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面向物联网的轻量级可验证群组认证方案

电子学报 2022年第4期50卷 990-1001页

作者：陈书仪刘亚丽林昌露李涛董永权江苏师范大学计算机科学与技术学院江苏徐州221116 福建师范大学福建省网络安全与密码技术重点实验室福建福州350007 河南省网络密码技术重点实验室河南郑州450001

随着物联网应用的广泛扩展,越来越多的物联网设备出现在人们的日常生活中,包括智能电表、智能家居、智能穿戴等.它们在带给人民生活便利的同时,由于物联网设备通过无线开放信道进行交互,造成诸多安全和隐私问题的出现.身份认证是解决物... 详细信息

随着物联网应用的广泛扩展,越来越多的物联网设备出现在人们的日常生活中,包括智能电表、智能家居、智能穿戴等.它们在带给人民生活便利的同时,由于物联网设备通过无线开放信道进行交互,造成诸多安全和隐私问题的出现.身份认证是解决物联网安全和隐私问题的关键技术之一.传统的点对点认证方案没有考虑到物联网海量节点和节点资源受限的情况,而群组认证是一种一次验证一组成员身份的认证技术,为物联网节点的身份认证提供了新的思路.然而,现有适用于物联网场景的群组认证方案存在安全隐患,无法抵抗伪造、重放等恶意攻击并且无法防止群组管理者对组成员的欺骗.本文利用可验证秘密共享技术设计了一种适用于物联网场景的轻量级可验证群组认证方案以抵抗群组管理者的欺骗行为.另外,在物联网场景下,节点可能会动态地加入和撤出网络,针对这种情况,本文在可验证群组认证方案的基础上设计密钥更新环节以更新组成员的权限.安全性分析表明,本文方案满足正确性、机密性,能够抵抗重放、伪造、冒充等恶意攻击.性能分析和实验仿真表明,与现有典型的物联网群组认证方案相比,本文方案在保证安全性的同时降低了组成员的计算代价.

关键词：群组认证物联网轻量级可验证秘密共享动态群组

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一种基于星型簇态的动态量子群组认证协议

中国科学：物理学、力学、天文学 2022年第11期52卷 66-73页

作者：高冬梅杨宇光山东工商学院数学与信息科学学院烟台264005 北京工业大学信息学部北京100124 北京市可信计算重点实验室北京100124

与传统一对一的身份认证不同,群组认证面向群组,可对属于同一群组的所有用户进行身份认证.本文提出了一种动态量子群组认证协议.借助于一种特殊的纠缠态,即星型簇态,群组内的量子身份认证中心可对属于同一群组的所有用户进行身份认证.此... 详细信息

与传统一对一的身份认证不同,群组认证面向群组,可对属于同一群组的所有用户进行身份认证.本文提出了一种动态量子群组认证协议.借助于一种特殊的纠缠态,即星型簇态,群组内的量子身份认证中心可对属于同一群组的所有用户进行身份认证.此外,该协议还具有如下特点:(1)参与群组认证的用户数可动态变化,即允许新用户加入群组认证和老用户退出群组认证;(2)新用户加入群组认证或老用户退出群组认证时,所有老用户的认证密钥不必重新分发.与现有量子群组认证协议相比,所提出的协议更灵活、更适于实际场景.

关键词：量子密码群组认证星型簇态动态

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基于多维球面重构的航空自组网群组认证

华中科技大学学报（自然科学版） 2019年第2期47卷 52-57页

作者：王宏李建华冉淏丹徐田空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077 国防科技大学信息通信学院陕西西安710106

针对航空自组网"一对一"认证存在效率低的问题,基于多维球面重构理论提出一种批量进行所有成员身份验证的群组认证方案.该方案以球心作为共享秘密,将球面上的点作为令牌分发给成员,战术组网时使用参与成员的令牌重构此球面,若重构成功,... 详细信息

针对航空自组网"一对一"认证存在效率低的问题,基于多维球面重构理论提出一种批量进行所有成员身份验证的群组认证方案.该方案以球心作为共享秘密,将球面上的点作为令牌分发给成员,战术组网时使用参与成员的令牌重构此球面,若重构成功,则证明参与成员身份合法;否则,证明参与者中间存在非法用户.安全分析表明本方案能够抵抗来自外部的重放攻击和内部的合谋攻击;对比分析表明本方案较其他同类方案具有部署灵活、信息率高和认证快速的优势.

关键词：航空自组网群组认证秘密共享球面重构无中心

TSNP:空间信息网中PCL安全高效的群组认证协议

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计算机研究与发展 2016年第10期53卷 2376-2392页

作者：李学峰张俊伟马建峰刘海西安电子科技大学网络与信息安全学院西安710071 青海广播电视大学教育技术中心西宁810008

由于空间信息网络(space information network,SIN)具有高动态拓扑、卫星计算和通信资源受限等特点,当群组飞行器需要与卫星快速接入认证以实现信息连续收集或扩大观测范围时,已有协议方案不能完全满足SIN的特点和一些应用需求.为此,提... 详细信息

由于空间信息网络(space information network,SIN)具有高动态拓扑、卫星计算和通信资源受限等特点,当群组飞行器需要与卫星快速接入认证以实现信息连续收集或扩大观测范围时,已有协议方案不能完全满足SIN的特点和一些应用需求.为此,提出一种面向空间信息网,协议组合逻辑(protocol composition logic,PCL)安全的群组多用户快速认证协议(TSNP).基于对称加密体制、密钥分层的思想,TSNP允许群组内完成接入认证的节点向其他用户发送消息,通过计算使得群组内用户拥有与卫星通信的密钥,实现群组内用户高效安全认证或切换.通过PCL模型对TSNP各阶段协议安全属性进行分析,并使用并行和顺序组合方法证明TSNP能保障组合后协议的安全属性.实验结果表明:TSNP一方面减少了对地面管理中心的依赖程度,同时有效降低了卫星计算和通信开销.

关键词：空间信息网络群组认证协议组合逻辑认证性机密性

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基于云的轻量级RFID群组标签认证协议

计算机科学 2019年第1期46卷 182-189页

作者：李璐璐董庆宽陈萌萌西安电子科技大学综合业务网国家重点实验室西安710071

射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)作为物联网中标识物品的关键技术,其因低成本、易携带等优势而得到了广泛的应用。基于云存储的RFID技术相较于传统RFID技术更具有应用市场,但其安全隐私问题也更为严重。另外,现有的... 详细信息

射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)作为物联网中标识物品的关键技术,其因低成本、易携带等优势而得到了广泛的应用。基于云存储的RFID技术相较于传统RFID技术更具有应用市场,但其安全隐私问题也更为严重。另外,现有的很多群组标签认证协议不仅不符合轻量级要求,还具有密钥失同步的问题。文中提出一种基于云的轻量级RFID群组标签认证协议。该协议基于Hash函数而设计,它不仅解决了上述安全隐患,还能在群组认证过程中筛除无效标签和假冒标签。最后,利用BAN逻辑对该协议进行了分析。安全目标分析表明,该协议可以抗多重DOS攻击以及其他基本攻击,并满足前向安全性。

关键词：云数据库 RFID 轻量级认证协议群组认证 BAN逻辑

面向铁路无线通信的群组认证及密钥协商机制研究

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面向铁路无线通信的群组认证及密钥协商机制研究

作者：陈丹西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,我国铁路建设随着现代化科学技术的发展,逐步实现信息化、自动化、智能化。铁路系统复杂开放的网络环境,如何保证复杂冗余的数据安全成为研究重点。为实现无线网络通信的基本安全属性,3GPP规范明确规定在开放的无线通信环境下,... 详细信息

近年来,我国铁路建设随着现代化科学技术的发展,逐步实现信息化、自动化、智能化。铁路系统复杂开放的网络环境,如何保证复杂冗余的数据安全成为研究重点。为实现无线网络通信的基本安全属性,3GPP规范明确规定在开放的无线通信环境下,通信双方需执行完整的身份认证和密钥协商。但是,由于铁路系统具有人流密集、移动设备数量庞大的特点,移动设备同时请求执行认证及密钥协商协议时,将损耗大量的网络资源,同时导致网络拥塞现象。针对这个问题,许多学者提出将具备相同物理属性或运行轨迹的大量移动设备进行分组的思想,同组的移动设备仅需发送一条认证消息,便可供核心网络对所有移动设备进行身份认证。同时,考虑到移动设备对数据的处理能力有限,所以应尽量采用轻量级算法以降低协议计算复杂度。鉴于此,本文主要针对铁路无线通信系统大量移动设备的身份认证及密钥协商协议进行研究,主要内容如下:(1)为了向乘客设备提供安全稳定服务,3GPP委员会提出在LTE-A网络中引入移动中继以提高网络性能。然而,开放的空中接口和复杂的信息交互等问题使得部署在同一列车上的移动中继节点(MRN)易遭受恶意攻击且带宽开销大。针对这个问题,本文提出一种面向LTE-A网络列车MRN的安全高效组认证及密钥协商方案。该方案采用改进的基于中国剩余定理的秘密共享技术,以实现LTE-A网络对MRN的群组认证,采用轻量级哈希算法及异或操作实现核心网络和MRN间的会话密钥协商。安全分析表明本方案能够提供身份隐私保护、密钥前向/后向安全性等安全属性,并能抵抗中间人攻击、重定向攻击等多种恶意攻击。利用BAN逻辑和形式化验证工具AVISPA可验证本方案的正确性与安全性。效率分析表明,与其他相关方案相比,本方案在保持平均计算开销的前提下,通信开销更低。(2)为了实现更大的网络容量和覆盖范围以满足日益增加的服务需求,新一代无线通信系统将集成LTE-A、WLAN或其他无线接入技术。针对相关移动性管理方案缺少全面的安全性考虑以及无法高效实现列车上大量用户设备同时执行切换认证的问题,本章提出一种面向铁路乘客移动设备在LTE-A和WLAN异构网络间实现批量切换的认证方案。该方案采用聚合消息验证码实现目标网络对大量用户设备的同时认证,并结合轻量级对称加密算法和哈希算法协商用户设备与目标网络的会话密钥。BAN逻辑证明、形式化验证工具AVISPA仿真结果以及安全属性分析表明本方案能够抵抗多种恶意攻击,如特权内部攻击、中间人攻击等。最后,从信令成本、计算开销和通信开销三个方面将本方案与相关方案进行了性能对比,结果表明本方案具有明显效率优势。

关键词：铁路无线通信 LTE-A 异构网络群组认证密钥协商

窄带物联网（NB-IoT）群组认证技术研究

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同方学位论文库

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窄带物联网（NB-IoT）群组认证技术研究

作者：赵鹏西安电子科技大学

学位级别：硕士

窄带物联网（Narrow bandwidth Internet of Things,NB-IoT）是即将到来的第五代（fifth Generation,5G）移动网络的关键业务驱动力,5G网络反过来又将支持众多创新的物联网应用程序,例如智慧城市,移动健康以及5G标准中定义的其他大规模N... 详细信息

窄带物联网（Narrow bandwidth Internet of Things,NB-IoT）是即将到来的第五代（fifth Generation,5G）移动网络的关键业务驱动力,5G网络反过来又将支持众多创新的物联网应用程序,例如智慧城市,移动健康以及5G标准中定义的其他大规模NBIo T用例。如今,NB-IoT技术已被引入到第三代合作伙伴计划（3rd Generation Partnership Project,3GPP）标准中,其中低开销,低功耗的物联网设备可以通过接入网络安全地访问5G核心网络。但是,根据当前的3GPP标准,这些NB-IoT设备仍然采用普通用户设备的传统认证过程来实现NB-IoT设备与5G核心网络之间的相互认证,这带来了大量的通信和存储开销,同时激活许多NB-IoT设备时,情况将更加严重。并且在初次注册网络所触发的认证消息以明文形式在无线网络中传输,容易泄露认证消息中的重要信息,NB-IoT设备的隐私保护也会遭到威胁。为了缓解认证时的信令拥塞并解决认证消息在无线传输过程中的不安全性,本文提出了一种针对大规模NB-IoT设备的群组认证方案（Narrow bandwidth Internet of Things Group-based Authentication and Key Agreement,NIGA-AKA）,该方案主要包括NB-IoT设备的身份信息加密保护以及群组认证过程,同时实现了一组NB-IoT设备的认证和数据传输。NIGA-AKA方案首先将同一区域中具有相同或相似属性的大型NB-IoT设备构建为NB-IoT固定或临时组,然后选择群组组长。当多个NB-IoT设备同时启动对5G网络的访问认证时,所有组成员的访问认证信息和加密的敏感数据将由组长设备聚合。然后,组长将聚合访问身份验证信息发送到5G核心网络,以便网络可以根据组长生成的聚合信息来进行有效验证。为了保证群组认证消息在无线传输过程中的安全性,NIGA-AKA机制也增加了对认证相关消息的认证保护和加密保护。本文基于形式化验证工具（Automated Validation of Internet Security Protocols and Applications,AVISPA）对提出的NIGA-AKA方案进行相互认证和安全验证。通过验证结果表明我们提出的方案在加密和认证过程具有很强的安全性,并且可以抵抗大部分已知的攻击手段。由数据分析表明,我们提出的基于群组认证方案在通信开销和计算开销上与现有的方案相比较,具有很大的改善。

关键词： NB-IoT 5G 群组认证 AVISPA

基于云的轻量级RFID群组认证和所有权转移协议研究

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同方学位论文库

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基于云的轻量级RFID群组认证和所有权转移协议研究

作者：李璐璐西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的快速发展,无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)由于其不需实体接触、工作效率高、可远程识别、易于制作和设计等突出特点在应用领域迅速崛起。但传统的RFID技术存在很多问题,限制了RFID技术的发展... 详细信息

随着物联网技术的快速发展,无线射频识别技术(Radio Frequency Identification,RFID)由于其不需实体接触、工作效率高、可远程识别、易于制作和设计等突出特点在应用领域迅速崛起。但传统的RFID技术存在很多问题,限制了RFID技术的发展。例如,传统的RFID技术使用的后方数据库服务器不能承载海量大数据的处理和存放,用户的部署成本很高,并且其通信所采用的有线连接方式限制了阅读器的移动性。而引入云数据库服务器的方案使用户可以租借所需的资源,同时阅读器也可以基于无线信道自由移动,可以解决上述问题。但无线信道会遭受到窃听、截取、篡改、跟踪等更为严峻的安全威胁。同时,RFID标签缺乏充足的存储和处理能力,这也会直接影响RFID安全防护技术的应用。另外,标签的所属权在RFID标签完成自身使命彻底失效前并不是只留存于同一个所有者手中的,所以考虑标签在新、旧权限持有者之间的所有权转移问题也具有十分重要的意义。因此,设计合理的RFID认证和所有权转移方案,并在确保各个通信实体安全隐私的基础上提高方案的执行效率,降低实现成本非常重要。本文所取得的主要成果如下:首先,本文在综合考虑了基于云的轻量级RFID认证系统自身的特点和安全要求的基础上,提出了一种基于云的轻量级RFID群组标签认证方案。该方案基于轻量级哈希函数设计,既考虑了云和群组标签的相互认证,还在群组认证过程中筛除了失效和伪冒标签,同时该方案能抵御多轮DOS攻击(即频繁的多次发动DOS攻击)。安全性和认证效率较高。其次,在实现上述群组标签认证的基础上,本文设计了一种基于轻量级哈希函数的群组标签所有权转移方案。该方案实现了批量标签所属权的安全转移。然后分别基于BAN逻辑进行形式化分析和基于AVISPA工具对协议安全进行仿真验证,结果表明本文所提出的两个方案是安全的。最后,考虑到所设计的方案主要的资源消耗和硬件成本在于群组标签所承担的哈希函数的硬件消耗,本文方案选择了轻量级哈希函数Photon函数族,并对所采用的Photon-160/36/36算法的硬件系统架构进行了设计与分析,结果表明该哈希算法满足轻量级RFID认证需求。

关键词：云数据库 RFID 群组认证所有权转移 BAN逻辑 AVISPA工具

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社交网络下匿名的群组认证协议研究

社交网络下匿名的群组认证协议研究

作者：王安喜南京信息工程大学

学位级别：硕士

社交网络是互联网提供的一项重要服务,为人与人之间的日常沟通交流架起了桥梁。社交网络不仅能为用户提供实时沟通与交流的功能,还能为用户共享数据资源提供平台。然而,一方面,加入社交网络的用户的身份对于网络参与者而言是不可信的,... 详细信息

社交网络是互联网提供的一项重要服务,为人与人之间的日常沟通交流架起了桥梁。社交网络不仅能为用户提供实时沟通与交流的功能,还能为用户共享数据资源提供平台。然而,一方面,加入社交网络的用户的身份对于网络参与者而言是不可信的,因此需要对加入网络的用户身份进行认证。社交群组的管理者对于用户的加入具有一定的控制能力,但是仅凭用户与管理员之间的认证无法满足现实社交群组的安全性需求。与此同时,鉴于管理者与新加入用户之间可能存在利益关系,其对用户的认证结果可能存在可信度不足等问题。另一方面,社交网络中的用户感兴趣的是社交主题而不是用户的真实身份,面向社交网络的匿名身份信息的重要性日益凸显。然而目前支持匿名群组身份认证的协议存在安全性不足和执行效率低下等问题。同时,社交网络用户的身份和数据信息可能会遭受来自恶意用户和群组管理员的共谋攻击。针对上述两大问题,提出了相应的解决办法,主要贡献如下:1)基于秘密分享的匿名群组用户认证协议提出了一种由网络用户共同参与的,支持社交网络匿名群组用户的认证协议。在协议中引入“秘密分享”的概念,用户只负责从社交网络服务提供商处获得自己的秘密份额,并在网络进行认证的时候提供自身份额以完成身份认证流程。网络服务提供商负责生成秘密份额,以及完成认证。在认证结束以后,群组管理员根据重构秘密以及共享份额生成群组会话密钥方便后续的群组数据交流。同时,用户在整个协议运行中只负责接收和发送秘密份额,开销较大的计算均由服务提供商和群组管理员完成。从理论分析和实验对比的结果看出,该认证协议为社交网络数据相关操作提供安全保障。2)基于文本内容的匿名群组用户认证协议提出了一种基于文本内容的匿名群组认证协议,在该协议的用户注册阶段,社交网络提供商会为用户生成唯一的身份标识,在后续的群组认证中,用户根据身份标识和真实身份信息生成匿名身份,以此群组实现用户认证。该协议支持用户数量的动态变化,在提供正常服务的同时,防止恶意用户窃取网络共享数据。从数值分析和实验对比结果得出,所提出的认证协议中用户的计算和通信开销较低,可以保证实时沟通与交流功能的正常进行,也可以满足社交用户的真实隐私保护需求。

关键词：社交网络群组认证秘密分享匿名认证