專利名稱：移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別涉及移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層分布式身份認(rèn)證方案。

背景技術(shù)：
移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(Mobile Ad Hoc Network，簡(jiǎn)稱“MANET”)，又稱為移動(dòng)ad hoc網(wǎng)絡(luò)，是一種特殊的沒有有線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支持的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，它是由一組帶有無線收發(fā)器的移動(dòng)終端所組成的一個(gè)無基站多跳步臨時(shí)性自治網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)的建立快捷、靈活，不受有線網(wǎng)絡(luò)的約束，它主要應(yīng)用在軍事戰(zhàn)場(chǎng)、抗洪救火、無法布線等特殊和緊急環(huán)境下，并具有一般通信網(wǎng)絡(luò)所沒有的一些特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的自組織性；動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；有限的無線傳輸帶寬；移動(dòng)終端的局限性；路由的多跳性；易受攻擊等等。由于它的特殊應(yīng)用，MANET已成為無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，完善的安全機(jī)制則是它應(yīng)用的重要前提。
移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)之初指的是一種小型無線局域網(wǎng)。這種小型局域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)之間不需要經(jīng)過基站或其它管理控制設(shè)備就可以直接實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。而且當(dāng)兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)之間由于功率或其它原因?qū)е聼o法實(shí)現(xiàn)鏈路直接連接時(shí)，網(wǎng)內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)可以幫助中繼信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的相互通信。由于無線節(jié)點(diǎn)是在隨時(shí)移動(dòng)著的，因此這種網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也是動(dòng)態(tài)變化的。它們之間的通信模式也就無法直接照搬目前有基礎(chǔ)設(shè)施的通信網(wǎng)的通信模式。
自組織網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)有兩種方式平面結(jié)構(gòu)和分級(jí)結(jié)構(gòu)。平面結(jié)構(gòu)中，所有結(jié)點(diǎn)的地位平等，所以又稱為對(duì)等式結(jié)構(gòu)。而分級(jí)結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為簇。每個(gè)簇由一個(gè)簇頭和多個(gè)成員節(jié)點(diǎn)組成。簇頭結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)簇間業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)。在平面結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)都需要知道到達(dá)其它所有結(jié)點(diǎn)的路由。由于結(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性，維護(hù)這些動(dòng)態(tài)變化的路由信息需要大量的控制消息。網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越大，路由維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)管理的開銷就越大，網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)充性較差。分級(jí)結(jié)構(gòu)克服了平面結(jié)構(gòu)可擴(kuò)充性差的缺點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不受限制。分級(jí)結(jié)構(gòu)中，簇頭的功能相對(duì)較強(qiáng)，而普通節(jié)點(diǎn)的功能比較簡(jiǎn)單，基本上不需要維護(hù)路由。這大大減少了網(wǎng)絡(luò)中路由控制信息的數(shù)量。此外，分級(jí)結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性管理和保障通信業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大并需要提供一定的服務(wù)質(zhì)量保障時(shí)宜采用分級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)絡(luò)安全是自組織網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)大問題。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)之一就是安全性較差，易受竊聽和攻擊。因此，需要研究適用于Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的安全體系結(jié)構(gòu)和安全技術(shù)。目前在安全方面主要集中在有線加密、密碼協(xié)議安全性分析與攻擊方法的研究、消息認(rèn)證和完整性技術(shù)研究等幾個(gè)方面。
移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)移動(dòng)用戶身份的認(rèn)證是保證網(wǎng)絡(luò)正常工作的重要組成部分，身份認(rèn)證可以有效地防止假冒攻擊。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通常需要一個(gè)信任的認(rèn)證中心來提供密鑰管理服務(wù)，但移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)無中心的分布式網(wǎng)絡(luò)， 所有的用戶都是平等的。而且由于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，網(wǎng)絡(luò)用戶也呈現(xiàn)一定的流動(dòng)性，無法保證某個(gè)用戶能夠固定地充當(dāng)可信中心。特別是當(dāng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)用于軍事目的時(shí)，單個(gè)的可信中心會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵點(diǎn)，降低了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。
如前所述，當(dāng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較大時(shí)，簡(jiǎn)單的平面網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證機(jī)制已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證需求。由于基于簇的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比平面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有許多優(yōu)點(diǎn)分簇促進(jìn)了空間資源的重用，極大地提高了系統(tǒng)的容量；分簇能夠減少尋找路由時(shí)的廣播包；分簇能夠減少在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播拓?fù)涓碌南⒌目偭?；分簇能夠加?qiáng)網(wǎng)絡(luò)管理和減少對(duì)普通成員的計(jì)算和存儲(chǔ)能力的需求。因此分簇的分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更適用于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于分簇MANET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需要分層分布式身份認(rèn)證方案的支持。
當(dāng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行分層次的管理，簡(jiǎn)單的平面網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證機(jī)制已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證需求，分層的分布式認(rèn)證是一種很好的解決方案?，F(xiàn)有的認(rèn)證方案多基于GQ門限簽名和Hash鏈認(rèn)證方法。
門限群簽名是門限密碼學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容之一，最初由Desmedt等學(xué)者提出?，F(xiàn)有的數(shù)字簽名方案主要分為基于離散對(duì)數(shù)密碼系統(tǒng)和RSA密碼系統(tǒng)兩大類，GQ方案屬于后一種，即基于大整數(shù)分解的難題。GQ簽名方案提出之后，得到了廣泛的關(guān)注。
盡管GQ簽名方案收到了較多關(guān)注，但關(guān)于GQ門限簽名的論文卻很少。這主要是由于GQ簽名是屬于門限RSA簽名的一種，其安全性是基于大整數(shù)分解的難題。首先，為了保護(hù)RSA的模數(shù)N的因子分解，不能讓參與簽名的成員知道

其次，

不是域，不能用一般的秘密共享的辦法來共享簽名密鑰d。Liu在2003年提出了一種基于GQ簽名的門限群簽名方案，詳細(xì)步驟如下 初始階段令n＝p·q，m＝p′·q′，并且p＝2p′+1，q＝2q′+1，p、q、p′、q′都是大素?cái)?shù)。Qn是zn*中所有二次剩余的集合，g是Qn的一個(gè)生成元?？芍猀n的階是m，所有的運(yùn)算都在集合Qn之中，而冪運(yùn)算在Zm之中。任選一個(gè)在Zm上的多項(xiàng)式f(x)＝atxt+...+a1x+a0，令s＝ga0modn是主密鑰，si＝gf(i)modn是分配給每個(gè)用戶Pi的子密鑰。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有l(wèi)個(gè)用戶，令L＝l！。隨機(jī)選擇一個(gè)整數(shù)e，與L2互素，并計(jì)算v＝1/semodn。參數(shù)(n，g，e，v，L)公開，其它保密。
部分簽名生成階段 a.首先所有用戶執(zhí)行一次密鑰協(xié)商協(xié)議。每個(gè)用戶Pi隨機(jī)選擇一個(gè)多項(xiàng)式fi(x)＝aitxt+...+ai1x+ai0，計(jì)算fi(j)和Ai＝gai0emodn，并廣播給其它用戶，j∈{1，...，l}。每個(gè)用戶得到各自的份額并計(jì)算ri＝gfr(i)modn，這里并且，所有用戶都得到公共參數(shù) b.所有用戶再次執(zhí)行一次密鑰協(xié)商協(xié)議。這次協(xié)商中，每個(gè)用戶Pi任意選擇的多項(xiàng)式常數(shù)項(xiàng)為0，即fi(x)＝aitxt+...+ai1x，計(jì)算fi(j)并廣播給其它用戶。每個(gè)用戶都得到各自的份額并計(jì)算ci＝gLfc(i)modn，這里 c.所有用戶都計(jì)算σ＝H(y，M)，其中M是要簽名的消息，H(·)是單向的hash函數(shù)，并計(jì)算出各自的部分簽名 門限群簽名生成階段 a.當(dāng)t+1個(gè)以上的用戶同意簽名時(shí)，任意t+1個(gè)用戶合作，計(jì)算zi1，zi2...，zit+1是任意t+1個(gè)用戶的簽名，λij是相應(yīng)的拉格朗日插值系數(shù)。
b.存在整數(shù)a和b，令L2a+eb＝1，計(jì)算出z＝z′a·(y/vσ)bmodn。簽名就是(z，σ)。
群簽名驗(yàn)證階段驗(yàn)證者計(jì)算y′＝zevσmodn。如果σ＝H(y′，M)，簽名有效。
另外一種效率更高的Hash鏈的認(rèn)證方法，可以提高密鑰的使用效率，Neumann提出了采用多個(gè)Hash鏈作為密鑰的方法HORSE，而不是只使用一對(duì)公鑰和密鑰，該方案詳細(xì)步驟如下 令m是要簽名的消息。整數(shù)t和l都是安全系數(shù)，令T是0到t-1的整數(shù)集合。選取一個(gè)強(qiáng)單向函數(shù)H(·)，能夠?qū)⑤斎氲娜我忾L(zhǎng)度的數(shù)轉(zhuǎn)換成k個(gè)小于t-1的整數(shù)，也就是klog2t≤|H(·)|，這里|H(·)|表示為Hash函數(shù)H(·)輸出的二進(jìn)制長(zhǎng)度。f(·)也是一個(gè)Hash函數(shù)。選擇t個(gè)l位長(zhǎng)的值s<0，0>，s<0，1>，...，s<0，t-1>，并用它們構(gòu)成t個(gè)長(zhǎng)度為d的Hash鏈，這些Hash鏈被用作密鑰。初始的密鑰SK0和公鑰PK0分別是 SK0＝(s0，s1，...，st-1)＝(s<d-1，0>，s<d-1，1>，...，s<d-1，t-1>) PK0＝(v0，v1，...，vt-1)＝(f(s<d-1，0>)，f(s<d-1，1>)，...，f(s<d-1，t-1>)＝(s<d，0>，s<d，1>，...，s<d，t-1>) 其中si，j＝fi(s<0，j>)。定義u是Hash鏈中密鑰的序號(hào)。Hash鏈的建立如圖1所示。
簽名時(shí)，簽名者先計(jì)算h＝H(m)，并把h分成k個(gè)長(zhǎng)度log2t的字串{h1，h2，...，hk}，并將hj(1≤j≤k)轉(zhuǎn)換成k個(gè)整數(shù)ij(1≤j≤k)，并根據(jù)當(dāng)前已經(jīng)出示的密鑰，m的簽名就是(si1，si2，...，sik)。假設(shè)公鑰是(v0，v1，...，vt-1)，并且序列號(hào)從1開始計(jì)算。簽名(si1，si2，...，si2k)就是(s<d-u，0>，s<d-u，1>，...，s<d-u，t-1>)的一個(gè)子集。驗(yàn)證此簽名時(shí)，驗(yàn)證者用同樣的方式計(jì)算出字串{h1，h2，...，hk}，然后分別轉(zhuǎn)換成整數(shù)ij(1≤j≤k)，并驗(yàn)證vi1＝fu(si1)，vi2＝fu(si2)，...，vik＝fu(sik)是否成立。如果這些等式成立，則驗(yàn)證通過。
簽名每次使用k個(gè)密鑰，而每一序號(hào)對(duì)應(yīng)t個(gè)密鑰。當(dāng)某一序號(hào)的密鑰大部分使用過以后，序列號(hào)加1，密鑰向前推進(jìn)。
在實(shí)際應(yīng)用中，存在以下問題Liu提出的基于GQ簽名的門限群簽名方案計(jì)算量太大，對(duì)于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的資源環(huán)境特點(diǎn)，該方案不適合應(yīng)用于移動(dòng)自組網(wǎng)。
根據(jù)該GQ門限簽名方案的步驟，容易看出在部分簽名生成階段，網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶執(zhí)行了兩次密鑰協(xié)商，并且需要計(jì)算5l次冪指數(shù)函數(shù)；而在群簽名合成階段，共需計(jì)算t+4次冪指數(shù)函數(shù)；在群簽名驗(yàn)證階段需要計(jì)算2次冪指數(shù)函數(shù)?？梢妼?duì)于計(jì)算資源的要求非常高，而移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是不存在基站、網(wǎng)關(guān)等處理能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，所有節(jié)點(diǎn)都是對(duì)等的，頂多存在簇頭具有更強(qiáng)的處理能力，因此該方案很難在實(shí)際中應(yīng)用于移動(dòng)自組織網(wǎng)的安全認(rèn)證。
另外，該GQ門限群簽名方案是一種針對(duì)一般信息簽名的協(xié)議，而在分簇MANET的分層認(rèn)證方案中要把群簽名作為身份證書頒發(fā)給用戶，還要考慮到身份證書的保密性和重用，因此該方案在這方面也存在不足。
而上述第二種基于Hash鏈的認(rèn)證方案若應(yīng)用在移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證中，將存在兩個(gè)致命的問題首先，同步問題難以解決，容易引起同步攻擊，移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)需要通過多跳通信，認(rèn)證相關(guān)的信息需要在所有節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行同步，該方案對(duì)信息同步要求太高，從而降低了網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全；其次，所述Hash函數(shù)H(·)輸出位數(shù)多，直接導(dǎo)致計(jì)算量增大，同樣地會(huì)對(duì)MANET的處理資源提出挑戰(zhàn)。
最后，上面所述的方案都是各自給出一種認(rèn)證方法，缺乏分簇移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層分布式認(rèn)證的整體方案，還需要一種能夠在實(shí)際移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中應(yīng)用的分層認(rèn)證方案。
造成這種情況的主要原因在于，上述兩種方案都只解決了單純的簽名或認(rèn)證問題，沒有給出完整的針對(duì)分簇移動(dòng)自組織網(wǎng)的分層認(rèn)證方案；而且其中，由于GQ門限簽名方案的理論基礎(chǔ)缺陷，導(dǎo)致該方案對(duì)計(jì)算資源的需求太大；而基于Hash鏈的HORSE方法也由于Hash函數(shù)輸出位數(shù)太多導(dǎo)致計(jì)算量太大而無法實(shí)現(xiàn)，同時(shí)其方案的操作方式還對(duì)同步要求太高。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層認(rèn)證方法、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)，使得分簇移動(dòng)自組織網(wǎng)的分層分布式認(rèn)證方案得以實(shí)現(xiàn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層認(rèn)證方法，所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)采用分簇組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)簇包含簇頭節(jié)點(diǎn)，簇間通信經(jīng)由簇頭，包含以下步驟 系統(tǒng)對(duì)初始的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，按新門限群簽名協(xié)議，給各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)其證書、子密鑰； 當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，由規(guī)定數(shù)目的簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)其子密鑰，按所述新門限群簽名協(xié)議，聯(lián)合給該新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書； 節(jié)點(diǎn)依據(jù)所述證書通過所述新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證、實(shí)現(xiàn)簇間通信。
其中，按所述新門限群簽名協(xié)議，首先確定以下參數(shù)N、p、q、m、p′、q′、g、d、v、x、y和hash(·)，其中， N＝p·q，p和q是安全大素?cái)?shù)，p′和q′為大素?cái)?shù)，且有p＝2p′+1、q＝2q′+1，m＝p′·q′； 用ZN*表示N的最小剩余系，用QN表示ZN*中所有平方剩余數(shù)構(gòu)成的乘法子群，g∈ZN*是子群QN的生成元； 隨機(jī)選取d、v使其均與m互素，群密鑰為x＝gdmodN，群公鑰為y，且xv·y≡1modN； hash()為選定的強(qiáng)單向哈希映射函數(shù)； 按所述新門限群簽名協(xié)議，在初始化時(shí)，系統(tǒng)選定一個(gè)t-1階的多項(xiàng)式f(·)，其常數(shù)項(xiàng)d＝f(0)modm為整個(gè)系統(tǒng)的根密鑰，然后把子密鑰si＝gf(i)modmmodN分發(fā)給每個(gè)群成員，t為參與群簽名的成員數(shù)目； 按所述新門限群簽名協(xié)議，任意t個(gè)成員進(jìn)行群簽名時(shí)，對(duì)給定消息M，每個(gè)參與群簽名成員隨機(jī)選擇一個(gè)整數(shù)ki，計(jì)算并廣播每個(gè)參與群簽名成員再計(jì)算及h＝hash(M，R)，得到各自的子簽名 按所述新門限群簽名協(xié)議，被群簽名者獲得t個(gè)參與群簽名成員的子簽名ci后，計(jì)算生成群簽名(c，h)及證書(M，c，h)； 按所述新門限群簽名協(xié)議，依據(jù)所述群簽名證書(M，c，h)進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，驗(yàn)證者計(jì)算R′＝cvyhmod N，且判斷h＝h(M，R′)是否成立，如果成立則身份認(rèn)證成功，否則身份認(rèn)證失敗。
本發(fā)明還公開了一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證。
本發(fā)明還公開了一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證系統(tǒng)，包含 對(duì)初始的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，按新門限群簽名協(xié)議，給各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)其證書、子密鑰的單元； 規(guī)定數(shù)目的節(jié)點(diǎn)，用于在新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，根據(jù)子密鑰，按所述新門限群簽名協(xié)議，聯(lián)合給該新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書；該新節(jié)點(diǎn)依據(jù)頒發(fā)的證書通過所述新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證、實(shí)現(xiàn)通信。
其中，所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)采用分簇組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)簇包含簇頭節(jié)點(diǎn)，簇間通信經(jīng)由簇頭， 聯(lián)合給所述新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書的所述規(guī)定數(shù)目的節(jié)點(diǎn)都是簇頭節(jié)點(diǎn)。
通過比較可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)的主要區(qū)別在于，采用分簇移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提出分層分布式身份認(rèn)證方案，在簇間通信中采用改進(jìn)的新門限群簽名協(xié)議，該協(xié)議改進(jìn)了原先的基于GQ的門限群簽名方法，降低冪指數(shù)計(jì)算次數(shù)，提高計(jì)算并行性，降低處理資源要求； 在初始化時(shí)由系統(tǒng)統(tǒng)一頒發(fā)證書、子密鑰，擁有各自子密鑰的達(dá)到一定數(shù)目的簇頭即可聯(lián)合恢復(fù)系統(tǒng)密鑰，從而進(jìn)行群簽名給新加入節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書，且采用多跳串行通信的方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)合群簽名； 對(duì)于普通的節(jié)點(diǎn)間簇間通信，簇頭僅起到路由、轉(zhuǎn)發(fā)作用，身份認(rèn)證由節(jié)點(diǎn)根據(jù)證書進(jìn)行；而對(duì)于重要的簇間通信，簇頭也參與身份認(rèn)證，簇頭之間相互進(jìn)行身份認(rèn)證；節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，才還用零知識(shí)認(rèn)證體系，使得被認(rèn)證方不需向認(rèn)證方公開任何密鑰相關(guān)信息； 簇內(nèi)通信中，采用HORSC協(xié)議實(shí)現(xiàn)平面網(wǎng)絡(luò)式身份認(rèn)證，該協(xié)議實(shí)現(xiàn)了效率更高的Hash鏈認(rèn)證模式，充分利用了簇頭的處理資源，由簇頭統(tǒng)一控制簇內(nèi)同步和公鑰更新，解決了同步問題； 由于簇頭與節(jié)點(diǎn)的處理任務(wù)區(qū)別，設(shè)置所有加入自組織網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)為普通和加強(qiáng)兩種工作狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)于普通節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)身份，以配合實(shí)現(xiàn)分層分布式認(rèn)證方案且充分利用網(wǎng)絡(luò)處理資源。
這種技術(shù)方案上的區(qū)別，帶來了較為明顯的有益效果，即分層分布式身份認(rèn)證方案按改進(jìn)的新門限群簽名協(xié)議實(shí)現(xiàn)簇間身份認(rèn)證、按HORSC協(xié)議簇內(nèi)身份認(rèn)證，完全解決了分簇組網(wǎng)的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的身份認(rèn)證問題； 其中，改進(jìn)的新門限群簽名協(xié)議向?qū)τ谠诂F(xiàn)有基于GQ門限群簽名技術(shù)，在子簽名生成階段只需次冪指數(shù)計(jì)算，群簽名合成時(shí)不需要計(jì)算冪指數(shù)計(jì)算，簽名驗(yàn)證時(shí)只需2次冪指數(shù)計(jì)算，而且部分冪指數(shù)運(yùn)算可以在網(wǎng)絡(luò)中分布式進(jìn)行或事先進(jìn)行，在分簇網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)合群簽名時(shí)身份證書的逐跳生成階段需要計(jì)算次冪指數(shù)計(jì)算，大大減少了計(jì)算量，降低了對(duì)節(jié)點(diǎn)處理資源的要求，使得簇間身份認(rèn)證容易實(shí)現(xiàn)； 在給新節(jié)點(diǎn)聯(lián)合頒發(fā)證書時(shí)，采用串行多跳通信實(shí)現(xiàn)參與群簽名簇頭之間的廣播，不僅降低了網(wǎng)絡(luò)通信次數(shù)，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，而且減少通信的回合將會(huì)加速協(xié)議的執(zhí)行，提高網(wǎng)絡(luò)反應(yīng)速度； 簇間身份認(rèn)證時(shí)采用零知識(shí)認(rèn)證方式，被認(rèn)證方無需向認(rèn)證方公開相關(guān)信息，確保認(rèn)證系統(tǒng)的安全程度，實(shí)現(xiàn)了身份證書的重用，延長(zhǎng)了證書的使用時(shí)間，提高了證書的使用效率； 簇間身份認(rèn)證時(shí)，簇頭可以根據(jù)通信的安全級(jí)別確定是否加入身份認(rèn)證，在重要通信中，簇頭之間需要進(jìn)行身份認(rèn)證，進(jìn)一步確保簇間身份認(rèn)證的安全； 簇內(nèi)基于Hash鏈的HORSC協(xié)議在生成字串時(shí)插入隨機(jī)數(shù)到字串中，不僅實(shí)現(xiàn)了相同等級(jí)的安全程度，而且減少了Hash函數(shù)的輸出位數(shù)，從而直接減少一半計(jì)算量，大大降低處理資源的要求，提高可行性； 基于Hash鏈的HORSC協(xié)議簇內(nèi)認(rèn)證充分利用了簇頭地處理資源，由于簇頭的嚴(yán)格控制同步數(shù)，保證同步數(shù)的增長(zhǎng)快于用戶認(rèn)證服務(wù)的最大頻率，并且簇內(nèi)距離短，也不會(huì)出現(xiàn)大的延遲，為基于Hash鏈的認(rèn)證提供了一個(gè)良好的環(huán)境，不但加快了處理速度，而且解決了簇內(nèi)同步問題，提高了認(rèn)證效率。



圖1是基于Hash鏈的身份認(rèn)證方案中的Hash鏈和初始公鑰、密鑰示意圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)分簇組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和分層分布式認(rèn)證方案示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施方式的多個(gè)簇頭進(jìn)行聯(lián)合群簽名給新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書的流程示意圖。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)最基礎(chǔ)的組網(wǎng)方式是平面式組網(wǎng)，該方式所存在缺陷使其無法得到推廣和發(fā)展，而分簇式組網(wǎng)得到廣泛的認(rèn)可。特別是當(dāng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模比較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行分層次的管理，簡(jiǎn)單的平面網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證機(jī)制已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證需求，分層的分布式認(rèn)證是一種很好的解決方案，本發(fā)明基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn)，提出一種分層分布式認(rèn)證解決方案，分別采用改進(jìn)的新門限群簽名協(xié)議實(shí)現(xiàn)簇間認(rèn)證，而采用基于Hash鏈的HORSC協(xié)議實(shí)現(xiàn)簇內(nèi)平面式認(rèn)證。簇間認(rèn)證采用約束條件較少的更為強(qiáng)壯的GQ簽名方案，而簇內(nèi)則采用更為高效但需要嚴(yán)格管理的Hash鏈的認(rèn)證方案，由簇頭負(fù)責(zé)本簇內(nèi)認(rèn)證的管理。對(duì)于新用戶的證書，則采用一種門限群簽名的方式頒發(fā)，由計(jì)算能力較強(qiáng)的簇頭聯(lián)合頒發(fā)。從而不但降低了對(duì)節(jié)點(diǎn)處理能力的要求，而且提高了認(rèn)證速度和效率，增強(qiáng)分層分布式認(rèn)證方案可行性。
本發(fā)明的第一實(shí)施例首先給出分層分布式認(rèn)證方案的基本架構(gòu)，主要包括初始化、頒發(fā)新節(jié)點(diǎn)證書、簇間認(rèn)證、簇內(nèi)認(rèn)證四個(gè)環(huán)節(jié)。移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)采用分簇組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)簇包含簇頭節(jié)點(diǎn)，簇間通信經(jīng)由簇頭。圖2示出了分層分布式認(rèn)證方案的架構(gòu)。
在系統(tǒng)對(duì)初始的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化時(shí)，按新門限群簽名協(xié)議，給各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)其證書、子密鑰，其中系統(tǒng)需要首先確定與新門限簽名協(xié)議相關(guān)的參數(shù)，然后進(jìn)行計(jì)算得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)證書，并秘密發(fā)送給各個(gè)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)聯(lián)合頒發(fā)證書，需要給每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)子密鑰，子密鑰的設(shè)計(jì)需要根據(jù)新門限群協(xié)議事先約定的參數(shù)，比如參與聯(lián)合頒發(fā)證書群簽名的簇頭個(gè)數(shù)，來計(jì)算子密鑰使得超過該數(shù)目的子密鑰即可聯(lián)合恢復(fù)系統(tǒng)密鑰； 當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，由規(guī)定數(shù)目的簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)其子密鑰，按所述新門限群簽名協(xié)議，聯(lián)合給該新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書，其中簇頭需要召集達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的參與群簽名簇頭數(shù)目個(gè)簇頭，然后按照該協(xié)議與新節(jié)點(diǎn)交互，通過分布式計(jì)算和通信得到新節(jié)點(diǎn)的證書，該證書可以根據(jù)協(xié)議用相同的方法進(jìn)行身份認(rèn)證； 節(jié)點(diǎn)依據(jù)證書通過新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證、實(shí)現(xiàn)簇間通信，擁有證書的節(jié)點(diǎn)之間即可實(shí)行身份認(rèn)證，認(rèn)證的方法與傳統(tǒng)的門限群簽名一致； 而在簇內(nèi)，節(jié)點(diǎn)只需按哈希獲得隨機(jī)子集(HORSC)協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證、實(shí)現(xiàn)簇內(nèi)通信，該協(xié)議能夠高效地實(shí)現(xiàn)平面式認(rèn)證，充分提高簇內(nèi)通信的效率，同時(shí)確保簇內(nèi)通信安全。
本發(fā)明的第二實(shí)施例首先給出了基于GQ門限群簽名理論改進(jìn)的新門限群簽名協(xié)議實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，該方案借鑒GQ門限群簽名的思想，設(shè)計(jì)一種新穎的(t，n)門限群簽名方案，其計(jì)算成本低于Liu的方案。
首先確定以下參數(shù)N、p、q、m、p′、q′、g、d、v、x、y和hash(·)，其中，N＝p·q，p和q是安全大素?cái)?shù)，p′和q′為大素?cái)?shù)，且有p＝2p′+1、q＝2q′+1，m＝p′·q′；用ZN*表示N的最小剩余系，用QN表示ZN*中所有平方剩余數(shù)構(gòu)成的乘法子群，g∈ZN*是子群QN的生成元；隨機(jī)選取d、v使其均與m互素，群密鑰為x＝gdmodN，群公鑰為y，且xv·y≡1mod N；hash()為選定的強(qiáng)單向哈希映射函數(shù)。
在初始化時(shí)，系統(tǒng)選定一個(gè)t-1階的多項(xiàng)式f(·)，其常數(shù)項(xiàng)d＝f(0)modm為整個(gè)系統(tǒng)的根密鑰，然后把子密鑰si＝gf(i)modmmod N分發(fā)給每個(gè)群成員，t為參與群簽名的成員數(shù)目；任意t個(gè)成員進(jìn)行群簽名時(shí)，對(duì)給定消息M，每個(gè)參與群簽名成員隨機(jī)選擇一個(gè)整數(shù)ki，計(jì)算并廣播每個(gè)參與群簽名成員再計(jì)算及h＝hash(M，R)，得到各自的子簽名于是t個(gè)以上成員即可通過Lagrange插值算法恢復(fù)出群密鑰x。
簽名合成時(shí)被群簽名者獲得t個(gè)參與群簽名成員的子簽名ci后，計(jì)算生成群簽名(c，h)及證書(M，c，h)。
簽名驗(yàn)證時(shí)依據(jù)所述群簽名證書(M，c，h)進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，驗(yàn)證者計(jì)算R′＝cvyhmodN，且判斷h＝h(M，R′)是否成立，如果成立則身份認(rèn)證成功，否則身份認(rèn)證失敗。
可見該方案與現(xiàn)有Liu的基于GQ簽名方案區(qū)別在于，通過計(jì)算順序和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，減少了計(jì)算量，在子簽名生成階段只需要總共計(jì)算2t次冪指數(shù)函數(shù)(假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中有t個(gè)簇頭參加簽名)，群簽名合成時(shí)不需要計(jì)算冪指數(shù)函數(shù)，簽名驗(yàn)證時(shí)需要計(jì)算2次冪指數(shù)函數(shù)，而有些冪指數(shù)運(yùn)算可以在網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)進(jìn)行或事先進(jìn)行，如計(jì)算 該改進(jìn)的新門限群簽名方案的使用方法如下待簽名者發(fā)送消息給每個(gè)簽名者請(qǐng)求群簽名，每個(gè)簽名者簽名后發(fā)送回子簽名，待簽名者將所有子簽名合成得到群簽名，認(rèn)證時(shí)發(fā)送該消息和群簽名給認(rèn)證者，認(rèn)證者對(duì)其進(jìn)行身份認(rèn)證。
本發(fā)明的第三實(shí)施例基于第二實(shí)施例所實(shí)現(xiàn)的新門限群簽名方案給出具體的簇間身份認(rèn)證實(shí)現(xiàn)方案。
首先在系統(tǒng)初始化時(shí)需要做的步驟如下確定協(xié)議規(guī)定的參數(shù)、生成每個(gè)初識(shí)節(jié)點(diǎn)的證書、生成每個(gè)節(jié)點(diǎn)的子密鑰。
系統(tǒng)充當(dāng)可信的密鑰分發(fā)者(dealer)為每個(gè)初始階段的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)頒發(fā)各自的子密鑰，首先系統(tǒng)選定參數(shù)N、p、q、m、p′、q′、g、d、v、x、y和hash()。
初始階段，每個(gè)成員Pi的身份證書由可信中心(系統(tǒng))頒發(fā)?？尚胖行倪x擇成員Pi的某一公開信息作為證書內(nèi)容Mi，如成員ID(身份)號(hào)碼，用戶名或E-mail等能代表用戶的唯一信息。再選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)bi，并計(jì)算hi＝hash(Mi，Bi)，Si≡bi·xhimodN，生成該節(jié)點(diǎn)用戶的證書(Mi，Si，Bi)，最后將證書(Mi，Si，Bi)秘密地發(fā)送給成員Pi。
子密鑰的分發(fā)時(shí)，假設(shè)最終所希望產(chǎn)生的是(t，n)門限方案，所以密鑰分發(fā)者首先任意選擇一個(gè)次數(shù)為t-1的多項(xiàng)式，f(x)＝at-1xt-1+...+a1x+d，其中x代表自變量、常數(shù)項(xiàng)d為整個(gè)系統(tǒng)的根密鑰。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)成員Pi，分配給唯一的身份號(hào)碼i，并計(jì)算Pi的子密鑰si＝gf(i)modmmodN。密鑰分發(fā)者將si秘密地傳送給Pi。這樣每個(gè)用戶得到系統(tǒng)頒發(fā)的一個(gè)子密鑰，子密鑰與之后的群簽名有關(guān)，系統(tǒng)在初始階段根據(jù)群簽名的方案產(chǎn)生子密鑰，在之后需要進(jìn)行聯(lián)合群簽名時(shí)用到子密鑰。
初始化之后系統(tǒng)即可進(jìn)行身份認(rèn)證，但是由于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)存在節(jié)點(diǎn)變動(dòng)問題，因此必須處理新加入節(jié)點(diǎn)的證書頒發(fā)，這就是新門限群簽名協(xié)議所解決的關(guān)鍵問題。移動(dòng)自組網(wǎng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的分布式網(wǎng)絡(luò)，新入網(wǎng)的用戶要依靠移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有的成員來頒發(fā)用戶的身份證書。對(duì)于新用戶的證書，采用門限群簽名的算法，由計(jì)算能力較強(qiáng)的簇頭聯(lián)合頒發(fā)。
當(dāng)新節(jié)點(diǎn)PN加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先要與一個(gè)相近的簇頭聯(lián)系。如果此簇頭同意PN加入，則PN就成為此簇的一個(gè)新成員。如果此簇頭不同意PN加入，PN必須繼續(xù)移動(dòng)并申請(qǐng)加入其它簇，直到本簇簇頭CHN同意其加入本簇。
當(dāng)PN成為一個(gè)簇中的成員后，他可以向本簇內(nèi)的簇頭CHN請(qǐng)求頒發(fā)證書，并發(fā)送一個(gè)整數(shù)gamodN，其中a是隨機(jī)數(shù)。如果CHN在一定時(shí)間內(nèi)認(rèn)定PN是可靠的，他就接受PN的申請(qǐng)，并將gamodN轉(zhuǎn)發(fā)給其他簇頭。當(dāng)超過一定數(shù)量的簇頭接受PN的申請(qǐng)，就可以向PN聯(lián)合頒發(fā)證書。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)簇頭CHi收到請(qǐng)求并同意參與認(rèn)證時(shí)，CHi返回兩個(gè)數(shù)grimodN和ri和ki是CHi產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。當(dāng)CHN收到超過t-1個(gè)簇頭的回應(yīng)之后，CHN任意選擇t-1個(gè)簇頭來共同給PN頒發(fā)身份證書，并且CHN也同樣發(fā)送兩個(gè)隨機(jī)數(shù)給PN。為方便起見，包括CHN在內(nèi)，定義這t個(gè)參與認(rèn)證的簇頭{CH1，CH2，...，CHt}構(gòu)成的集合為A。
PN保存集合A中成員返回的隨機(jī)數(shù)，并計(jì)算PN把(M、{A}、R)發(fā)送給CH1(即A中第一個(gè)節(jié)點(diǎn))，{A}表示集合A中的節(jié)點(diǎn)序列號(hào)碼。
CH1計(jì)算h＝hash(M，R)，s1是CH1擁有的子密鑰。隨后CH1把(d1，M，{A}，R)發(fā)送給CH2。CH2計(jì)算出h和然后CH2將(d1d2，M，{A}，R)傳送給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。依此類推，最后一個(gè)認(rèn)證節(jié)點(diǎn)CHt計(jì)算出并將返回給PN。
整個(gè)認(rèn)證的示例過程如圖3所示。PN收到CHt返回的S′后，計(jì)算群簽名最后獲得的有效簽名為S。因此，PN就得到聯(lián)合頒發(fā)的身份證書(M，S，R)。
當(dāng)PN獲得新證書后，就能在以后的簇間通信中用證書來證明身份。簇間通信的證書使用方法與前述一樣。移動(dòng)自組網(wǎng)中的用戶在通話前，必須進(jìn)行身份認(rèn)證，安全有效的身份證書可以防止假冒攻擊。身份證書使用時(shí)，驗(yàn)證者收到(M，S，R)。先計(jì)算h＝hash(M，R)，然后計(jì)算R′≡Svyhmod N。如果R′＝R，則證明簽名(S，R)是移動(dòng)自組網(wǎng)的成員對(duì)消息M的有效簽名。
可以看出，該門限群簽名的簇間認(rèn)證充分利用了簇頭的強(qiáng)計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)通信多跳的特性。新入網(wǎng)用戶的身份證書是一定數(shù)量的簇頭聯(lián)合工作，通過多跳通信完成的。簇頭的計(jì)算能力較強(qiáng)，因而對(duì)于證書頒發(fā)的迅速完成極為有利，并且避免了對(duì)普通節(jié)點(diǎn)的影響。考慮到無線通信的特點(diǎn)，每次通信的控制信息、每次通信無線電臺(tái)的收發(fā)轉(zhuǎn)換延遲以及一次成功通信的平均發(fā)送次數(shù)等，減少通信的回合將會(huì)加速協(xié)議的執(zhí)行。因此本方案在新入網(wǎng)用戶證書合成階段采用了逐跳通信的方式，減少了通信的回合，降低了網(wǎng)絡(luò)通信量，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬。
考慮到一般的認(rèn)證方法存在公開部分信息的安全隱患，因此本實(shí)施例還采用了零知識(shí)身份認(rèn)證協(xié)議，即被認(rèn)證方無需向認(rèn)證方公開信息，該協(xié)議規(guī)定如下認(rèn)證步驟 假設(shè)移動(dòng)網(wǎng)中用戶A與B要進(jìn)行通話。首先A要求B出示身份證書，A先發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)u給B。B收到隨機(jī)數(shù)u后，返回(MB，SBumod N，RBmod N)給A。A收到B返回的消息后，計(jì)算hB＝hash(MB，RBmodN)和R′≡Su·vyu·hBmod N，并驗(yàn)證是否若等式成立，則A相信B的真實(shí)性。反過來，B也要求A出示身份證書，具體過程同上面一樣。
這個(gè)協(xié)議既驗(yàn)證了身份，又避免了泄漏身份證書，是一個(gè)簡(jiǎn)單的零知識(shí)證明協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了身份證書的重用。
由此，當(dāng)不同簇的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行普通簇間通信時(shí)，經(jīng)由各自的簇頭進(jìn)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)點(diǎn)之間依據(jù)各自證書按新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證即可。
當(dāng)不同簇的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行重要的簇間通信時(shí)，經(jīng)由各自的簇頭進(jìn)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)，簇頭可以提供簽名來保證本簇內(nèi)成員的身份，簇頭之間也需要身份認(rèn)證。假設(shè)A和B是不同的簇的成員，CHA和CHB分別是他們的簇頭?，F(xiàn)在A和B進(jìn)行一次重要的通信，A和B的認(rèn)證需要各自的簇頭的簽名。雙方認(rèn)證時(shí)，B首先發(fā)送給A一個(gè)隨機(jī)數(shù)u，A返回(MA，SAumod N，RAmodN)給B，其中(MA，SA，RA)是A的身份證書。此時(shí)，CHA可以計(jì)算h1＝hash(MCHA，hA)，hA＝hash(MA，RA)，并在轉(zhuǎn)發(fā)A發(fā)送給B的消息時(shí)，附加上自己的簽名(MCHA，SCHAh1modN，RCHA)，其中(MCHA，SCHAmodN，RCHA)是CHA的身份證書。CHB在收到CHA轉(zhuǎn)發(fā)的消息后，首先確認(rèn)CHA的簽名是否有效。如果簽名有效，CHB在轉(zhuǎn)發(fā)信息時(shí)附加上一個(gè)簇內(nèi)的消息，證實(shí)CHA已經(jīng)對(duì)A的真實(shí)性提供了保證。這樣，B收到A的證書，CHA的簽名和CHB的確認(rèn)，就可以確認(rèn)A的身份。
從上述整個(gè)簇間認(rèn)證方案上看，當(dāng)改進(jìn)的新門限群簽名方法應(yīng)用于移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分布式認(rèn)證時(shí)，為了保證身份證書的保密性，計(jì)算量有所增加，但還是比現(xiàn)有方案效率高。請(qǐng)求頒發(fā)身份證書階段總共需要計(jì)算2t+1次冪指數(shù)函數(shù)，身份證書的逐跳生成階段需要計(jì)算2t+1次冪指數(shù)函數(shù)，身份證書驗(yàn)證時(shí)需要計(jì)算2次冪指數(shù)函數(shù)，計(jì)算量均有減少。
簇間通信認(rèn)證方式為了滿足分簇的結(jié)構(gòu)因此較為復(fù)雜，但在簇內(nèi)通信環(huán)境中，沒有必要采用如此復(fù)雜的認(rèn)證方式，可以采用較為簡(jiǎn)單的Hash鏈平面式認(rèn)證方式。本發(fā)明的第四實(shí)施例改進(jìn)了HORSE認(rèn)證協(xié)議，提出新的哈希獲得隨機(jī)子集(Hash to Obtain Random Subsets of Clusters，簡(jiǎn)稱“HORSC“)協(xié)議，高效實(shí)現(xiàn)簇內(nèi)認(rèn)證。
首先，Hash鏈需要一個(gè)動(dòng)態(tài)的認(rèn)證信息M，M包含每個(gè)成員的唯一信息，還包含一些變化的信息，如時(shí)間戳、同步數(shù)以及驗(yàn)證方發(fā)送給被驗(yàn)證方的隨機(jī)數(shù)。
HORSC系統(tǒng)參數(shù)包含整數(shù)t和l都是安全系數(shù)；選取一個(gè)強(qiáng)單項(xiàng)函數(shù)H(·)，能夠?qū)⑤斎氲娜我忾L(zhǎng)度的數(shù)轉(zhuǎn)換成k個(gè)小于t-1的整數(shù)，也就是klog2t≤|H(·)|，這里|H(·)|表示為Hash函數(shù)H(·)輸出的二進(jìn)制長(zhǎng)度；一組哈希函數(shù)fi(·)，(0≤i≤t-1)；以及同步數(shù)u。
然后，選擇t個(gè)l位長(zhǎng)的值s<0，0>，s<0，1>，...，s<0，t-1>，并用它們構(gòu)成t個(gè)長(zhǎng)度為d的Hash鏈。這些Hash鏈被用作密鑰。初始的密鑰SK0和公鑰PK0分別是 SK0＝(s0，s1，...，st-1)＝(s<d-1，0>，s<d-1，1>，...，s<d-1，t-1>)、 PK0＝(v0，v1，...，vt-1)＝(f(s<d-1，0>)，f(s<d-1，1>)，...，f(s<d-1，t-1>))＝(s<d，0>，s<d，1>，...，s<d，t-1>) 其中si，j＝fi(s<0，j>)。
假設(shè)A要向B證明身份，執(zhí)行該認(rèn)證協(xié)議時(shí)，B首先發(fā)送一個(gè)長(zhǎng)度為klog2t比特的隨機(jī)數(shù)v給A。
A將自己的身份信息、隨機(jī)數(shù)v、同步數(shù)u以及時(shí)間戳組成一個(gè)簽名消息M，計(jì)算h＝H(M)，并把h分成k個(gè)長(zhǎng)度log2t的字串{h1，h2，...，hk}。假設(shè)時(shí)間戳是大整數(shù)，計(jì)算時(shí)間戳對(duì)k的余數(shù)a，將隨機(jī)數(shù)v插入到字串h1+a的后面，這樣就形成了2k個(gè)長(zhǎng)度log2t的字串{h1，h2，...，h2k}。
將hj(1≤j≤2k)轉(zhuǎn)換成2k個(gè)整數(shù)ij(1≤j≤2k)，并根據(jù)當(dāng)前的同步數(shù)u，M的簽名就是(si1，si2，...，si2k)。假設(shè)公鑰是(v0，v1，...，vt-1)，并且同步數(shù)從1開始計(jì)算。簽名(si1，si2，...，si2k)就是(s<d-u，0>，s<d-u，1>，...，s<d-u，t-1>)的一個(gè)子集。
B驗(yàn)證此簽名時(shí)，用同樣的方式計(jì)算出字串{h1，h2，...，h2k}，然后分別轉(zhuǎn)換成整數(shù)ij(1≤j≤2k)，并驗(yàn)證等式vi1＝fu(si1)，vi2＝fu(si2)，...，vi2k＝fu(si2k)是否成立。如果這些等式成立，則驗(yàn)證通過。
可見該HORSC方案與現(xiàn)有Hash鏈認(rèn)證方案相比，將驗(yàn)證方發(fā)送的隨機(jī)數(shù)插入到Hash函數(shù)的輸出字串中，在達(dá)到相同等級(jí)安全程度時(shí)，減少了Hash函數(shù)的輸出位數(shù)。本方案中Hash函數(shù)的輸出為klog2t位，加上驗(yàn)證方發(fā)送的隨機(jī)數(shù)klog2t位，可以達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)中Hash函數(shù)輸出2klog2t的效果。因此，本方案中Hash函數(shù)的輸出可以比現(xiàn)有技術(shù)中Hash函數(shù)的輸出減少一半，也就減少了計(jì)算量。
而且該方案的實(shí)行需要充分利用簇頭的管理、計(jì)算能力 簇頭管理簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)公鑰，并將自身的簇內(nèi)公鑰廣播給簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)； 按HORSC協(xié)議進(jìn)行簇內(nèi)身份認(rèn)證時(shí)，簇內(nèi)密鑰與同步數(shù)同時(shí)使用； 簇頭根據(jù)簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)公開其密鑰的速度來更新同步數(shù)，并廣播給簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)； 當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入本簇時(shí)，該節(jié)點(diǎn)按HORSC協(xié)議重新生成其公鑰并發(fā)送給簇頭； 但簇頭由新節(jié)點(diǎn)承擔(dān)時(shí)，重新收集本簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的公鑰； 當(dāng)簇內(nèi)身份認(rèn)證時(shí)，認(rèn)證方從本簇簇頭獲取被認(rèn)證方的公鑰； 當(dāng)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)退出本簇時(shí)，簇頭取消該節(jié)點(diǎn)的公鑰并通知簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)； 簇頭根據(jù)運(yùn)行的時(shí)間和節(jié)點(diǎn)的變動(dòng)情況發(fā)起更新簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的公鑰，此時(shí)所有節(jié)點(diǎn)更新其公鑰并將同步數(shù)重置為1。
本實(shí)施例在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)HORSC協(xié)議的簇內(nèi)認(rèn)證方案不僅解決了同步問題，并且算法速度很快。由于簇頭的嚴(yán)格控制同步數(shù)，保證同步數(shù)的增長(zhǎng)快于用戶認(rèn)證服務(wù)的最大頻率，因此不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)同步數(shù)多次使用，而使某個(gè)同步數(shù)的密鑰用盡的情況。并且簇內(nèi)距離短，也不會(huì)出現(xiàn)大的延遲，為基于Hash鏈的認(rèn)證提供了一個(gè)良好的環(huán)境?；贖ash鏈的認(rèn)證速度很快，比通常的公鑰認(rèn)證算法要快許多倍。
在相近的安全性能下，基于HORSC協(xié)議的認(rèn)證速度要大大高于RSA-512。表1給出該實(shí)施例應(yīng)用環(huán)境中，RSA-512和基于HORSC的認(rèn)證的性能比較。其中HORSC的參數(shù)是t＝128，k＝8，l＝64，d＝210，Hash函數(shù)采用MD5。
表1RSA-512和HORSC的性能比較
可以看出，為了整合分配網(wǎng)絡(luò)資源和其他共享處理資源，本實(shí)施例還將根據(jù)節(jié)點(diǎn)是否為簇頭設(shè)置不同的工作狀態(tài)，當(dāng)作為簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)時(shí)以普通工作狀態(tài)運(yùn)行，當(dāng)作為簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí)以加強(qiáng)工作狀態(tài)運(yùn)行，處在加強(qiáng)工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)相對(duì)于處在普通工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先獲得網(wǎng)絡(luò)和處理資源支配權(quán)。
假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)根據(jù)一定的規(guī)則形成了簇的結(jié)構(gòu)，相對(duì)于普通成員，簇頭還是需要更強(qiáng)的計(jì)算能力，并需要消耗更多的能量。因此，可以將移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)成普通和加強(qiáng)兩種工作狀態(tài)。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)被選為簇頭后，就從普通狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧訌?qiáng)工作狀態(tài)，從而調(diào)動(dòng)更多的計(jì)算能力和能量供應(yīng)。當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的身份從簇頭轉(zhuǎn)化為普通節(jié)點(diǎn)后，其工作狀態(tài)就從加強(qiáng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀ǎ詼p少消耗的資源。
綜上所述，本發(fā)明給出一套對(duì)于中大型的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層分布式的認(rèn)證服務(wù)解決方案?；诜执氐囊苿?dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層認(rèn)證方案中，對(duì)于簇間通信采用基于新門限群簽名的認(rèn)證方法，對(duì)于簇內(nèi)通信則采用基于Hash鏈的HORSC認(rèn)證方法。而且移動(dòng)自組織網(wǎng)中t個(gè)簇頭可以通過合作，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的虛擬可信中心，向新用戶頒發(fā)證書。
在基于新門限群簽名的簇間認(rèn)證方案中，充分利用了簇頭的強(qiáng)計(jì)算能力和網(wǎng)絡(luò)通信多跳的特性。對(duì)于新入網(wǎng)節(jié)點(diǎn)證書的頒發(fā)，簇頭的計(jì)算能力較強(qiáng)，能夠迅速完成計(jì)算并傳送給下一個(gè)簇頭。因此，能夠以較快的速度和較大的概率成功完成證書頒發(fā)，避免因?yàn)楣?jié)點(diǎn)的移動(dòng)而造成某些節(jié)點(diǎn)在一定時(shí)間后就不可達(dá)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的影響也小。
此身份認(rèn)證方案利用了門限密碼學(xué)的原理，網(wǎng)絡(luò)中的任意達(dá)到數(shù)目個(gè)的簇頭都可以提供認(rèn)證服務(wù)，提高了網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，特別適合移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)拓?fù)涞奶匦浴?br> 移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化和有限的帶寬，應(yīng)該盡量減少通信的總跳數(shù)來降低網(wǎng)絡(luò)通信的負(fù)擔(dān)。本發(fā)明利用移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的多跳特性，設(shè)計(jì)出移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分布式多跳身份認(rèn)證方案，減少了通信的回合，降低了網(wǎng)絡(luò)的通信量。
還采用具有零知識(shí)證明特點(diǎn)的驗(yàn)證協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了身份證書的重用，延長(zhǎng)了證書的使用時(shí)間，提高了證書的使用效率。
在HORSC簇內(nèi)認(rèn)證方案中，解決了同步問題，并且簽名和驗(yàn)證速度快。每個(gè)簇內(nèi)的簇頭負(fù)責(zé)本簇內(nèi)同步數(shù)的廣播，所有成員都按照此數(shù)來進(jìn)行簽名和驗(yàn)證。簇頭能夠保證同步數(shù)的增長(zhǎng)快于用戶認(rèn)證服務(wù)的最大頻率。而且簇內(nèi)的通信距離短，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的較長(zhǎng)延時(shí)，能夠保證Hash鏈的運(yùn)行條件，有效地防止同步攻擊。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該基于Hash鏈的認(rèn)證大大快于其它公鑰認(rèn)證算法，實(shí)用性很強(qiáng)。
雖然通過參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法，其特征在于，包含以下步驟
系統(tǒng)對(duì)初始的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，按新門限群簽名協(xié)議，給各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)其證書、子密鑰；
當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，由規(guī)定數(shù)目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)其子密鑰，按所述新門限群簽名協(xié)議，聯(lián)合給該新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書；
節(jié)點(diǎn)依據(jù)所述證書通過所述新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證、實(shí)現(xiàn)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法，其特征在于，
所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)采用分簇組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)簇包含簇頭節(jié)點(diǎn)，簇間通信經(jīng)由簇頭，其中，
當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，由規(guī)定數(shù)目的簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)其子密鑰，按所述新門限群簽名協(xié)議，聯(lián)合給該新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書；
節(jié)點(diǎn)依據(jù)所述證書通過所述新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證、實(shí)現(xiàn)簇間通信。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法，其特征在于，
按所述新門限群簽名協(xié)議，首先確定以下參數(shù)N、p、q、m、p′、q′、g、d、v、x、y和hash(·)，其中，
N＝p·q，p和q是安全大素?cái)?shù)，p′和q′為大素?cái)?shù)，且有p＝2p′+1、q＝2q′+1，m＝p′·q′；
用ZN*表示N的最小剩余系，用QN表示ZN*中所有平方剩余數(shù)構(gòu)成的乘法子群，是子群QN的生成元；
隨機(jī)選取d、v使其均與m互素，群密鑰為x＝gdmod N，群公鑰為y，且xv·y≡1mod N；
hash()為選定的強(qiáng)單向哈希映射函數(shù)；
按所述新門限群簽名協(xié)議，在初始化時(shí)，系統(tǒng)選定一個(gè)t-1階的多項(xiàng)式f(·)，其常數(shù)項(xiàng)d＝f(0)modm為整個(gè)系統(tǒng)的根密鑰，然后把子密鑰si＝gf(i)modmmod N分發(fā)給每個(gè)群成員，t為參與群簽名的成員數(shù)目；
按所述新門限群簽名協(xié)議，任意t個(gè)成員進(jìn)行群簽名時(shí)，對(duì)給定消息M，每個(gè)參與群簽名成員隨機(jī)選擇一個(gè)整數(shù)ki，計(jì)算并廣播，每個(gè)參與群簽名成員再計(jì)算及h＝hash(M，R)，得到各自的子簽名
按所述新門限群簽名協(xié)議，被群簽名者獲得t個(gè)參與群簽名成員的子簽名ci后，計(jì)算生成群簽名(c，h)及證書(M，c，h)；
按所述新門限群簽名協(xié)議，依據(jù)所述群簽名證書(M，c，h)進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，驗(yàn)證者計(jì)算R′＝cvyhmodN，且判斷h＝h(M，R′)是否成立，如果成立則身份認(rèn)證成功。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法，其特征在于，所述系統(tǒng)對(duì)初始的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，按新門限群簽名協(xié)議，給各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)其證書、子密鑰的步驟包含以下子步驟
系統(tǒng)按所述新門限群簽名協(xié)議預(yù)設(shè)參數(shù)N、p、q、m、p′、q′、g、d、v、x、y和hash()；
系統(tǒng)采用節(jié)點(diǎn)用戶Pi的公開信息Mi作為證書內(nèi)容，為其選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)bi，并計(jì)算hi＝hash(Mi，Bi)，生成該節(jié)點(diǎn)用戶的證書(Mi，Si，Bi)，并秘密地傳送給該節(jié)點(diǎn)；
系統(tǒng)選定所述多項(xiàng)式f(·)，按所述新門限群簽名協(xié)議生成各節(jié)點(diǎn)的子密鑰si并秘密地傳送給該節(jié)點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法，其特征在于，所述當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，由規(guī)定數(shù)目的節(jié)點(diǎn)根據(jù)其子密鑰，按所述新門限群簽名協(xié)議，聯(lián)合給該新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書的步驟包含以下子步驟
當(dāng)新節(jié)點(diǎn)PN加入移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)并獲得簇頭CHN同意成為該簇的成員后，向簇頭CHN請(qǐng)求頒發(fā)證書，并發(fā)送一個(gè)整數(shù)gamodN，其中a是PN產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)；
在CHN同意頒發(fā)證書后，將gamodN轉(zhuǎn)發(fā)給其他簇頭CHi，直到同意聯(lián)合頒發(fā)證書的簇頭達(dá)到參與群簽名簇頭數(shù)目，這些聯(lián)合群簽名簇頭CHi均給新節(jié)點(diǎn)PN返回兩個(gè)數(shù)grimod N和，其中ri和ki是CHi產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)；
新節(jié)點(diǎn)PN保存所述聯(lián)合群簽名簇頭返回的隨機(jī)數(shù)，并計(jì)算并將R、證書內(nèi)容M、所有所述聯(lián)合群簽名簇頭的標(biāo)識(shí)信息發(fā)送給第一個(gè)所述聯(lián)合群簽名簇頭；
每個(gè)所述聯(lián)合群簽名簇頭CHi收到該消息后，計(jì)算h＝hash(M，R)，其中si為CHi的所述子密鑰，附加所述di到該消息上后，再傳遞給下一個(gè)所述聯(lián)合群簽名簇頭CHi+1；
直到最后一個(gè)所述聯(lián)合群簽名簇頭CHt，計(jì)算出并將返回給該新節(jié)點(diǎn)PN；
新節(jié)點(diǎn)PN收到返回的S′后，計(jì)算得到群簽名生成聯(lián)合頒發(fā)的證書為(M，S，R)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)依據(jù)所述證書通過所述新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證的步驟包含以下子步驟
當(dāng)不同簇的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行普通簇間通信時(shí)，經(jīng)由各自的簇頭進(jìn)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)，所述節(jié)點(diǎn)之間依據(jù)各自證書按所述新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證；
當(dāng)不同簇的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行非普通簇間通信時(shí)，經(jīng)由各自的簇頭進(jìn)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)，所述節(jié)點(diǎn)之間依據(jù)各自證書按所述新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證，并且所述簇頭之間依據(jù)各自證書按所述新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法，其特征在于，在進(jìn)行所述身份認(rèn)證時(shí)采用零知識(shí)身份認(rèn)證協(xié)議
認(rèn)證方首先發(fā)送隨機(jī)數(shù)u給被認(rèn)證方；
所述被認(rèn)證方根據(jù)收到的隨機(jī)數(shù)u對(duì)其證書(M，S，R)進(jìn)行修改生成認(rèn)證消息(M，SumodN，RmodN)，并發(fā)給所述認(rèn)證方；
所述認(rèn)證方計(jì)算hB＝hash(M，RmodN)和
并判斷是否成立，如果成立，則身份認(rèn)證成功，否則身份認(rèn)證失敗。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法，其特征在于，當(dāng)不同簇的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行非普通簇間通信時(shí)，進(jìn)一步包含以下子步驟
當(dāng)節(jié)點(diǎn)A經(jīng)由其簇頭CHA、節(jié)點(diǎn)B的簇頭CHB與節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行非普通簇間通信時(shí)，節(jié)點(diǎn)B首先發(fā)送給節(jié)點(diǎn)A一個(gè)隨機(jī)數(shù)u；
節(jié)點(diǎn)A返回按所述零知識(shí)認(rèn)證協(xié)議修改后的認(rèn)證消息(MA，SAumodN，RAmodN)給節(jié)點(diǎn)B；
該認(rèn)證消息經(jīng)由簇頭CHA轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，CHA計(jì)算其中hA＝hash(MA，RA)，并在該認(rèn)證消息上附加按所述零知識(shí)認(rèn)證協(xié)議修改后的簇頭CHA的認(rèn)證消息(MCHA，SCHAh1modN，RCHA)；
簇頭CHB在收到該認(rèn)證消息后，根據(jù)認(rèn)證消息(MCHA，SCHAh1modN，RCHA)按所述零知識(shí)認(rèn)證協(xié)議對(duì)簇頭CHA進(jìn)行身份認(rèn)證，并在該認(rèn)證消息上附加簇內(nèi)消息以指示簇頭CHA的身份認(rèn)證結(jié)果；
最后節(jié)點(diǎn)B收到該認(rèn)證消息后，參考簇頭CHB所附加的所述簇內(nèi)消息，根據(jù)認(rèn)證消息(MA，SAumodN，RAmodN)按所述零知識(shí)認(rèn)證協(xié)議對(duì)節(jié)點(diǎn)A進(jìn)行身份認(rèn)證。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層認(rèn)證方法，其特征在于，還包含以下步驟
節(jié)點(diǎn)通過哈希獲得隨機(jī)子集協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證、實(shí)現(xiàn)簇內(nèi)通信。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層認(rèn)證方法，其特征在于，
按所述哈希獲得隨機(jī)子集協(xié)議，需要設(shè)置以下參數(shù)
密鑰個(gè)數(shù)t、密鑰位長(zhǎng)l、動(dòng)態(tài)更新的同步數(shù)u；
強(qiáng)單向函數(shù)H(·)，用于將輸入的任意長(zhǎng)度的數(shù)轉(zhuǎn)換成k個(gè)小于t-1的整數(shù)；
一組哈希函數(shù)fi(·)，(0≤i≤t-1)，用于根據(jù)哈希鏈上的前一組生成哈希鏈上的后一組；
由t個(gè)l位的值s<0，0>，s<0，1>，...，s<0，t-1>出發(fā)，構(gòu)成t個(gè)長(zhǎng)度為d的哈希鏈，用與作為簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)公鑰和簇內(nèi)密鑰；
按所述哈希獲得隨機(jī)子集HORSC協(xié)議，被認(rèn)證方要向認(rèn)證方進(jìn)行身份認(rèn)證的步驟如下
該認(rèn)證方首先發(fā)送一個(gè)長(zhǎng)度為klog2t的隨機(jī)數(shù)v給該被認(rèn)證方；
該被認(rèn)證方將其身份信息、隨機(jī)數(shù)v、同步數(shù)u以及時(shí)間戳組成動(dòng)態(tài)簽名消息M；
該被認(rèn)證方計(jì)算H(M)得到k個(gè)字串，且計(jì)算時(shí)間戳對(duì)k的余數(shù)a，將隨機(jī)數(shù)v插入到第a+1字串之后，共得到2k個(gè)字串{h1，h2，...，h2k}，將其轉(zhuǎn)換成2k個(gè)整數(shù)ij(1≤j≤2k)，并根據(jù)當(dāng)前同步數(shù)u，從哈希鏈中獲得M的簽名為(si1，si2，...，si2k)；
該認(rèn)證方收到該簽名時(shí)，用與被認(rèn)證方一致的方法計(jì)算得到{h1，h2，...，h2k}及ij(1≤j≤2k)，并根據(jù)當(dāng)前公鑰(v0，v1，...，vt-1)驗(yàn)證是否成立，如果成立，則身份認(rèn)證成功，
否則身份認(rèn)證失敗。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層認(rèn)證方法，其特征在于，
簇頭管理簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)公鑰，并將自身的簇內(nèi)公鑰廣播給簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)；
當(dāng)新節(jié)點(diǎn)加入本簇時(shí)，該節(jié)點(diǎn)按所述哈希獲得隨機(jī)子集HORSC協(xié)議重新生成其簇內(nèi)公鑰并發(fā)送給簇頭；
當(dāng)簇頭由新節(jié)點(diǎn)承擔(dān)時(shí)，重新收集本簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)公鑰；
當(dāng)簇內(nèi)身份認(rèn)證時(shí)，認(rèn)證方從本簇簇頭獲取被認(rèn)證方的簇內(nèi)公鑰；
當(dāng)簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)退出本簇時(shí)，簇頭取消該節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)公鑰并通知簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)；
按所述哈希獲得隨機(jī)子集HORSC協(xié)議進(jìn)行簇內(nèi)身份認(rèn)證時(shí)，簇內(nèi)密鑰與同步數(shù)同時(shí)使用；
簇頭根據(jù)簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)公開其簇內(nèi)密鑰的速度來更新同步數(shù)，并廣播給簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)；
簇頭根據(jù)運(yùn)行的時(shí)間和節(jié)點(diǎn)的變動(dòng)情況發(fā)起更新簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的簇內(nèi)公鑰，此時(shí)所有節(jié)點(diǎn)更新其簇內(nèi)公鑰并將同步數(shù)重置。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的分層認(rèn)證方法，其特征在于，所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)當(dāng)作為簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)時(shí)以普通工作狀態(tài)運(yùn)行，當(dāng)作為簇頭節(jié)點(diǎn)時(shí)以加強(qiáng)工作狀態(tài)運(yùn)行，處在加強(qiáng)工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)相對(duì)于處在普通工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)優(yōu)先獲得網(wǎng)絡(luò)和處理資源支配權(quán)。
13.一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，該網(wǎng)絡(luò)使用權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證。
14.一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證系統(tǒng)，其特征在于，包含
對(duì)初始的所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化，按新門限群簽名協(xié)議，給各節(jié)點(diǎn)頒發(fā)其證書、子密鑰的單元；
規(guī)定數(shù)目的節(jié)點(diǎn)，用于在新節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，根據(jù)子密鑰，按所述新門限群簽名協(xié)議，聯(lián)合給該新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書；該新節(jié)點(diǎn)依據(jù)頒發(fā)的證書通過所述新門限群簽名協(xié)議進(jìn)行身份認(rèn)證、實(shí)現(xiàn)通信。
15.一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證系統(tǒng)，其特征在于，所述移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)采用分簇組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)簇包含簇頭節(jié)點(diǎn)，簇間通信經(jīng)由簇頭，
聯(lián)合給所述新節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書的所述規(guī)定數(shù)目的節(jié)點(diǎn)都是簇頭節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，公開了一種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證方法、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)，使得分簇移動(dòng)自組織網(wǎng)的分層分布式認(rèn)證方案得以實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)計(jì)算處理資源要求合理，能夠在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明中，采用分簇移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提出分層分布式身份認(rèn)證方案，在簇間通信中采用改進(jìn)的新門限群簽名協(xié)議，該協(xié)議改進(jìn)了原先的基于GQ的門限群簽名方法，降低冪指數(shù)計(jì)算次數(shù)，提高計(jì)算并行性，降低處理資源要求；在初始化時(shí)由系統(tǒng)統(tǒng)一頒發(fā)證書、子密鑰，擁有各自子密鑰的達(dá)到一定數(shù)目的簇頭即可聯(lián)合恢復(fù)系統(tǒng)密鑰，從而進(jìn)行群簽名給新加入節(jié)點(diǎn)頒發(fā)證書，且采用多跳串行通信的方式實(shí)現(xiàn)聯(lián)合群簽名。
文檔編號(hào)H04L9/32GK101192928SQ20061016269
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者楊艷梅, 軍 姚, 曾貴華 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司, 上海交通大學(xué)