專利名稱：電子設(shè)備接口間基于公鑰證書的認證密鑰協(xié)商和更新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及保密或安全通信的密鑰交換方法，尤其涉及一種基于公鑰證書的認證密鑰協(xié)商方法和對認證密鑰的更新方法。
背景技術(shù)：
影音娛樂內(nèi)容的數(shù)字化使得家庭用戶可以無失真地觀看、存儲和傳播數(shù)字內(nèi)容。拷貝的次數(shù)不影響數(shù)字內(nèi)容的質(zhì)量，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和點對點技術(shù)又使得數(shù)字內(nèi)容的廣泛傳播成為可能。這種無失真拷貝特性和廣泛傳播的便利性對于數(shù)字影音娛樂內(nèi)容的版權(quán)所有者是一種威脅。
為了保護版權(quán)所有者的利益，用于解碼、存儲、顯示數(shù)字影音內(nèi)容的消費電子設(shè)備應(yīng)該本身具有版權(quán)保護的功能，即能夠根據(jù)數(shù)字影音內(nèi)容的版權(quán)保護信息來執(zhí)行對應(yīng)的操作，即這些設(shè)備會有一個模塊專門處理版權(quán)保護信息，這個模塊根據(jù)版權(quán)保護信息來執(zhí)行操作，比如說版權(quán)信息顯示某個電影不能被拷貝，那么在設(shè)備接收到拷貝請求后，這個設(shè)備就會拒絕這個請求，這樣的設(shè)備統(tǒng)稱為合法設(shè)備。家庭用戶中的消費電子設(shè)備不一定都是合法設(shè)備，為了保證數(shù)字影音內(nèi)容只在合法設(shè)備間傳輸，需要在內(nèi)容傳輸之前通過認證密鑰協(xié)商協(xié)議對設(shè)備的合法性進行認證，生成共享密鑰。這樣，使得影音內(nèi)容在合法設(shè)備之間傳輸，從而得到保護。
數(shù)字影音內(nèi)容在接口間傳輸時，很容易被非法設(shè)備截獲。如果截獲的數(shù)字影音內(nèi)容是可以被直接識別的，那么這些內(nèi)容同樣威脅到版權(quán)所有者的利益。為了防止這一點，通常使用加密技術(shù)，在接口間傳輸加密后的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)即使在截獲以后，也很難識別出原來的影音內(nèi)容?，F(xiàn)代加密技術(shù)的安全性幾乎完全依賴于密鑰的安全，用于加密的密鑰通常由認證過程產(chǎn)生的認證密鑰獲得，而用于具體保護影音內(nèi)容的加密算法的安全性取決于這些算法的密鑰的安全性。
合法設(shè)備之間的連接需要符合一定的接口規(guī)范。常見的接口有HDMI、DVI接口，IEEE1394接口，POD-Host接口等。其中HDMI和DVI是連接顯示終端和數(shù)字內(nèi)容源的接口技術(shù)。IEEE1394是一種高速的串行總線接口技術(shù)，廣泛用于影音內(nèi)容傳輸。POD-Host接口是用于有線網(wǎng)絡(luò)的一種輔助接口，解碼后的有線網(wǎng)絡(luò)數(shù)字內(nèi)容通過該接口傳輸?shù)街鳈C設(shè)備中，主機設(shè)備包括機頂盒或數(shù)字電視等。
針對上述三種接口，國外已經(jīng)相應(yīng)制定了HDCP(寬帶數(shù)字內(nèi)容保護)，DTCP(數(shù)字傳輸內(nèi)容保護)，PODCP(POD拷貝保護)規(guī)范或標準。HDCP用于保護HDMI和DVI接口傳輸?shù)臄?shù)字內(nèi)容。DTCP用于保護IEEE1394，USB等串行接口傳輸?shù)臄?shù)字內(nèi)容。PODCP用于保護POD接口的內(nèi)容傳輸。
HDCP系統(tǒng)的認證和密鑰交換分為三個階段。第一個階段由源設(shè)備(內(nèi)容發(fā)送設(shè)備)通過檢驗?zāi)康脑O(shè)備(內(nèi)容接收設(shè)備)生成的共享秘密來認證目的設(shè)備。第二個階段用于源設(shè)備收集和檢查目的設(shè)備的拓撲信息。第三個階段用于鏈路狀態(tài)檢查和密鑰更新。該系統(tǒng)使用了一種簡單的基于身份的方法，被證實不安全。攻擊者只需要大約40臺裝有HDCP系統(tǒng)的設(shè)備，就可以得到一些系統(tǒng)參數(shù)，進而在沒有授權(quán)的情況下可以任意制造非法設(shè)備。這些非法設(shè)備不能被合法設(shè)備檢驗出來。
DTCP系統(tǒng)的認證和密鑰交換有兩個級別，完全認證和受限認證。受限認證是一種安全級別較低的認證方式，不允許用于“永遠不許拷貝”的數(shù)字內(nèi)容。在技術(shù)上，這種認證方式和HDCP系統(tǒng)類似，只是增加了一個可選的證書驗證過程，因而對HDCP系統(tǒng)的攻擊，對于DTCP系統(tǒng)同樣適用。只是因為DTCP系統(tǒng)安全參數(shù)的不同，攻擊所需要的設(shè)備數(shù)量不同。完全認證被認為是一種安全級別較高的認證方式，適用于各種數(shù)字內(nèi)容。在技術(shù)上，完全認證是基于公鑰證書基礎(chǔ)設(shè)施的一種認證方式，使用了簽名技術(shù)和Diffie-Hellman密鑰(DH密鑰)交換技術(shù)。DTCP白皮書中宣稱簽名技術(shù)和密鑰交換技術(shù)的結(jié)合可以抵抗“中間人攻擊”的威脅。然而我們分析表明，DTCP協(xié)議并不能完全抵抗“中間人攻擊”。典型的攻擊方法包括反射攻擊，Lowe攻擊，Wiener攻擊等。這些攻擊都可以使完全認證的認證性失效。Lowe攻擊可以導(dǎo)致發(fā)送者失配或者接收者失配。其中發(fā)送者失配是指接收設(shè)備認為數(shù)字內(nèi)容來自于設(shè)備A，而其實來自于設(shè)備B；接收者失配是指發(fā)送設(shè)備以為數(shù)字內(nèi)容發(fā)送給了設(shè)備A，而其實是給了設(shè)備B。接收者失配會威脅到系統(tǒng)的完整性，發(fā)送者失配則會威脅到DTCP在身份信息重要的一些領(lǐng)域的應(yīng)用。
PODCP系統(tǒng)的認證和密鑰交換也是基于公鑰證書基礎(chǔ)設(shè)施，完成POD對主機的認證。其認證和密鑰交換主要由兩個部分組成，分別是重新認證和認證。重新認證是在POD和主機存儲有共享秘密的情況下，確認共享秘密的一致性。在技術(shù)上PODCP只是規(guī)定主機將共享秘密的一小部分作為認證密鑰發(fā)送給POD，POD確認該認證密鑰。這種方式顯然過于簡單，不能抵抗最簡單的重放攻擊，因而并沒有達到認證性。其安全性僅來自于非法設(shè)備通過認證后不能解密數(shù)字內(nèi)容。POD和主機的認證意在完成POD對主機的認證，并建立共享的秘密。其安全性來自于對證書和消息簽名的驗證。然而該認證協(xié)議的消息可以重放，這使得某臺合法主機臨時DH密鑰的泄漏會導(dǎo)致非法設(shè)備利用該泄漏的密鑰和該主機發(fā)送的簽名消息冒充該合法主機，接收數(shù)字影音內(nèi)容。另外，PODCP認證協(xié)議包括POD給主機的一些認證信息，這些信息無助于POD對主機的認證。
由上述可知，現(xiàn)有技術(shù)中已公布的接口保護規(guī)范中的認證和認證密鑰協(xié)商協(xié)議并不完善，還存在著諸多問題。另外，當(dāng)一臺消費電子設(shè)備具有多個接口時，需要實現(xiàn)多個認證模塊，浪費系統(tǒng)資源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于電子設(shè)備接口間基于公鑰證書的認證密鑰協(xié)商和更新的方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于電子設(shè)備接口間基于公鑰的認證密鑰協(xié)商和更新方法。即，參與認證密鑰協(xié)商的源設(shè)備和目的設(shè)備根據(jù)各自接口的配置信息，選擇單向認證方式或者雙向認證方式，通過使用Diffie-Hellman密鑰交換技術(shù)生成共享秘密；通過HMAC密鑰雜湊函數(shù)保證所生成的共享秘密的一致性和消息的完整性。
所述的單向認證和雙向認證方式分別包括完全認證和重新認證，在完全認證的情況下，在源設(shè)備和目的設(shè)備不具有共享密鑰K_M的情況下，通過使用簽名技術(shù)來保證證書的發(fā)送者確實持有與證書中公鑰相對應(yīng)的私鑰，從而確定設(shè)備的合法性；在重新認證的情況下，通過使用持有共享密鑰這一事實來確認設(shè)備的合法性。
所述雙向完全認證方式是在通信雙方的源設(shè)備和目的設(shè)備具有證書列表的情況下，確認被認證方確實具有其發(fā)送證書的私鑰，從而確定被認證方的身份；在確認身份的同時，通過交換隨機數(shù)生成一個通信雙方獨享的秘密值，并能確認該值的一致性和秘密性。
在源設(shè)備和目的設(shè)備之間所采用雙向完全認證進行認證和密鑰協(xié)商時，該認證方式通過以下步驟在橢圓曲線(Fq，E，G，n)上實現(xiàn)，其中Fq是特征為q的有限域，E是Fq上的橢圓曲線，G為E上的基點，n為G的階a)源設(shè)備計算隨機數(shù)1＜x＜n，計算標量乘xG，發(fā)送源設(shè)備證書列表和該標量乘Cert_Source_list‖xG；b)目的設(shè)備驗證源設(shè)備證書是否被吊銷，驗證源設(shè)備證書列表中證書各個域的內(nèi)容；計算隨機數(shù)1＜y＜n，計算標量乘yG，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG低位的|q|比特為密鑰，對源設(shè)備的證書唯一標志ID_Source進行雜湊，使用目的設(shè)備的私鑰對該雜湊值使用簽名算法E_S簽名，發(fā)送以下內(nèi)容給源設(shè)備Cert_Des_list‖yG‖E_S{Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)}；c)源設(shè)備驗證目的設(shè)備證書是否被吊銷，驗證目的設(shè)備證書列表中證書各個域的內(nèi)容，計算共享秘密xyG，計算雜湊值Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)，驗證接收的目的設(shè)備簽名；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG高位(|xyG|-|q|)比特為密鑰，對目的設(shè)備的證書唯一標志ID_Des進行雜湊，使用源設(shè)備的私鑰對該雜湊值使用簽名算法E_S簽名，確認目的設(shè)備證書沒有被吊銷，發(fā)送以下內(nèi)容給目的設(shè)備E_S{Hash([xyG]msb|q|，ID_Des)}之后，源設(shè)備使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash以xyG為密鑰，對ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG進行雜湊，其結(jié)果作為雙方的共享密鑰K_M，存儲數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Des>；d)目的設(shè)備計算雜湊值Hash([xyG]msb|q|，ID_Des)，驗證接收的源設(shè)備簽名；確認源設(shè)備證書沒有被吊銷，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG為密鑰，對ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG進行雜湊，其結(jié)果作為雙方的共享密鑰K_M，存儲數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Source>。
所述雙向重新認證方式是在通信雙方即源設(shè)備和目的設(shè)備具有共享密鑰K_M的情況下，確認雙方確實擁有相同的共享密鑰，核實通信雙方的身份；同時，雙方通過交換的隨機數(shù)和共享秘密生成新的共享密鑰，完成密鑰更新。
在源設(shè)備和目的設(shè)備之間使用雙向重新認證方式進行認證和密鑰更新時，具有以下步驟a)源設(shè)備讀取源設(shè)備證書中的持有者唯一標志ID_Source，計算隨機數(shù)Rand_Source，發(fā)送源設(shè)備唯一標志和該隨機數(shù)ID_Source‖Rand_Source；b)目的設(shè)備驗證接收的ID_Source和本地存儲的ID_Source；計算隨機數(shù)Rand_Des，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以共享密鑰K_M的高|K_M|/2位比特為密鑰，對ID_Source‖Rand_Source‖ID_Des‖Rand_Des進行雜湊，獲得Des_HashValue，讀取目的設(shè)備證書中的證書持有者標志ID_Des，發(fā)送目的設(shè)備唯一標志、隨機數(shù)和雜湊值ID_Des‖Rand_Des‖Des_HashValue；c)源設(shè)備驗證接收的ID_Des和本地存儲的ID_Des，驗證接收的雜湊值Des_HashValue；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以共享密鑰K_M的低|K_M|/2位比特為密鑰，對ID_Des‖Rand_Des進行雜湊，獲得Source_HashValue值，發(fā)送該雜湊值給目的設(shè)備；之后使用Hash以當(dāng)前共享密鑰K_M為密鑰，對Rand_Des‖Rand_Source進行雜湊，獲得新的共享密鑰K_M＝Hash(K_M，Rand_Des‖Rand_Source)；d)目的設(shè)備驗證接收的雜湊值Source_HashValue，驗證通過則使用Hash，以當(dāng)前共享密鑰K_M為密鑰，對Rand_Des‖Rand_Source進行雜湊，獲得新的共享密鑰K_M＝Hash(K_M，Rand_Des‖Rand_Source)。
所述單向完全認證方式是在被認證方具有證書列表的情況下，確認被認證方確實具有其發(fā)送證書的私鑰，從而確定被認證方的身份；在確認被認證方身份的同時，協(xié)商的雙方通過交換的隨機值生成雙方獨享的共享秘密，并能由認證方確認該值的一致性。
在源設(shè)備和目的設(shè)備之間使用單向完全認證方式進行認證和密鑰協(xié)商時，通過以下步驟在橢圓曲線(Fq，E，G，n)上實現(xiàn)a)源設(shè)備計算隨機數(shù)1＜x＜n，計算標量乘xG，發(fā)送源設(shè)備唯一標志和標量乘ID_Source‖xG；b)目的設(shè)備計算隨機數(shù)1＜y＜n，計算標量乘yG，計算共享秘密xyG，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG低位的|q|比特為密鑰，對源設(shè)備的證書唯一標志ID_Source進行雜湊，使用目的設(shè)備的私鑰對該雜湊值使用簽名算法E_S簽名，發(fā)送以下內(nèi)容給源設(shè)備Cert_Des_list‖yG‖E_S{Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)}；使用Hash函數(shù)以xyG為密鑰，對ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG進行雜湊，其結(jié)果作為雙方的共享密鑰K_M，存儲數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Source>；c)源設(shè)備驗證目的設(shè)備證書是否被吊銷，驗證目的設(shè)備證書列表中證書各個域的內(nèi)容，計算共享秘密xyG，驗證接收的目的設(shè)備簽名的正確性；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG為密鑰，對ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG進行雜湊，其結(jié)果作為雙方的共享密鑰K_M，確認目的設(shè)備證書沒有被吊銷，存儲數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Des>。
所述單向重新認證方式是在通信雙方即源設(shè)備和目的設(shè)備具有共享密鑰K_M的情況下，由認證方確認被認證方確實擁有與認證方相同的共享秘密；在確認共享秘密的一致性之后，通信雙方通過認證方所發(fā)送的隨機數(shù)來更新雙方的共享密鑰，完成密鑰更新；被認證方身份的確認通過認證方身份與共享密鑰的綁定完成。
在源設(shè)備和目的設(shè)備之間采用單向重新認證方式進行認證和密鑰更新時，具有以下步驟a)源設(shè)備計算隨機數(shù)Rand_Source，發(fā)送源設(shè)備唯一標志和該隨機數(shù)ID_Source‖Rand_Source；b)目的設(shè)備驗證接收的ID_Source和本地存儲的ID_Source；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash以共享密鑰K_M的低|K_M|/2位比特為密鑰，對ID_Source‖Rand_Source進行雜湊，獲得Uni_Des_HashValue值，讀取目的設(shè)備證書中的證書持有者標志ID_Des，發(fā)送目的設(shè)備唯一標志和雜湊值ID_Des‖Uni_Des_HashValue；使用Hash，以K_M為密鑰，對Rand_Source進行雜湊，獲得新的共享密鑰K_M；c)源設(shè)備驗證接收的ID_Des和本地存儲的ID_Des，驗證雜湊值Uni_Des_HashValue；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash以K_M為密鑰，對Rand_Source進行雜湊，獲得新的共享密鑰K_M。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明的雙向完全認證消息交換流程圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的雙向重新認證消息交換流程圖；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的單向完全認證消息交換流程圖；圖4表示根據(jù)本發(fā)明的單向重新認證消息交換流程圖。
具體實施例方式
當(dāng)數(shù)字內(nèi)容在兩個消費電子設(shè)備之間傳播時，為了保證數(shù)字內(nèi)容是在兩個合法的消費電子設(shè)備之間傳播，并且能夠使被傳播的數(shù)字內(nèi)容得到有效的保護而不易被攔截或竊取，兩個消費電子設(shè)備各接口需要根據(jù)其各自的配置選擇適當(dāng)?shù)恼J證密鑰協(xié)商方式進行身份認證和密鑰協(xié)商。
在本發(fā)明中，所述的認證密鑰協(xié)商方式包括單向認證方式和雙向認證方式。所述單向認證方式包括單向完全認證方式以及單向重新認證方式；所述雙向認證方式包括雙向完全認證方式以及雙向重新認證方式。
這里，將參與認證密鑰協(xié)商方式運行的兩個設(shè)備分別稱為源設(shè)備和目的設(shè)備。源設(shè)備和目的設(shè)備根據(jù)雙方接口的配置選擇執(zhí)行一種認證方式1)接口類型為POD或者HDMI，DVI，執(zhí)行單向認證密鑰協(xié)商和密鑰更新。
2)接口類型為IEEE1394，USB，源設(shè)備和目的設(shè)備均支持雙向認證，則執(zhí)行雙向認證密鑰協(xié)商和更新。
3)接口類型為IEEE1394，USB，目的設(shè)備僅支持單向認證，源設(shè)備配置的策略中允許執(zhí)行單向認證，則執(zhí)行單向認證密鑰協(xié)商和更新。
4)其它接口類型，根據(jù)源設(shè)備的配置策略，支持的認證方案，目的設(shè)備支持的認證方案決定執(zhí)行的認證方案類型。
一般情形下，源設(shè)備在選擇執(zhí)行單向或雙向認證方式后，如果本地沒有存儲以前的共享密鑰，則執(zhí)行單向或雙向完全認證方式；如果本地存儲著以前的共享密鑰，則執(zhí)行單向或雙向重新認證方式。
在本發(fā)明所提及的四種認證密鑰協(xié)商方式中使用如下內(nèi)容1)參與認證密鑰協(xié)商方式運行的源設(shè)備和目的設(shè)備分別在本地存儲證書列表Cert_Source_list和Cert_Des_list，這些證書列表中所包含的證書的數(shù)量由應(yīng)用環(huán)境的信任模型決定。Cert_Source_list至少包括源設(shè)備證書Cert_Source，Cert_Des_list則至少包括目的設(shè)備證書Cert_Des。所使用的設(shè)備證書的證書格式可以遵照CCITT X.509規(guī)定的格式或者某種通用于多個接口的證書格式，至少要包含“證書持有者唯一標志”，“公鑰信息”，“證書簽發(fā)者標志”，“證書簽名算法信息”，“證書簽名”等內(nèi)容。認證密鑰協(xié)商方式中將使用的證書信息包括源設(shè)備證書的“證書持有者標志”ID_Source和目的設(shè)備證書的“證書持有者唯一標志”ID_Des，其它與證書相關(guān)的操作以文字形式敘述。
2)認證密鑰協(xié)商方式需要關(guān)于橢圓曲線的一組參數(shù)，設(shè)為(Fq，E，G，n)，其中Fq為特征為q的有限域，E是Fq上的橢圓曲線，G為E上的基點，n為G的階。
3)認證密鑰協(xié)商方式中的簽名算法E_S{}表示使用設(shè)備的唯一私鑰來對{}中的內(nèi)容簽名。簽名算法可以是任何一種具體算法，只要該算法滿足適應(yīng)性選擇消息攻擊安全。該方式中的HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash(key，content)表示使用密鑰key來計算content的雜湊值。同樣Hash可以是任何一種具體算法，只要該算法具有混合變換、抗碰撞攻擊、抗原像攻擊這樣三個性質(zhì)屬性。
4)認證密鑰協(xié)商方式中使用符號|x|來表示數(shù)據(jù)x的長度，即該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進制表示時所使用的二進制符號的數(shù)目，例如|2192|＝192；使用符號[x]lsby來表示取數(shù)據(jù)x從最低位(0比特位)到y(tǒng)-1比特位的y比特數(shù)據(jù)；使用符號[x]msby來表示取數(shù)據(jù)x從y比特位到最高位的(|x|-y)比特數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的電子設(shè)備接口間基于公鑰證書的認證密鑰協(xié)商和更新方法通過使用Diffie-Hellman密鑰交換技術(shù)來生成共享秘密；通過HMAC算法保證所生成的共享秘密的一致性和消息的完整性；在完全認證的情況下，通過使用簽名技術(shù)來保證證書的發(fā)送者確實持有與證書中公鑰相對應(yīng)的私鑰，從而確定設(shè)備的合法性；在重新認證的情況下，通過使用持有共享密鑰這一事實來確認設(shè)備的合法性。這里，假設(shè)橢圓曲線上判定性Diffie-Hellman問題是困難問題，假設(shè)所用的簽名算法在適應(yīng)性選擇消息攻擊下是安全的，假設(shè)所用的HMAC算法具有混合變換、抗碰撞攻擊、抗原像攻擊這樣三個性質(zhì)。在上述假定條件下，可以證明本發(fā)明的認證密鑰協(xié)商和更新方法在秘密性和認證性方面是安全的。
源設(shè)備和目的設(shè)備根據(jù)其接口的配置確定一種認證密鑰協(xié)商方式后，則按照該選定的認證密鑰協(xié)商方式的內(nèi)容進行身份認證和密鑰交換。
下面分別描述本發(fā)明的四種認證密鑰協(xié)商方式。源設(shè)備選擇執(zhí)行雙向認證方式后，如果本地沒有存儲以前的共享密鑰，則執(zhí)行雙向完全認證方式。
(一)雙向完全認證當(dāng)源設(shè)備和目的設(shè)備之間采用雙向完全認證方式時，通過以下步驟在橢圓曲線(Fq，E，G，n)上實現(xiàn)，其中Fq為特征為q的有限域，E是Fq上的橢圓曲線，G為E上的基點，n為G的階。
如圖1所示，雙向完全認證方式包括如下步驟1.源設(shè)備主程序調(diào)用雙向完全認證子程序來發(fā)送雙向完全認證第一條消息。該子程序讀取源設(shè)備證書列表Cert_Source_list，計算隨機數(shù)1＜x＜n，計算標量乘xG，發(fā)送消息，即源設(shè)備證書列表和標量乘xGCert_Source_list‖xG在實際應(yīng)用中，上述消息需要封裝之后再發(fā)送。對該消息單元的封裝應(yīng)指明該消息所屬的認證類型(雙向完全認證0x01)，如果源設(shè)備和目的設(shè)備之間可以存在多個會話同時運行，則封裝信息還包括會話序列號。
2.目的設(shè)備主程序把雙向完全認證第一條消息轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的雙向完全認證子程序處理。該協(xié)議子程序要完成以下操作a)通過目的設(shè)備的證書有效性查詢資源來驗證源設(shè)備證書Cert_Source是否被吊銷。如果目的設(shè)備不存在證書有效性查詢資源，則發(fā)送通知消息給源設(shè)備指示目的設(shè)備能力不足，終止執(zhí)行該雙向完全方式。
在實際應(yīng)用中，各接口為該通知消息分配特定的序列號(例如0x01表示不存在證書有效性查詢的資源)，并按照各接口通知消息的形式封裝并發(fā)送該序列號，封裝的信息應(yīng)該足以表明出現(xiàn)錯誤的會話序列，例如包括特定會話的部分DH公鑰信息，或者包括特定會話的會話序列號，或者源設(shè)備和目的設(shè)備之間不存在多重會話。
b)鑒于證書有效性驗證有可能耗時較長，因此該子程序需要與證書有效性驗證并行執(zhí)行以下操作i.驗證源設(shè)備證書列表中證書各個域的信息，具體驗證內(nèi)容由證書系統(tǒng)的規(guī)范決定。驗證失敗則向源設(shè)備發(fā)送通知消息，報告證書驗證失敗，終止執(zhí)行該方式。
ii.計算隨機數(shù)y，計算標量乘yG，計算共享秘密xyG，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，計算Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)，使用目的設(shè)備的私鑰對所計算的雜湊值使用簽名算法E_S{}簽名，讀取目的設(shè)備證書列表Cert_Des_list，發(fā)送消息給源設(shè)備Cert_Des_list‖yG‖E_S{Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)}在實際應(yīng)用中，封裝上述消息，然后再發(fā)送。封裝該協(xié)議消息時要明確消息所屬的會話序列和認證類型。
3.源設(shè)備主程序負責(zé)把雙向完全認證第二條消息轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的完全雙向認證子程序來處理，把目的設(shè)備發(fā)送的通知消息轉(zhuǎn)交給通知消息處理子程序執(zhí)行。
源設(shè)備的通知消息處理子程序?qū)τ谀康脑O(shè)備發(fā)送的“不存在有效性查詢資源”，“證書驗證失敗”這樣兩類通知消息，終止這些通知消息所指明的會話，收回系統(tǒng)資源。
雙向完全認證子程序完成以下操作a)通過源設(shè)備的證書有效性查詢資源來驗證目的設(shè)備證書Cert_Des是否被吊銷。如果源設(shè)備不存在證書有效性查詢資源，則發(fā)送通知消息給目的設(shè)備指示源設(shè)備能力不足，終止執(zhí)行該雙向完全認證方式。
在實際應(yīng)用中，各接口需要為該通知消息分配特定的序列號(例如0x01表示不存在證書有效性查詢的資源)，并按照各接口通知消息的形式封裝并發(fā)送該序列號，要求封裝時能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
b)鑒于證書有效性驗證有可能耗時較長，因此該協(xié)議子程序需要與證書有效性驗證并行執(zhí)行以下操作i.驗證目的設(shè)備證書列表中證書各個域的信息，具體驗證內(nèi)容由各接口證書系統(tǒng)的規(guī)范決定。驗證失敗則向目的設(shè)備發(fā)送通知消息，報告證書驗證失敗，終止執(zhí)行雙向完全認證。
ii.計算共享秘密xyG，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，計算Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)，驗證接收消息中簽名的有效性，如果驗證沒有通過則發(fā)送通知消息給目的設(shè)備報錯，終止執(zhí)行雙向完全認證。
在實際應(yīng)用中，各接口應(yīng)該為該通知消息分配特定的序列號(例如0x02表示證書驗證失敗)，并按照各接口通知消息的形式封裝并發(fā)送該序列號，同樣要求封裝時能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
iii.使用Hash函數(shù)，以[xyG]msb|q|為密鑰，對目的設(shè)備的證書唯一標志ID_Des進行雜湊，使用源設(shè)備的私鑰對該雜湊值使用簽名算法E_S{}簽名E_S{Hash([xyG]msb|q|，ID_Des)}；在實際應(yīng)用中，對上述簽名進行封裝，封裝時要明確消息的會話序列和認證類型。
iv.源設(shè)備使用Hash函數(shù)，以xyG為密鑰，對ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG進行雜湊，其結(jié)果作為雙方的共享密鑰K_MK_M＝Hash(xyG，ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG)；v.檢查在步驟a)中證書有效性查詢的結(jié)果，如果目的設(shè)備的證書是有效的，則存儲數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Des>，發(fā)送步驟iii中生成的簽名消息給目的設(shè)備，否則發(fā)送通知消息，終止協(xié)議執(zhí)行。
在實際應(yīng)用中，各接口應(yīng)該為該通知消息分配特定的序列號(例如0x04表示證書已經(jīng)被吊銷)，并按照各接口通知消息的形式封裝并發(fā)送該序列號，要求封裝時能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
4.目的設(shè)備主程序負責(zé)把雙向完全認證第三條消息的消息單元轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的雙向完全認證協(xié)議子程序來處理接收的消息，把接收的通知消息轉(zhuǎn)交給目的設(shè)備的通知消息處理子程序執(zhí)行。
目的設(shè)備的通知消息處理子程序?qū)τ谠丛O(shè)備發(fā)送的“不存在有效性查詢資源”，“證書驗證失敗”，“簽名消息驗證失敗”，“證書已經(jīng)被吊銷”這樣幾類通知消息，終止這些通知消息所指明的會話，收回系統(tǒng)資源。
目的設(shè)備雙向完全認證子程序完成以下操作a)使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，計算Hash([xyG]msb|q|，ID_Des)，讀取Cert_Source中公鑰，驗證接收消息中簽名，驗證無效則發(fā)送通知消息給源設(shè)備報錯，終止執(zhí)行雙向完全認證。
在實際應(yīng)用中，各接口為該通知消息分配特定的序列號(例如0x03表示協(xié)議簽名消息驗證失敗)，并按照各接口通知消息的形式封裝并發(fā)送該序列號，封裝時指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
b)檢查步驟2的a)中Cert_Source有效性查詢的結(jié)果，如果查詢結(jié)果表明源設(shè)備證書已經(jīng)被吊銷，則發(fā)送通知消息給源功能設(shè)備報錯，終止執(zhí)行雙向完全認證。
在實際應(yīng)用中，各接口為該通知消息分配特定的序列號(例如0x04表示證書已經(jīng)被吊銷)，并按照各接口通知消息的形式封裝并發(fā)送該序列號，封裝時能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
c)使用Hash函數(shù)計算主密鑰K_M如下K_M＝Hash(xyG，ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG)；d)存儲<K_M，ID_Source>。
5.源設(shè)備在接收到目的設(shè)備的通知消息后，清除存儲的數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Des>。
(二)雙向重新認證源設(shè)備選擇執(zhí)行雙向認證后，如果本地存儲著以前的共享密鑰，則執(zhí)行雙向重新認證方式。如圖2所示，該協(xié)議具體步驟如下1.源設(shè)備主程序調(diào)用雙向重新認證子程序來發(fā)送雙向完全認證第一條消息。該協(xié)議子程序讀取源設(shè)備證書中的持有者唯一標志ID_Source，計算不少于64比特的隨機數(shù)Rand_Source，發(fā)送消息ID_Source‖Rand_Source
在實際應(yīng)用中，上述消息需要封裝，對該消息單元的封裝要能夠指明該消息所屬的認證類型，如果源設(shè)備和目的設(shè)備之間可以存在多個會話同時運行，則封裝信息還包括會話序列號。
2.目的設(shè)備主程序負責(zé)把雙向重新認證第一條消息轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的雙向重新認證子程序處理。該協(xié)議子程序要完成以下操作a)比較所接收的ID_Source與本地存儲的<K_M，ID_Source>中的ID_Source是否相同，如果不同，則清除<K_M，ID_Source>，然后向源設(shè)備發(fā)送通知消息，終止此次雙向重新認證方式的執(zhí)行，請求執(zhí)行雙向完全認證。
在實際應(yīng)用中，各接口應(yīng)該為該通知消息分配特定的序列號(例如0x05表示重新認證證書持有者標志不匹配)，并按照各接口通知消息的形式封裝并發(fā)送該序列號，要求封裝時能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
b)如果所接收的ID_Source與本地存儲的<K_M，ID_Source>中的ID_Source相同，則讀取目的設(shè)備證書中的證書持有者標志ID_Des，計算不少于64比特隨機數(shù)Rand_Des，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以共享密鑰K_M的高|K_M|/2位比特，對ID_Source‖Rand_Source‖ID_Des‖Rand_Des進行雜湊，獲得Des_HashValue值，計算雜湊值Des_HashValueHash([K_M]msb|K_M|/2，ID_Source‖Rand_Source‖ID_Des‖Rand_Des)c)發(fā)送消息ID_Des‖Rand_Des‖Des_HashValue。
在實際應(yīng)用中，需要對消息封裝，封裝時要明確消息所屬的會話序列和認證類型。
3.源設(shè)備主程序負責(zé)把雙向重新認證第二條消息的消息單元轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的雙向重新認證子程序來處理接收的消息，把目的設(shè)備發(fā)送的通知消息轉(zhuǎn)交給通知消息處理子程序執(zhí)行。
源設(shè)備的通知消息處理子程序?qū)τ谀康脑O(shè)備發(fā)送的“重新認證證書持有者標志不匹配”這樣的通知消息，終止這些通知消息所指明的會話，收回系統(tǒng)資源，清除<K_M，ID_Des>，然后與該目的設(shè)備執(zhí)行雙向完全認證。
源設(shè)備采用的雙向重新認證方式具有以下步驟a)比較所接收的ID_Des和本地存儲的<K_M，ID_Des>中的ID_Des是否相同，如果不同，則清除本地存儲的<K_M，ID_Des>，發(fā)送“重新認證證書持有者不匹配”通知消息給目的設(shè)備，終止此次會話，回收系統(tǒng)資源，清除<K_M，ID_Des>，然后與該目的設(shè)備執(zhí)行雙向完全認證。
b)如果所接收的ID_Des和本地存儲的<K_M，ID_Des>中的ID_Des相同，則使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash計算以下雜湊值Local_Des_Hash ValueHash([K_M]msb|K_M|/2，ID_Source‖Rand_Source‖ID_Des‖Rand_Des)c)比較接收的HashValue與計算的Local_Des_HashValue是否相同，不同則清除本地存儲的<K_M，ID_Des>，發(fā)送“重新認證雜湊值不匹配”通知消息給目的設(shè)備，終止此次會話，回收系統(tǒng)資源，清除<K_M，ID_Des>，然后與該目的設(shè)備執(zhí)行雙向完全認證。
d)使用Hash函數(shù)，以共享密鑰K_M的低|K_M|/2位比特為密鑰，對ID_Des‖Rand_Des進行雜湊，計算并發(fā)送雜湊值Source_HashValue給目的設(shè)備Hash([K_M]lsb|K_M|/2‖ID_Des‖Rand_Des)在實際應(yīng)用中，需要封裝之后發(fā)送雜湊值Source_HashValue給目的設(shè)備。這時協(xié)議消息單元僅包含該雜湊值。封裝時要明確消息所屬的會話序列和認證類型。
e)計算新的K_M，更新<K_M，ID_Des>中的K_M。新的K_M計算如下K_M＝Hash(K_M，Rand_Des‖Rand_Source)4.目的設(shè)備主程序負責(zé)把雙向重新認證第三條消息轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的雙向重新認證協(xié)議子程序來處理接收的消息，把接收的通知消息轉(zhuǎn)交給目的設(shè)備的通知消息處理子程序執(zhí)行。
目的設(shè)備的通知消息處理子程序?qū)τ谠丛O(shè)備發(fā)送的“重新認證證書持有者標志不匹配”，“重新認證雜湊值不匹配”這樣兩類通知消息，終止這些通知消息所指明的會話，收回系統(tǒng)資源，清除<K_M，ID_Source>。
目的設(shè)備雙向重新認證協(xié)議子程序完成以下操作a)用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash計算雜湊值Local_Source_HashValueHash([K_M]lsb|K_M|/2‖ID_Des‖Rand_Des)b)比較接收的Source_HashValue與計算的Local_Source_HashValue是否相同，不同則發(fā)送“重新認證雜湊值不匹配”通知消息給源設(shè)備，終止此次會話，回收系統(tǒng)資源，清除<K_M，ID_Source>。
c)計算新的K_M，更新<K_M，ID_Source>中的K_M，設(shè)置認證狀態(tài)。新的K_M計算如下K_M＝Hash(K_M，Rand_Des‖Rand_Source)。
5.源設(shè)備在接收到目的設(shè)備的通知消息后，清除數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Des>，執(zhí)行雙向完全認證協(xié)議。
(三)單向完全認證源設(shè)備選擇執(zhí)行單向認證后，如果本地沒有存儲以前的認證密鑰，則執(zhí)行單向完全認證協(xié)議。如圖3所示，該協(xié)議具體步驟如下1.在決定執(zhí)行單向完全認證后，源設(shè)備主程序調(diào)用單向完全認證協(xié)議子程序來發(fā)送單向完全認證第一條消息。該協(xié)議子程序讀取源設(shè)備證書中的證書持有者標志ID_Source，計算隨機數(shù)x，計算標量乘xG，并發(fā)送協(xié)議消息ID_Source‖xG在實際應(yīng)用中，上述消息需要封裝發(fā)送，對該協(xié)議消息單元的封裝要能夠指明該消息所屬的認證類型，如果源設(shè)備和目的設(shè)備之間可以存在多個同時運行的會話，則封裝信息還應(yīng)包括會話序列號。
2.目的設(shè)備主程序負責(zé)把單向完全認證第一條協(xié)議消息轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的單向完全認證子程序處理。該協(xié)議子程序要完成以下操作a)計算隨機數(shù)y，計算yG，計算共享秘密xyG，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，計算Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)，對計算的雜湊值簽名，讀取目的設(shè)備證書列表，發(fā)送協(xié)議消息Cert_Des_list‖yG‖E_S{Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)}在實際應(yīng)用中，上述消息需要封裝發(fā)送。封裝時要明確消息所屬的會話序列和認證類型。
b)使用Hash函數(shù)，以xyG為密鑰，對ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG進行雜湊，計算主密鑰K_M作為雙方的共享密鑰，存儲<K_M，ID_Source>。K_M計算如下K_M＝Hash(xyG，ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG)
3.源設(shè)備主程序負責(zé)把單向完全認證第二條協(xié)議消息轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的單向完全認證協(xié)議子程序來處理接收的協(xié)議消息。該協(xié)議子程序完成以下操作a)通過源設(shè)備的證書有效性查詢資源驗證接收的證書是否被吊銷。如果源設(shè)備不存在證書有效性查詢資源，則發(fā)送“不存在證書有效性查詢的資源”通知消息給目的設(shè)備指示源設(shè)備能力不足，終止執(zhí)行單向認證。
在實際應(yīng)用中，封裝上述步驟a)中產(chǎn)生的通知消息時要能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
b)鑒于證書有效性驗證有可能耗時較長，因此該協(xié)議子程序需要與證書有效性驗證并行執(zhí)行以下操作i.驗證目的設(shè)備證書列表中證書各個域的信息，具體驗證內(nèi)容由各接口證書系統(tǒng)的規(guī)范決定。驗證失敗則向目的設(shè)備發(fā)送“證書驗證失敗”通知消息，終止協(xié)議執(zhí)行。
在實際應(yīng)用中，封裝上述步驟b)第i項中產(chǎn)生的通知消息時要能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
ii.計算共享秘密xyG，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash計算Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)，讀取Cert_Des的公鑰驗證接收消息中簽名的有效性，如果驗證沒有通過則發(fā)送“協(xié)議簽名消息驗證失敗”通知消息給目的設(shè)備報錯，終止協(xié)議執(zhí)行。
在實際應(yīng)用中，封裝上述步驟b)第ii項中產(chǎn)生的通知消息時要能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
iii.使用Hash，以xyG為密鑰，對ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG進行雜湊，計算主密鑰K_M作為雙方的共享密鑰K_M＝Hash(xyG，ID_Source‖xG‖ID_Des‖yG)。
iv.檢查在步驟a)中有效性查詢結(jié)果，如果證書有效則存儲<K_M，ID_Des>，否則發(fā)送通知消息，指示“證書已經(jīng)被吊銷”，結(jié)束程序執(zhí)行。
在實際應(yīng)用中，封裝上述步驟b)第iv項中產(chǎn)生的通知消息時要能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
4.目的設(shè)備主程序負責(zé)把接收的通知消息轉(zhuǎn)交給通知消息處理子程序執(zhí)行。
目的設(shè)備的通知消息處理子程序?qū)τ谠丛O(shè)備發(fā)送的“不存在有效性查詢資源”，“證書驗證失敗”，“簽名消息驗證失敗”，“證書已經(jīng)被吊銷”這樣幾類通知消息，終止這些通知消息所指明的會話，收回系統(tǒng)資源。
(四)單向重新認證源設(shè)備選擇執(zhí)行單向認證后，如果本地存儲著以前的認證密鑰，則執(zhí)行單向重新認證方式。如圖4所示，該協(xié)議具體步驟如下1.源設(shè)備主程序調(diào)用單向重新認證子程序來發(fā)送單向完全認證第一條消息。該子程序讀取源設(shè)備證書中的持有者唯一標志ID_Source，計算不少于64比特隨機數(shù)Rand_Source，發(fā)送消息ID_Source‖Rand_Source在實際應(yīng)用中，上述消息需要封裝，對該消息單元的封裝要能夠指明該消息所屬的認證類型，如果源設(shè)備和目的設(shè)備之間可以存在多個會話同時運行，則封裝信息還應(yīng)包括會話序列號。
2.目的設(shè)備主程序負責(zé)把單向重新認證第一條消息轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的單向重新認證子程序處理。該協(xié)議子程序要完成以下操作a)比較所接收的ID_Source與本地存儲的<K_M，ID_Source>中的ID_Source是否相同，如果不同，則清除<K_M，ID_Source>，然后向源設(shè)備發(fā)送“證書持有者標志不匹配”通知消息，終止此次單向重新認證的執(zhí)行。
在實際應(yīng)用中，封裝上述步驟a)中通知消息時要能夠指明出現(xiàn)錯誤的會話序列。
b)如果所接收的ID_Source與本地存儲的<K_M，ID_Source>中的ID_Source相同，則使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以共享密鑰K_M的低|K_M|/2位比特，對ID_Source‖Rand_Source進行雜湊，計算以下雜湊值Uni_Des_HashValueHash([K_M]lsb|K_M|/2，ID_Source‖Rand_Source)c)讀取目的設(shè)備證書中的證書持有者標志ID_Des，發(fā)送消息ID_Des‖Uni_Des_HashValue在實際應(yīng)用中，上述消息需要封裝。封裝時要明確消息所屬的會話序列和認證類型。
d)計算新的K_M，更新<K_M，ID_Source>中的K_M。新的K_M計算如下K_M＝Hash(K_M，Rand_Source)3.源設(shè)備主程序負責(zé)把單向重新認證第二條消息轉(zhuǎn)交給該設(shè)備的單向重新認證子程序來處理接收的消息，把目的設(shè)備發(fā)送的通知消息轉(zhuǎn)交給通知消息處理子程序執(zhí)行。
源設(shè)備的通知消息處理子程序?qū)τ谀康脑O(shè)備發(fā)送的“重新認證證書持有者標志不匹配”這樣的通知消息，終止這些通知消息所指明的會話，收回系統(tǒng)資源，清除數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Des>，然后與該目的設(shè)備執(zhí)行單向完全認證。
源設(shè)備單向重新認證子程序執(zhí)行以下步驟a)比較所接收的ID_Des和本地存儲的數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Des>中的ID_Des是否相同，如果不同則清除本地存儲的<K_M，ID_Des>，發(fā)送“重新認證證書持有者不匹配”通知消息給目的設(shè)備，終止此次會話，回收系統(tǒng)資源，清除<K_M，ID_Des>，然后與該目的設(shè)備執(zhí)行單向完全認證。
b)如果所接收的ID_Des和本地存儲的<K_M，ID_Des>中的ID_Des相同，則使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash計算以下雜湊值Uni_Local_Des_HashValueHash([K_M]lsb|K_M|/2，ID_Source‖Rand_Source)c)比較接收的Uni_Des_HashValue與計算的Uni_Local_Des_HashValue是否相同，如果不同則清除本地存儲的<K_M，ID_Des>，發(fā)送“重新認證雜湊值不匹配”通知消息給目的設(shè)備，終止此次會話，回收系統(tǒng)資源，清除<K_M，ID_Des>，然后與該目的設(shè)備執(zhí)行單向完全認證。
d)計算新的K_M，更新<K_M，ID_Des>中的K_M，設(shè)置認證狀態(tài)。新的K_M計算如下K_M＝Hash(K_M，Rand_Source)4.目的設(shè)備主程序負責(zé)把接收的通知消息轉(zhuǎn)交給目的設(shè)備的通知消息處理子程序執(zhí)行。
目的設(shè)備的通知消息處理子程序可以對于源設(shè)備發(fā)送的“重新認證證書持有者標志不匹配”，“重新認證雜湊值不匹配”這樣兩類通知消息，終止這些通知消息所指明的會話，收回系統(tǒng)資源，清除<K_M，ID_Source>。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是本發(fā)明綜合考慮消費電子的多種接口，提供了基于公鑰的一種認證和密鑰協(xié)商方案。該方案在基本算法具有安全保障時，具有可證明的認證特性和認證密鑰的秘密性及一致性。該方案同時優(yōu)化了消息交換次數(shù)和計算代價，具有較高的效率。
本發(fā)明的上述認證密鑰協(xié)商方式可以以協(xié)議的形式來實現(xiàn)，應(yīng)用于參與認證密鑰協(xié)商的源設(shè)備和目的設(shè)備中。
下面描述本發(fā)明的上述認證密鑰協(xié)商協(xié)議的具體應(yīng)用。
假設(shè)源設(shè)備A和目的設(shè)備B進行認證密鑰協(xié)商和更新。設(shè)備A本地存儲證書列表設(shè)備證書Cert_A，設(shè)備A的簽發(fā)機構(gòu)證書Cert_A_Adm，簽發(fā)Cert_A_Adm的機構(gòu)的證書Cert_Root。設(shè)備B本地存儲證書列表設(shè)備證書Cert_B，設(shè)備B的簽發(fā)機構(gòu)證書Cert_B_Adm，簽發(fā)Cert_B_Adm的機構(gòu)的證書Cert_Root。設(shè)備A和設(shè)備B商定了一組算法和公開參數(shù)，包括簽名算法ECCDSA，HMAC算法HMAC-SHA(key，content)，橢圓曲線公開參數(shù)(Fq，E，G，n)，|q|＝192，|K_M|＝256，橢圓曲線標量乘計算表示為xG，yG等。
設(shè)備A和設(shè)備B的DVI，HDMI或者POD-Host等接口在傳輸數(shù)據(jù)之前，會執(zhí)行單向認證密鑰協(xié)商和更新。設(shè)備A如果檢測不到本地存儲有共享密鑰，則執(zhí)行單向完全認證。設(shè)備A計算隨機數(shù)1＜x＜n，發(fā)送設(shè)備A唯一標志ID_A和xG給設(shè)備B；設(shè)備B按照單向完全認證規(guī)定的步驟操作，發(fā)送Cert_B，Cert_B_Adm，yG和簽名的雜湊值ECCDSA{HMAC-SHA([xyG]lsb192，ID_A)}給設(shè)備A，并按照規(guī)定計算認證密鑰K_M；設(shè)備A檢測接收的消息，完成對設(shè)備B的認證，認證成功則計算K_M，設(shè)置認證狀態(tài)，否則發(fā)送通知消息給設(shè)備B報錯。
設(shè)備A和設(shè)備B在DVI，HDMI，POD-Host等接口在執(zhí)行單向認證密鑰協(xié)商和更新時如果發(fā)現(xiàn)本地存儲有共享密鑰，則執(zhí)行單向重新認證。設(shè)備A計算64比特隨機數(shù)Rand_A，發(fā)送設(shè)備A唯一標志ID_A和Rand_A給設(shè)備B；設(shè)備B使用儲存的密鑰K_M計算ID_A‖Rand_A的HMAC雜湊值，并發(fā)送設(shè)備B唯一標志ID_B和雜湊值給設(shè)備A；設(shè)備A驗證雜湊值的正確性，從而確認設(shè)備B是否擁有相同的共享密鑰，如果有則更新該密鑰。
設(shè)備A和設(shè)備B在IEEE1394，USB等可能支持雙向認證密鑰協(xié)商和更新的接口間傳輸數(shù)據(jù)時，由設(shè)備B向設(shè)備A提交設(shè)備B的認證能力，設(shè)備A優(yōu)先選擇執(zhí)行雙向認證密鑰協(xié)商和更新。如果設(shè)備A本地沒有存儲共享密鑰或者目的設(shè)備的認證能力中顯示目的設(shè)備沒有存儲共享密鑰，則執(zhí)行雙向完全認證。設(shè)備A給設(shè)備B發(fā)送Cert_A，Cert_A_Adm和計算的xG；設(shè)備B按照雙向完全認證的步驟給設(shè)備A發(fā)送Cert_B，Cert_B_Adm，yG和簽名消息，簽名的內(nèi)容是使用xyG的部分信息作密鑰對ID_Source進行HMAC-SHA運算得到的雜湊值；設(shè)備A驗證接收的消息，完成對設(shè)備B的認證，發(fā)送簽名消息給設(shè)備B，同時設(shè)置認證狀態(tài)，計算和存儲共享密鑰。設(shè)備B檢驗接收的簽名消息，結(jié)合第一步接收的消息，完成對設(shè)備A的認證，設(shè)置認證狀態(tài)，計算和存儲共享密鑰。
設(shè)備A和設(shè)備B在選擇執(zhí)行雙向認證密鑰協(xié)商和更新后，如果目的設(shè)備存儲有共享密鑰，同時源設(shè)備也存儲有共享密鑰，則執(zhí)行雙向重新認證。設(shè)備A給設(shè)備B發(fā)送設(shè)備A唯一標志ID_A和Rand_A；目的設(shè)備發(fā)送ID_Des，Rand_Des和一個雜湊值，該雜湊值使用HMAC-SHA計算，密鑰是本地存儲的K_M的部分信息，雜湊的內(nèi)容包括了設(shè)備A的標志和隨機數(shù)，設(shè)備B的標志和隨機數(shù)。設(shè)備A通過驗證雜湊值來確認設(shè)備B和設(shè)備A具有相同的共享密鑰，然后設(shè)備A按照規(guī)定計算并發(fā)送新的雜湊值給設(shè)備B，并設(shè)置認證狀態(tài)，更新和存儲共享密鑰。設(shè)備B通過驗證雜湊值來確認設(shè)備A和設(shè)備B擁有相同的共享密鑰，然后設(shè)備B設(shè)置認證狀態(tài)，更新共享密鑰。
權(quán)利要求
1.一種用于電子設(shè)備接口間基于公鑰的認證密鑰協(xié)商和更新方法，其特征在于，參與認證密鑰協(xié)商的源設(shè)備和目的設(shè)備根據(jù)各自接口的配置信息，選擇單向認證方式或者雙向認證方式，通過使用Diffie-Hellman密鑰交換技術(shù)生成共享秘密；通過HMAC密鑰雜湊函數(shù)保證所生成的共享秘密的一致性和消息的完整性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的單向認證和雙向認證方式分別包括完全認證和重新認證，在完全認證的情況下，在源設(shè)備和目的設(shè)備不具有共享密鑰K_M的情況下，通過使用簽名技術(shù)來保證證書的發(fā)送者確實持有與證書中公鑰相對應(yīng)的私鑰，從而確定設(shè)備的合法性；在重新認證的情況下，通過使用持有共享密鑰這一事實來確認設(shè)備的合法性。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，所述雙向完全認證方式是在通信雙方的源設(shè)備和目的設(shè)備具有證書列表的情況下，確認被認證方確實具有其發(fā)送證書的私鑰，從而確定被認證方的身份；在確認身份的同時，通過交換隨機數(shù)生成一個通信雙方獨享的秘密值，并能確認該值的一致性和秘密性。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，在源設(shè)備和目的設(shè)備之間所采用雙向完全認證進行認證和密鑰協(xié)商時，該認證方式通過以下步驟在橢圓曲線(Fq，E，G，n)上實現(xiàn)，其中Fq是特征為q的有限域，E是Fq上的橢圓曲線，G為E上的基點，n為G的階a)源設(shè)備計算隨機數(shù)1＜x＜n，計算標量乘xG，發(fā)送源設(shè)備證書列表和該標量乘Cert_Source_list||xG；b)目的設(shè)備驗證源設(shè)備證書是否被吊銷，驗證源設(shè)備證書列表中證書各個域的內(nèi)容；計算隨機數(shù)1＜y＜n，計算標量乘yG，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG低位的|q|比特為密鑰，對源設(shè)備的證書唯一標志ID_Source進行雜湊，使用目的設(shè)備的私鑰對該雜湊值使用簽名算法E_S簽名，發(fā)送以下內(nèi)容給源設(shè)備Cert_Des_list||yG||E_S{Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)}；c)源設(shè)備驗證目的設(shè)備證書是否被吊銷，驗證目的設(shè)備證書列表中證書各個域的內(nèi)容，計算共享秘密xyG，計算雜湊值Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)，驗證接收的目的設(shè)備簽名；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG高位(|xyG|-|q|)比特為密鑰，對目的設(shè)備的證書唯一標志ID_Des進行雜湊，使用源設(shè)備的私鑰對該雜湊值使用簽名算法E_S簽名，確認目的設(shè)備證書沒有被吊銷，發(fā)送以下內(nèi)容給目的設(shè)備E_S{Hash([xyG]msb|q|，ID_Des)}之后，源設(shè)備使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash以xyG為密鑰，對ID_Source||xG||ID_Des||yG進行雜湊，其結(jié)果作為雙方的共享密鑰K_M，存儲數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Des>；d)目的設(shè)備計算雜湊值Hash([xyG]msb|q|，ID_Des)，驗證接收的源設(shè)備簽名；確認源設(shè)備證書沒有被吊銷，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG為密鑰，對ID_Source||xG||ID_Des||yG進行雜湊，其結(jié)果作為雙方的共享密鑰K_M，存儲數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Source>。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，所述雙向重新認證方式是在通信雙方即源設(shè)備和目的設(shè)備具有共享密鑰K_M的情況下，確認雙方確實擁有相同的共享密鑰，核實通信雙方的身份；同時，雙方通過交換的隨機數(shù)和共享秘密生成新的共享密鑰，完成密鑰更新。
6.如上述權(quán)利要求5所述的方法，在源設(shè)備和目的設(shè)備之間使用雙向重新認證方式進行認證和密鑰更新時，具有以下步驟a)源設(shè)備讀取源設(shè)備證書中的持有者唯一標志ID_Source，計算隨機數(shù)Rand_Source，發(fā)送源設(shè)備唯一標志和該隨機數(shù)ID_Source||Rand_Source；b)目的設(shè)備驗證接收的ID_Source和本地存儲的ID_Source；計算隨機數(shù)Rand_Des，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以共享密鑰K_M的高|K_M|/2位比特為密鑰，對ID_Source||Rand_Source||ID_Des||Rand_Des進行雜湊，獲得Des_HashValue，讀取目的設(shè)備證書中的證書持有者標志ID_Des，發(fā)送目的設(shè)備唯一標志、隨機數(shù)和雜湊值ID_Des||Rand_Des||Des_HashValue；c)源設(shè)備驗證接收的ID_Des和本地存儲的ID_Des，驗證接收的雜湊值Des_HashValue；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以共享密鑰K_M的低|K_M|/2位比特為密鑰，對ID_Des||Rand_Des進行雜湊，獲得Source_HashValue值，發(fā)送該雜湊值給目的設(shè)備；之后使用Hash以當(dāng)前共享密鑰K_M為密鑰，對Rand_Des||Rand_Source進行雜湊，獲得新的共享密鑰K_M＝Hash(K_M，Rand_Des||Rand_Source)；d)目的設(shè)備驗證接收的雜湊值Source_HashValue，驗證通過則使用Hash，以當(dāng)前共享密鑰K_M為密鑰，對Rand_Des||Rand_Source進行雜湊，獲得新的共享密鑰K_M＝Hash(K_M，Rand_Des||Rand_Source)。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，所述單向完全認證方式是在被認證方具有證書列表的情況下，確認被認證方確實具有其發(fā)送證書的私鑰，從而確定被認證方的身份；在確認被認證方身份的同時，協(xié)商的雙方通過交換的隨機值生成雙方獨享的共享秘密，并能由認證方確認該值的一致性。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，在源設(shè)備和目的設(shè)備之間使用單向完全認證方式進行認證和密鑰協(xié)商時，通過以下步驟在橢圓曲線(Fq，E，G，n)上實現(xiàn)a)源設(shè)備計算隨機數(shù)1＜x＜n，計算標量乘xG，發(fā)送源設(shè)備唯一標志和標量乘ID_Source||xG；b)目的設(shè)備計算隨機數(shù)1＜y＜n，計算標量乘yG，計算共享秘密xyG，使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG低位的|q|比特為密鑰，對源設(shè)備的證書唯一標志ID_Source進行雜湊，使用目的設(shè)備的私鑰對該雜湊值使用簽名算法E_S簽名，發(fā)送以下內(nèi)容給源設(shè)備Cert_Des_list||yG||E_S{Hash([xyG]lsb|q|，ID_Source)}；使用Hash函數(shù)以xyG為密鑰，對ID_Source||xG||ID_Des||yG進行雜湊，其結(jié)果作為雙方的共享密鑰K_M，存儲數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Source>；c)源設(shè)備驗證目的設(shè)備證書是否被吊銷，驗證目的設(shè)備證書列表中證書各個域的內(nèi)容，計算共享秘密xyG，驗證接收的目的設(shè)備簽名的正確性；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash，以xyG為密鑰，對ID_Source||xG||ID_Des||yG進行雜湊，其結(jié)果作為雙方的共享密鑰K_M，確認目的設(shè)備證書沒有被吊銷，存儲數(shù)據(jù)對<K_M，ID_Des>。
9.如權(quán)利要求2所述的方法，所述單向重新認證方式是在通信雙方即源設(shè)備和目的設(shè)備具有共享密鑰K_M的情況下，由認證方確認被認證方確實擁有與認證方相同的共享秘密；在確認共享秘密的一致性之后，通信雙方通過認證方所發(fā)送的隨機數(shù)來更新雙方的共享密鑰，完成密鑰更新；被認證方身份的確認通過認證方身份與共享密鑰的綁定完成。
10.如上述權(quán)利要求9所述的方法，在源設(shè)備和目的設(shè)備之間采用單向重新認證方式進行認證和密鑰更新時，具有以下步驟a)源設(shè)備計算隨機數(shù)Rand_Source，發(fā)送源設(shè)備唯一標志和該隨機數(shù)ID_Source||Rand_Source；b)目的設(shè)備驗證接收的ID_Source和本地存儲的ID_Source；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash以共享密鑰K_M的低|K_M/2位比特為密鑰，對ID_Source||Rand_Source進行雜湊，獲得Uni_Des_HashValue值，讀取目的設(shè)備證書中的證書持有者標志ID_Des，發(fā)送目的設(shè)備唯一標志和雜湊值ID_Des||Uni_Des_HashValue；使用Hash，以K_M為密鑰，對Rand_Source進行雜湊，獲得新的共享密鑰K_M；c)源設(shè)備驗證接收的ID_Des和本地存儲的ID_Des，驗證雜湊值Uni_Des_HashValue；使用HMAC密鑰雜湊函數(shù)Hash以K_M為密鑰，對Rand_Source進行雜湊，獲得新的共享密鑰K_M。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電子設(shè)備接口間基于公鑰的認證密鑰協(xié)商和更新方法。參與認證密鑰協(xié)商的源設(shè)備和目的設(shè)備根據(jù)各自接口的配置信息，選擇單向或者雙向認證方式來完成認證和密鑰協(xié)商或更新。其中的單向認證方式或者雙向認證方式通過使用Diffie－Hellman密鑰交換技術(shù)來生成共享秘密；通過HMAC密鑰雜湊函數(shù)保證所生成的共享秘密的一致性和協(xié)議消息的完整性；在完全認證的情況下，通過使用簽名技術(shù)來保證證書的發(fā)送者確實持有與證書中公鑰相對應(yīng)的私鑰，從而確定設(shè)備的合法性；在重新認證的情況下，通過使用持有共享密鑰這一事實來確認設(shè)備的合法性。利用本發(fā)明的方法，可以使數(shù)字內(nèi)容在兩個合法的消費電子設(shè)備之間傳播，并且能夠使數(shù)字內(nèi)容得到有效的保護。
文檔編號H04L9/08GK1832397SQ20051012434
公開日2006年9月13日 申請日期2005年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月28日
發(fā)明者田海博, 詹陽, 王育民, 帥紅宇, 葛建華, 袁素春, 姜正濤, 譚示崇, 范欣欣 申請人:北京浦奧得數(shù)碼技術(shù)有限公司