基于混合密钥增强的LTE-R车地认证密钥协商方案

作     者：陈永 刘雯 詹芝贤 CHEN Yong;LIU Wen;ZHAN Zhixian

作者机构：兰州交通大学电子与信息工程学院甘肃兰州730070 

出 版 物：《铁道学报》 (Journal of the China Railway Society)

年 卷 期：2023年第45卷第6期

页      面：69-79页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0701[理学-数学] 0823[工学-交通运输工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(61963023,61841303) 兰州交通大学基础研究拔尖人才项目(2022JC36) 兰州交通大学天佑创新团队(TY202003)。 

主　　题：LTE-R 车地认证密钥协商 IMSI保护 椭圆曲线加密 BAN逻辑 

摘      要：针对LTE-R车地认证协议EPS-AKA中IMSI明文传输、密钥泄露和认证开销高等问题,提出一种基于混合密钥增强的LTE-R车地认证密钥协商方案。针对典型高速铁路认证场景,分别设计注册认证、全认证、重认证和切换认证四种协议,提出采用非对称公钥加密和私钥签名机制,解决了IMSI明文传输的问题;并混合引入椭圆曲线密钥算法对密钥动态更新,可有效防范中间人、重放等攻击。该方案不仅能减少全认证协议的频繁重启,而且还具有前后向安全。最后,采用BAN逻辑进行形式化验证,结果表明:本文方法在安全性、认证开销较其他方法更优,能够满足LTE-R车地认证安全性和实时性的要求。