整性验证,其计算过程如下所示:B1=xi⊕H(VIDi||GPWi)

B2=H(VIDi||IDi||xi||Ri||Wi||GID)。

4.根据权利要求1所述的多因子物联网终端动态群组接入认证方法,其特征在于:步骤S3具体包括:物联网终端读取身份标识IDi和PUF输入激励Ci,以及智能卡中的参数,计算GPWi,解密B1保护的私钥并对参数进行完整性验证。

5.根据权利要求1所述的多因子物联网终端动态群组接入认证方法,其特征在于:所述步骤S4具体包括:S41:群组组长生成时间戳T1,计算认证请求验证参数AUTHGL=H(GID||VIDGL||IDGL||T1),并将认证请求消息<VIDGL,AUTHGL,T1>发送到物联网网关;

S42:物联网网关将认证请求消息转发给SDN控制器;

S43:SDN控制器验证消息新鲜性后验证AUTHGL,为每个终端成员计算加密密钥Ki=H(VIDi||GID||GPWi),选择随机数r,将消息<{VIDi,Ki},r,GID>发送到物联网终端;

S44:物联网网关为保护随机数r计算Di,计算会话密钥SKi,以及完整性验证参数AUTHi‑ITG,将消息发送到群组组长,公式如下:Di=r⊕H(VIDi||Ki)

SKi=H(VIDi||GID||r||Ki)

AUTHi‑ITG=H(VIDi||GID||r||SKi||Ki||Di)S45:组长将消息在组内进行广播,终端成员计算加密密钥Ki,解密Di得到随机数r,计算new会话密钥SKi,计算组密钥SKG,并进行完整性验证计算AUTHi‑ITG,更新伪身份计算VIDi ,计算认证成功参数AUTHi‑N,将消息发送给群组组长;公式如下:SKG=H(r||GID)

new

VIDi =H(r||VIDi||IDi)

AUTHi‑N=H(VIDi||GID||Di||r||SKi||SKG||Ki)S46:群组组长将各个成员的消息进行融合计算得到融合认证参数AUTHt,将消息发送到物联网网关;其中:AUTHt=AUTH1‑N⊕AUTH2‑N⊕...⊕AUTHk‑NS47:物联网网关计算SKG,并验证AUTHt,向SDN控制器发送认证成功消息,SDN控制器同new步计算

6.根据权利要求1所述的多因子物联网终端动态群组接入认证方法,其特征在于:步骤S5具体包括以下步骤:S51:新成员Nk+1生成一个时间戳T2,并计算认证请求验证参数AUTHk+1,将消息<VIDk+1,AUTHk+1,T2>发送到该群组的组长,具体公式如下:AUTHk+1=H(GID’||VIDk+1||IDk+1||GPWk+1||T2)S52:群组组长向消息中添加组身份标识,将消息

S53:SDN控制器验证消息的新鲜性,验证计算AUTHk+1,重新构建同余方程组计算新的组身份标识GIDnew,选择新的随机数rnew,计算加密密钥K’k+1和Kk+1,将消息<{VIDk+1,K’k+1,Kk+1},rnew,GIDnew>发送给物联网网关;计算公式如下:K’k+1=H(VIDk+1||GID’||GPWk+1)

Kk+1=H(VIDk+1||GIDnew||GPWk+1)S54:物联网网关为加密新的组身份标识和随机数计算D’k+1和Dk+1,计算会话密钥SKk+1和完整性验证参数AUTH(k+1)‑ITG,将消息<VIDk+1,D’k+1,Dk+1,AUTH(k+1)‑ITG>发送到新成员,并将<rnew,GIDnew>通过原有组密钥广播给原有组成员;计算公式如下:D’k+1=GIDnew⊕H(VIDk+1||K’k+1)

Dk+1=rnew⊕H(VIDk+1||Kk+1)

SKk+1=H(VIDk+1||GIDnew||rnew||Kk+1)AUTH(k+1)‑ITG=H(VIDk+1||GIDnew||rnew||SKk+1||K’k+1||Kk+1||D’k+1||Dk+1)S55:新成员计算加密密钥K’k+1和Kk+1解密D’k+1和Dk+1得到新的组身份标识和随机数,计new new算会话密钥SKk+1和组密钥SKG ,计算验证AUTH(k+1)‑ITG,更新伪身份VIDk+1 ,计算认证成功参数AUTH(k+1)‑N,将消息<VIDk+1,AUTH(k+1)‑N>发送到物联网网关;于此同时,其它成员收到后,也将进行更新;计算公式如下:new

VIDk+1 =H(r||VIDk+1||IDk+1)

new

AUTH(k+1)‑N=H(VIDk+1||GIDnew||D’k+1||Dk+1||rnew||SKk+1||SKG ||K’k+1||Kk+1)newS56:物联网网关计算SKG 并验证计算AUTH(k+1)‑N,向SDN控制器发送认证成功消息;SDN控制器同步对进行更新。

7.根据权利要求1所述的多因子物联网终端动态群组接入认证方法,其特征在于:步骤S6具体包括以下步骤:S61:首先SDN控制器检索恶意成员Nk,并撤销Nk的合法身份,将其yk修改成其它值y’k,并重新构建同余方程组计算得GIDnew:SDN生成新的随机数rnew,并将消息<rnew,GIDnew>通过SKi加密发送给除去恶意成员Nk之外的群组成员;

S62:其它成员将进行更新,SC也重新计算并通过加密与ITG同步。

8.根据权利要求1所述的多因子物联网终端动态群组接入认证方法,其特征在于:步骤new new new newS7包括:物联网终端生成新的PUF输入激励Ci ,计算Ri ,GPWi ,选择新的私钥xi 计算new new newyi ,将消息发送到SDN控制器;SDN控制器重新构建同余方程组得到GIDnew,生成新的随机数rnew,并将消息<rnew,GIDnew>广播给所有群组成员;群组成员、SDN控制器和物联网网关,更新参数。