無證書的基于層次身份基的認(rèn)證密鑰協(xié)商方法和協(xié)商系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無證書的密碼體制，具體涉及一種無證書的基于層次身份基的認(rèn)證密 鑰協(xié)商方法和協(xié)商系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 公鑰密碼體制是保證網(wǎng)絡(luò)和信息安全的重要技術(shù)。在傳統(tǒng)的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI， PublicKeyInfrastructure)中，需要可信第三方為用戶頒發(fā)證書來證明用戶的合法身 份，因此涉及到很多證書管理的問題，占用了大量系統(tǒng)相關(guān)資源。為了簡化傳統(tǒng)公鑰基礎(chǔ)設(shè) 施對證書的管理過程，Shamir在1984年提出了一種身份基密碼體制（IBC，IdentityBased Cryptosystem)。該體制不使用證書，直接將用戶的身份作為公鑰，私鑰由可信的私鑰生成 中心PKG(PublicKeyGenerator)生成。
[0003] 然而在Shamir提出的IBC體制中，用戶的私鑰完全由PKG生成，若PKG受到攻擊 造成信息泄露，則攻擊者可以獲得用戶的長期私鑰，以此來假冒用戶。這就是IBC體制固有 的密鑰托管問題。為了解決這一問題，Al-Riyami和Paterson在2003年提出了無證書的 身份基密碼體制（CLIBC，CertificatelessldentityBasedCryptosystem)。在這一體制 中，PKG只為用戶生成部分私鑰，完整的私鑰由用戶結(jié)合PKG生成的部分私鑰以及自身選定 的私有秘密值共同生成。因此，無證書密碼體制既解決了傳統(tǒng)公鑰密碼體制中的證書管理 問題，又解決了身份基密碼體制中的密鑰托管問題。
[0004] 在IBE和CLIBE體制中均只含有一個PKG。PKG不僅承擔(dān)著驗證用戶身份及為 用戶生成私鑰的任務(wù)，還要承擔(dān)維護安全信道以便把私鑰安全的發(fā)送給用戶的任務(wù)，同時 PKG還要負(fù)責(zé)用戶私鑰的更新，撤銷等工作。顯然，單一PKG將不能承擔(dān)起大型系統(tǒng)繁重 的工作。為了解決這一問題，密碼學(xué)家Gentry和Silverberg與2002年第一次提出了層 次身份基密碼體制（HIBC，HierarchicalIdentityBasedCryptography)。該體制中包 含一個根PKG及多層的域PKG，根PKG驗證域PKG并為其生成私鑰，上層域PKG驗證下層 域PKG并為其生成私鑰，直至用戶的上一層域。不過在HIBC體制中仍然存在密鑰托管問 題。2008年，Chow、Roth和Rieffel則首次對無證書的分層密碼體制（HCLC，Hierarchical CertificatelessCryptography)進行了研究。這一體制既保留了HIBC體制的優(yōu)點，又避 免了HIBC體制中的密鑰托管問題。
[0005] 密鑰協(xié)商作為密碼學(xué)中的基礎(chǔ)部分，在安全通信中有至關(guān)重要的作用。它允許兩 個實體在開放信道上協(xié)商安全的會話密鑰，以保證雙方通信的安全?；跓o證書的身份基 密碼體制，學(xué)者們提出了大量的無證書的身份基認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議。然而，大多數(shù)無證書身 份基認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議都是在單一PKG環(huán)境下提出的。同時，橢圓曲線上的雙線性對運算 耗時大約是點乘運算的20倍，因此效率較低。針對這一問題，有學(xué)者提出了無雙線性對運 算的無證書的身份基密鑰協(xié)商協(xié)議，不過這類協(xié)議也都是在單一PKG環(huán)境下提出的。
[0006] 橢圓曲線密碼（ECC，Ellipticcurvecryptography)與其他公鑰密碼體制相比， 其主要優(yōu)勢是在相同的安全水平下系統(tǒng)參數(shù)更短，因此在身份基密碼體制中運用最為廣 泛。在無雙線性對運算的密鑰協(xié)商協(xié)議中，協(xié)議的安全性一是基于橢圓曲線離散對數(shù)困難 假設(shè)，即(G為橢圓曲線上的q階循環(huán)加法群，給定兩個元素p,ctPe殺，其中ae由P， aP計算a是困難的，但由P，a計算aP是容易的。二是基于計算性Diffie-Hellman困難假 設(shè)，即G為橢圓曲線上的q階循環(huán)加法群，給定三個元素其中化&e7ZL 計算abP是困難的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。
[0008] 為此，本發(fā)明的第一個目的在于提出一種無證書的基于層次身份基的認(rèn)證密鑰協(xié) 商方法。
[0009] 本發(fā)明的第二個目的在于提出一種無證書的基于層次身份基的認(rèn)證密鑰協(xié)商系 統(tǒng)。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的的實施例公開了一種無證書的基于層次身份基的認(rèn) 證密鑰協(xié)商方法，包括以下步驟：A:根據(jù)輸入的安全常數(shù)A，得出階數(shù)為q的橢圓曲線循 環(huán)加法群S、其生成元為P，選取主私鑰msk，計算公鑰Ppub，選取安全的哈希函數(shù)氏和哈希 函數(shù)H2;B:根據(jù)第一用戶的身份向量ID=(Ip12,. ..，It)，可以通過兩種算法生成所述第 一用戶的私鑰d:B1 :根據(jù)所述主私鑰msk、所述第一用戶身份向量ID=(Ip12,. ..，It)和 隨機選取的5^…，仍根PKG計算所述第一用戶的部分私鑰k和部分公鑰glP，...， gtP，所述第一用戶驗證所述部分私鑰k是否滿足驗證條件，如果所述部分私鑰k滿足驗證 條件，所述第一用戶接受所述部分私鑰k和部分公鑰glP，. . .，gtP;B2 :根據(jù)所述部分私鑰 k和部分公鑰glP，. . .，gtP及隨機選取的XG2$生成所述第一用戶的私鑰d和公鑰pk;或 1:根據(jù)所述第一用戶的身份向量id=a，i2，...，It)、所述第一用戶的上層用戶的身 份向量IDPKG=(I^ 12, ? ? ?，It》、所述上層用戶的部分私鑰V、部分公鑰{glP，? ? ?，gt少} 和隨機選取的汍e2$，所述上層用戶的PKG為所述第一用戶生成部分私鑰k和部分公鑰 glP，. . .，gtP，所述第一用戶驗證所述部分私鑰k是否滿足驗證條件，如果所述部分私鑰k滿 足驗證條件，所述第一用戶接受所述部分私鑰k和部分公鑰glP，. ..，gtP;B' 2 :根據(jù)所述 部分私鑰k和部分公鑰glP，. . .，gtP及隨機選取的=€ 生成所述第一用戶的私鑰d和 公鑰pk。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明實施例的無證書的基于層次身份基的認(rèn)證密鑰協(xié)商方法，基于無證書 的層次身份基密碼體制，適用于大型系統(tǒng)，而且方法在運算過程中不含雙線性對運算，因此 具有更高的效率。方法的安全性基于橢圓曲線離散對數(shù)困難假設(shè)及計算性Diffie-Hellman 困難假設(shè)，滿足密鑰協(xié)商系統(tǒng)所需的基本安全需求。
[0012] 另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的無證書的基于層次身份基的認(rèn)證密鑰協(xié)商方法， 還可以具有如下附加的技術(shù)特征：
[0013]進一步地，所述步驟A進一步包括：所述橢圓曲線循環(huán)加法群G為滿足安全常數(shù) 入的階為q的橢圓曲線循環(huán)加法群；所述公鑰Ppub=sP，其中主私鑰msk=s;所述哈希函 數(shù)以及所述哈希函數(shù)//2 :GxG4咒，其中父為會話密鑰空間。
[0014] 進一步地，所述步驟B1進一步包括：根據(jù)所述主私鑰msk、所述第一用戶身份向量 ID=(Ip12，…，It)和所述根PKG隨機選取的$1，.價eZg，計算ri =h丨（1; | |g#)，其 中1 <i<t，所述第一用戶的部分私鑰k為：
[0015]
[0016] 如果k= 〇,則需要重新選取沒1， , g，通過安全信道將{glP，...，gtp，k} 發(fā)送給所述第一用戶，其中g(shù)lp，...，gtp為所述第一用戶的部分公鑰，所述第一用戶驗證下 列等式：
[0017]
[0018]若等式不成立，則拒絕所述部分私鑰k和部分公鑰glP，. ..，gtP。
[0019] 進一步地，所述步驟B2進一步包括：隨機選取X:e ?生成所述第一用戶的的私 鑰d，
[0020] d=k+x
[0021] 如果d= 〇,重新選取te計算所述第一用戶的私鑰山所述第一用戶的公鑰為 pk= {ID,gjP,. . . , gtP,xP}〇
[0022] 進一步地，所述步驟B' 1進一步包括：根據(jù)所述第一用戶的身份向量ID=(Ip 12,...，It)、所述第一用戶上層用戶IDPKS=(I^12,...，Itl)、所述上層用戶的部分私鑰 M二s 所述上層用戶的部分公鑰{giP，. ..，gtiP}和隨機選取枷6巧，計 算rt=Hi(It | |gtP)，所述上層用戶的PKG為所述第一用戶生成所述部分私鑰k，所述部分私 鑰k通過以下公式得到：
[0023]
[0024] 如果k= 0,則需要重新選取汍€g計算所述部分私鑰k，通過安全信道將 {glP，. ..，gtP，k}發(fā)送給所述第一用戶，其中g(shù)lP，. ..，gtP為所述第一用戶的部分公鑰，所 述第一用戶驗證下列等式：
[0025]
[0026]若等式不成立，所述第一用戶拒絕所述部分私鑰k和部分公鑰glP，. ..，gtP。
[0027]進一步地，所述步驟B' 2進一步包括：隨機選取XeZ；；，生成所述第一用戶的的 私鑰d，
[0028]d=k+x
[0029]如果d= 0,重新選取.K 汁算所述第一用戶的私鑰d，所述第一用戶的公鑰為 pk= {ID,gjP, . . . ,gtP,xP} 〇
[0030] 進一步地，在步驟B還包括以下步驟：
[0031]C:隨機選擇第二用戶A和第三用戶B，根據(jù)所述第二用戶A的身份向量 T