被配置成導(dǎo)出共享密鑰的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其被配置成從多項(xiàng)式和第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身份號確定與 第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享的有密鑰長度個比特的共享密碼密鑰，第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括多項(xiàng)式操縱 (manipulate)設(shè)備，它被配置成對身份號施加多項(xiàng)式。
【背景技術(shù)】
[0002] 倘若通信網(wǎng)絡(luò)包括多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，則在成對的這樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間設(shè)立安全連接 是一個問題。在C.Blundo、A.DeSantis、A.Herzberg、S.Kutten、U.Vaccaro和M. Yung的"Perfectly-SecureKeydistributionforDynamicConferences'，，Springer LectureNotesinMathematics,Vol. 740，pp. 471-486，1993 (被稱作 "Blundo"）中 描述了一種實(shí)現(xiàn)此的方式。
[0003] 它假定了中心管理機(jī)構(gòu)，也被稱作網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)或可信第三方（TTP)，其生成對稱 雙變量多項(xiàng)式f(x，y)，令系數(shù)在具有P個元素的有限域F中，其中p是質(zhì)數(shù)或質(zhì)數(shù)的冪。每 個設(shè)備具有在F中的身份號，并且由TTP為每個設(shè)備提供本地密鑰素材。對于具有標(biāo)識符 n的設(shè)備，本地密鑰素材是多項(xiàng)式f(n，y)的系數(shù)。
[0004] 如果設(shè)備n希望與設(shè)備n'通信，它就使用它的密鑰素材生成密鑰K(n，n'） =f(n，n'）。由于f是對稱的，所以生成相同的密鑰。
[0005] 在與本專利申請相同的申請人的題為"KEYSHARINGDEVICEANDSYSTEMFOR CONFIGURATIONTHEREOF"的專利申請中，給出了一種改進(jìn)的配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以用于密鑰共享 的方法。該專利申請具有申請?zhí)?1/740488和提交日2012年12月21日（通過引用被合并 于此)，并且將被稱作"配置申請"。
[0006] 在多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的集合中，每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有它自己的唯一身份號和本地密鑰素 材。本地素材已從秘密多項(xiàng)式導(dǎo)出；后者通常是雙變量多項(xiàng)式。在配置申請中，說明了可以 如何挑選秘密多項(xiàng)式來獲得對某些攻擊的較高抵抗。一種這樣的攻擊具體是共謀攻擊，其 中多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備嘗試重構(gòu)該秘密多項(xiàng)式。
[0007] 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要做些工作來建立共享密鑰。例如，考慮一對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 接收到為它們而從秘密雙變量多項(xiàng)式獲得的單變量多項(xiàng)式。當(dāng)兩個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要在它們之 間建立密碼密鑰時，它們獲得另一設(shè)備的身份號并將該身份號與它們的本地密鑰素材組合 以獲得共享密鑰。
[0008] -種導(dǎo)出共享密鑰的方式是針對其中的每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將另一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身份號 代入該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的單變量多項(xiàng)式，將代入的結(jié)果對公共模數(shù)取模歸約（reduce)，然后接著 對密鑰模數(shù)取模歸約。密鑰模數(shù)是2的冪，冪的指數(shù)至少是密鑰長度。
[0009]因此，在朝向獲得共享密鑰的第一步中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能必須在特定的點(diǎn)實(shí)施多項(xiàng) 式評估，接著是兩次歸約。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 將會有利的是具有一種改進(jìn)的被配置成確定共享密碼密鑰的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其要求更 少的資源一一例如時間和/或存儲資源一一來獲得共享密鑰。
[0011] 提供了一種第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其被配置成從多項(xiàng)式和第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身份號來確定 與第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共享的有密鑰長度（A)個比特的共享密碼密鑰。所述多項(xiàng)式具有多個項(xiàng)， 每一項(xiàng)與不同的次數(shù)和系數(shù)相關(guān)聯(lián)。所述第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括：電子存儲裝置、接收機(jī)、多項(xiàng) 式操縱設(shè)備和密鑰導(dǎo)出設(shè)備。
[0012] 電子存儲裝置被配置用于存儲針對第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的本地密鑰素材，所述本地密鑰 素材包括多項(xiàng)式的表示以用于稍后的由第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行的評估。
[0013] 接收機(jī)被配置用于獲得第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身份號，所述第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與所述第一網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備不同。
[0014] 多項(xiàng)式操縱設(shè)備被配置成根據(jù)歸約算法對身份號施加多項(xiàng)式。
[0015] 密鑰導(dǎo)出設(shè)備被配置用于從歸約結(jié)果中導(dǎo)出共享密鑰。
[0016] 歸約算法包括在多項(xiàng)式的項(xiàng)上的迭代。至少一個迭代包括第一乘法和第二乘法。 所述至少一個迭代與多項(xiàng)式的具體項(xiàng)相關(guān)聯(lián)。
[0017] 第一乘法是在身份號與從多項(xiàng)式的表示獲得的具體項(xiàng)的系數(shù)的最低有效部分之 間，所述系數(shù)的最低有效部分由所述具體項(xiàng)的系數(shù)的密鑰長度個最低有效比特形成。
[0018] 第二乘法是在身份號與從多項(xiàng)式的表示獲得的具體項(xiàng)的系數(shù)的另外部分之間，所 述系數(shù)的另外部分由所述具體項(xiàng)的系數(shù)的不同于所述密鑰長度個最低有效比特的比特形 成，所述另外部分和所述最低有效部分一起形成比在多項(xiàng)式的具體項(xiàng)的系數(shù)中嚴(yán)格地更少 的比特。
[0019] 第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以是移動設(shè)備，比如移動電話、計(jì)算機(jī)等等。在具 體的有利的實(shí)施例中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是照明設(shè)備，比如照明器。共享密鑰可以被使用來傳達(dá)與燈 的狀況有關(guān)的信息和/或向燈傳輸操作命令，比如說將燈開啟或關(guān)閉?？梢杂霉蚕砻荑€對 通信加密。
[0020] 除了在要求安全通信的潛在地較大的照明網(wǎng)絡(luò)中的密鑰建立之外，本發(fā)明還可以 應(yīng)用于要求設(shè)備對之間的安全通信的任何類型的通信網(wǎng)絡(luò)。
[0021] 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以是配備有電子通信和計(jì)算手段的電子設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以例如以 RFID標(biāo)簽的形式被附著到任何非電子對象。例如，這種方法將適合于"物聯(lián)網(wǎng)（internet ofthings)"。例如，物體，特別是低成本物體，可以配備有無線電標(biāo)簽，通過無線電標(biāo)簽它 們可以通信，例如可以被識別?？梢酝ㄟ^諸如計(jì)算機(jī)這樣的電子手段對這樣的物體編目錄。 被盜或損壞的項(xiàng)目將容易地被跟蹤和定位。一個特別有前途的應(yīng)用是包括被配置成確定共 享密鑰的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的照明器。這樣的照明器可以安全地傳達(dá)其狀態(tài)；這樣的照明器可以被 安全地控制，例如開啟和/或關(guān)閉。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以是多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一，所述多個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 各自包括用于發(fā)送和接收身份號以及用于發(fā)送電子狀態(tài)消息的電子通信器，并且各自包括 被配置用于遵循根據(jù)本發(fā)明的方法來導(dǎo)出共享密鑰的集成電路。
[0022] 在實(shí)施例中，本發(fā)明的方法可以被用作針對諸如IPSec、（D)TLS、HIP或ZigBee這 樣的安全性協(xié)議的密碼方法。具體地，使用這些協(xié)議之一的設(shè)備與標(biāo)識符相關(guān)聯(lián)。希望與 第一設(shè)備通信的第二設(shè)備可以生成與給出其標(biāo)識符的第一設(shè)備的共有的成對密鑰，并且成 對密鑰（或利用例如密鑰導(dǎo)出功能由此導(dǎo)出的密鑰）可以用在基于預(yù)先共享的密鑰的以上 協(xié)議的方法中。具體地，如本發(fā)明中限定的設(shè)備的標(biāo)識符可以是網(wǎng)絡(luò)地址，比如ZigBee短 地址、IP地址或主機(jī)標(biāo)識符。標(biāo)識符還可以是設(shè)備的IEEE地址或與設(shè)備相關(guān)聯(lián)的私有比 特串，以使得設(shè)備在制造期間接收與IEEE地址相關(guān)聯(lián)的某種本地建鑰（keying)素材。
[0023] 導(dǎo)出共享密鑰可被使用于許多應(yīng)用。典型地，共享密鑰將是密碼對稱密鑰。對稱 密鑰可被使用于保密，例如可以用對稱密鑰來加密外出的或進(jìn)入的消息。只有可訪問身份 號和兩個本地密鑰素材之一這兩者(或訪問根密鑰素材)的設(shè)備才能夠解密通信。對稱密鑰 可被使用于認(rèn)證，例如，可以用對稱密鑰來認(rèn)證外出的或進(jìn)入的消息。按照這種方式，可以 證實(shí)消息的來源。只有可訪問身份號和兩個本地密鑰素材之一這兩者(或訪問根密鑰素材） 的設(shè)備才能夠創(chuàng)建經(jīng)認(rèn)證的消息。
[0024] 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以被配置用于通過網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)(例如可信第三方)的密鑰共享。網(wǎng)絡(luò) 管理機(jī)構(gòu)可以從另一個源獲得所需的素材，例如根密鑰素材，但是也可以自己生成該素材。 例如，可以生成公共模數(shù)。如果網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)使用配置申請中描述的方法之一，則網(wǎng)絡(luò)管理 機(jī)構(gòu)可以生成私有模數(shù)，即使公共模數(shù)是系統(tǒng)參數(shù)并且被接收到。
〇0表示多項(xiàng)式的與本地密鑰素材相對應(yīng)的次數(shù)，并且A表示密鑰長度。例如，在實(shí)施例中 況=- 1。用于稍后挑選的模運(yùn)算可以被特別高效地實(shí)現(xiàn)。具有固定的公共模數(shù)的 優(yōu)點(diǎn)在于：它不需要被傳達(dá)給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而是可以與例如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的系統(tǒng)軟件整合。
[0026] 可以依賴于安全性要求和可用的資源來挑選密鑰長度（A)個比特。對于普通安全 性，128比特就可以足夠，對于高安全性，256或者甚至更高是合理的，對于低安全性，80或 者甚至64是合理的。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身份號小于2的密鑰長度次冪。
[0027] 對于每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)生成與本地密鑰素材相對應(yīng)的多項(xiàng)式。典型 地，多項(xiàng)式是單變量的并且是從雙變量根多項(xiàng)式導(dǎo)出的。如果根多項(xiàng)式是多變量的，具有比 如說k個變量。則網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要接收k-1個不同的身份號來導(dǎo)出在k個設(shè)備之間共享的密 鑰。將接收到的k-1個不同身份號代入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中所表示的多項(xiàng)式的變量。情形k=2對應(yīng) 于兩個設(shè)備之間的密鑰共享。
[0028] 有意思的是，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中用于多項(xiàng)式評估的多項(xiàng)式表示可以是有損的，S卩，因?yàn)楸?示了過少的信息而不能從該表示中構(gòu)造多項(xiàng)式。例如，對于多項(xiàng)式的至少一個系數(shù)，某組比 特 比如說"中間字"，即，不是最尚有效字，也不是最低有效字 可以被省去，即，不被 存儲在該表示中。例如，對于多項(xiàng)式的常數(shù)項(xiàng)，僅需要記錄最低有效字。字是密鑰長度個比 特長的。例如，網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)構(gòu)可以在生成本地多項(xiàng)式之后實(shí)施以下步驟：針對每個系數(shù)選擇 另外的部分，比如說供在第二乘法中使用的最高有效部分，以及供在第一乘法中使用的最 低有效部分。對于至少一個系數(shù)，所述另外的部分和最低有效部分具有比對應(yīng)的項(xiàng)的系數(shù) 嚴(yán)格地更少的比特。對于每個系數(shù)，所述另外的部分和最低有效部分被存儲在本地密鑰素 材中。優(yōu)選地，系數(shù)的中間部分，即，在最高有效部分和最低有效部分之間的部分，不被存儲 在本地密鑰素材中。本地密鑰素材被存儲在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處。
[0029] 第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身份號可以以電子和數(shù)字的形式被接收，比如說作為二進(jìn)制比特 串被接收。第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身份號與第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身份號不同。
[0030] 多項(xiàng)式操縱設(shè)備被配置成根據(jù)歸約算法對身份號施加多項(xiàng)式。所述歸約算法被配 置為使得它取得歸約結(jié)果，所述歸約結(jié)果對應(yīng)于以下操作的結(jié)果，即：將第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的身 份號代入多項(xiàng)式，并將代入的結(jié)果對公共模數(shù)取模歸約，接著對密鑰模數(shù)取模歸約，密鑰模 數(shù)是2的冪，冪的指數(shù)至少是密鑰長度。
[0031]在實(shí)施例中，公共模數(shù)等于2的指數(shù)冪加上偏移，其中所述指數(shù)是密鑰 長度的倍數(shù)，并且其中所述偏移的絕對值小于2的密鑰長度次冪，多項(xiàng)式的每個系數(shù)小于 公共模數(shù)。特別有利的是減去偏移1。在這種情況下，模N運(yùn)算歸約為相加(如以下說明的)。
[0032] 有意思的是，在實(shí)施例中，每個迭代具有第一乘法和第二乘法。第一乘法是在接收 到的身份號與該項(xiàng)的系數(shù)的