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A Coprocessor Architecture for 80/112-bit Security Related Applications

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Computers, Materials & Continua 2023年第3期74卷 6849-6865页

作者： Muhammad Rashid Majid Alotaibi Department of Computer Engineering Umm Al-Qura UniversityMakkah21955Saudi Arabia

We have proposed a flexible coprocessor key-authentication architecture for 80/112-bit security-related applications over GF(2m)field by employing Elliptic-curve Diffie Hellman(ecdh)protocol.Towards flexibility,a serial input/output interface is used to load/produce secret,public,and shared keys sequentially.Moreover,to reduce the hardware resources and to achieve a reasonable time for cryptographic computations,we have proposed a finite field digit-serial multiplier architecture using combined shift and accumulate techniques.Furthermore,two finite-statemachine controllers are used to perform efficient control functionalities.The proposed coprocessor architecture over GF(2^(163))and GF(2^(233))is programmed using Verilog and then implemented on Xilinx Virtex-7 FPGA(field-programmable-gate-array)device.For GF(2^(163))and GF(2^(233)),the proposed flexible coprocessor use 1351 and 1789 slices,the achieved clock frequency is 250 and 235MHz,time for one public key computation is 40.50 and 79.20μs and time for one shared key generation is 81.00 and 158.40μs.Similarly,the consumed power over GF(2^(163))and GF(2^(233))is 0.91 and 1.37mW,respectively.The proposed coprocessor architecture outperforms state-of-the-art ecdh designs in terms of hardware resources.

关键词： Coprocessor design key-authentication wireless sensor nodes RFID ecdh FPGA

基于分组型消息验证算法的FlexRay网络安全技术研究

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基于分组型消息验证算法的FlexRay网络安全技术研究

作者：朴瑾惠延边大学

学位级别：硕士

现代车辆不再是简单的机械设备,汽车通过连接智能手机、蓝牙、因特网等给驾驶员提升了汽车的驾驶乐趣。车载网络与外部世界之间的连接也扩大了黑客可以用来利用车载网络的安全漏洞。针对这种情况,车辆信息安全保护技术引起了研究人员的... 详细信息

现代车辆不再是简单的机械设备,汽车通过连接智能手机、蓝牙、因特网等给驾驶员提升了汽车的驾驶乐趣。车载网络与外部世界之间的连接也扩大了黑客可以用来利用车载网络的安全漏洞。针对这种情况,车辆信息安全保护技术引起了研究人员的极大关注。随着汽车行业将更复杂的功能集成到车辆中,越来越多的系统由软件驱动,车内电子控制单元(ECU)数量日益增多,这就要求更快速、更可靠的车载系统。本文将针对具有更高性能的FlexRay总线,提出一种基于分组型消息验证算法的安全方案。首先,本文对FlexRay总线协议的特点及其面临的安全隐患和攻击手段进行了简要的分析。并介绍了本文提出的安全框架将要用到的密钥协商策略、数据加密和消息认证方法。其次,本文选择采用有源星型拓扑结构的FlexRay总线进行研究。在密钥协商策略方面,使用ecdh-SHA-3算法验证每个子节点的合法并将通过验证的子节点分发通信密钥;通信过程中使用简化型的AES-128加密算法对传输的数据进行加密;在消息认证阶段,考虑到在实际应用环境中,车载ECU存储和计算能力不足、节点带宽有限。为了减少资源的浪费并给ECU在一个周期内执行其他任务留出足够的时间,本文使用一种分组型的消息认证分配方法即三个时隙用公用一个消息认证码来确保实时数据的完整性和新鲜性。搭配整合以上模块后,实现通信节点安全收发数据。最后,为了验证本文提出安全方案的可行性,在软件方面,本文利用Network Designer.FlexRay构建网络数据库,并使用CANoe.FlexRay结合CANcase XL和VN8900网络接口,实时观测ECU之间的安全通信情况。在硬件方面,本文使用基于飞思卡尔公司生产的MC9S12XF512 FlexRay开发板模拟真实车辆环境下的线控系统。并在Codewarrior IDE环境下,将安全方案软件编码实现并下载到开发板中。实验表明,本文不仅将加解密速度分别提高了26%和30%,并将带宽减少为原先的25%。

关键词：网络安全 FlexRay 消息认证 ecdh CANoe

基于证书的改进ecdh双向认证及密钥协商协议

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小型微型计算机系统 2013年第12期34卷 2818-2821页

作者：王新国张兵胡天军万国根海军91440部队成都九洲电子信息系统股份有限公司电子科技大学计算机科学与工程学院

针对ecdh易受中间人攻击的问题,给出一种基于证书的改进ecdh双向认证及密钥协商协议.该协议使用节点证书实现通信双方相互认证,通过ecdh算法,实现会话密钥生成、交换和确认.该协议具有参与方实体验证过程对等,双向认证,密钥不可控、前... 详细信息

针对ecdh易受中间人攻击的问题,给出一种基于证书的改进ecdh双向认证及密钥协商协议.该协议使用节点证书实现通信双方相互认证,通过ecdh算法,实现会话密钥生成、交换和确认.该协议具有参与方实体验证过程对等,双向认证,密钥不可控、前向安全以及抵抗已知密钥攻击的安全能力.与以往的密钥协商协议相比,具有较低的计算成本和较高的运算效率,管理简单、安全性高、扩展性较好.该协议适用于通信网络中任意节点之间,或节点与网络之间进行双向认证和会话密钥的安全协商,能够较好地适用于移动通信、物联网等系统的端到端密钥管理.

关键词： ecdh 认证协议相互认证密钥管理密钥协商网络安全

一种基于ecdh方案实现IKE密钥交互的分析与设计

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计算机应用与软件 2008年第5期25卷 53-55页

作者：曹建陆建德苏州大学计算机学院江苏省计算机信息处理技术重点实验室江苏苏州215006

通过对目前IKE协商中DH密钥交换的过程和算法的分析,采用安全性和速度相对较高的ECC密钥交互算法ecdh替代原有的DH密钥交互算法,提高了IKE协商过程的安全性和协商速度。并对改进过程中涉及到的主要数据结构和函数进行分析和说明。

关键词： VPN IKE ECC ecdh

Enhanced Authentication Protocol for Improving Security in 3GPP LTE Networks

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Enhanced Authentication Protocol for Improving Security in 3...

WSN中基于ECC的轻量级认证密钥协商协议

International Conference on Information and Network Technology（ICINT 2011）

作者： J.Vijay Franklin K.Paramasivam Assistant Professor Senior Grade Department of CSE Bannari Amman Institute of TechnologySathyamangalam Professor Department of CSEBannari Amman Institute of TechnologySathyamangalam Dr

The 3rd Generation Partnership Project（3GPP） standard is developing System Architecture Evolution（SAE）/Long Term Evolution（LTE） architecture for the next generation mobile communication system.To provide secure 3G-WLAN interworking in the SAE/LTE architecture,Extensible Authentication Protocol-Authentication and Key Agreement（EAP-AKA） is used.EAP-AKA protocol has several vulnerabilities such as disclosure of user identity,man-in-the-middle attack,Sequence Number（SQN） synchronization,and additional bandwidth consumption.The analyzes threats and attacks in 3G and proposes a new authentication and key agreement protocol based on EAP-AKA.The proposed protocol combines Elliptic Curve Diffie-Hellman（ecdh） with symmetric key cryptosystem to overcome the vulnerabilities present in the EAP-AKA protocol.

关键词： EAP-AKA ecdh AES

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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计算机工程与应用 2014年第2期50卷 65-69,80页

作者：曾萍张历胡荣磊杨亚涛刘培鹤北京电子科技学院通信工程系北京100070

为解决无线传感器网络密钥管理与认证协议设计中由于节点频繁移动所带来的计算量、存储量等资源消耗过大问题,提出了一种基于ECC的轻量级认证密钥协商协议。该协议主要用于网络中任意用户节点之间,以及用户节点与网络之间的双向认证和... 详细信息

为解决无线传感器网络密钥管理与认证协议设计中由于节点频繁移动所带来的计算量、存储量等资源消耗过大问题,提出了一种基于ECC的轻量级认证密钥协商协议。该协议主要用于网络中任意用户节点之间,以及用户节点与网络之间的双向认证和会话密钥的协商。方案采用ECC进行会话密钥协商,结合AES对称密钥加密技术保证信息传输过程的保密性。与传统的密钥协商协议相比,能够在更小的密钥量下提供更大的安全性,并减少了对节点计算量和存储量的需求。该协议在ID-BJM安全模型下证明了其安全性。分析结果表明,该协议满足前后向安全性和PKG前向安全性。

关键词：无线传感器网络 ID BJM ecdh 密钥协商安全性

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基于椭圆曲线密码支付系统研究和实现

基于椭圆曲线密码支付系统研究和实现

作者：跟兄首都师范大学

学位级别：硕士

随着电子商务的发展，电子支付安全问题已成为人们日益关注的热点。常用的电子支付的协议有SSL协议和SET协议。基于SSL协议的电子支付系统成本低、应用简单透明、相对简单且快捷而占据优势地位。而基于SET协议的电子支付系统实现了多方... 详细信息

随着电子商务的发展，电子支付安全问题已成为人们日益关注的热点。常用的电子支付的协议有SSL协议和SET协议。基于SSL协议的电子支付系统成本低、应用简单透明、相对简单且快捷而占据优势地位。而基于SET协议的电子支付系统实现了多方认证，采用公钥加密、信息摘要、数字签名和双重签名等技术，确保了信息的保密性、完整性和不可否认性，使整个支付过程更安全。SET协议的制定者把椭圆曲线密码体制作为它的下一代缺省的公钥密码算法。如何让提高椭圆曲线密码体制的运行效率已成为研究热点。本文通过研究椭圆曲线密码体制，提出高效的快速点乘算法，并对基于椭圆曲线密码体制支付系统进行了深入研究。本文所作的主要工作如下：（1）研究了椭圆曲线密码的数学基础、分析了椭圆曲线密码体制的相关算法。以有限域算术和椭圆曲线算术为基础，分析椭圆曲线密码运行效率和椭圆曲线密码安全性。文中研究了椭圆曲线密码体制的椭圆曲线的选取、椭圆曲线数字签名、椭圆曲线密钥交换和椭圆曲线加解密的过程，并描述了相关的算法。（2）研究了影响椭圆曲线密码体制运行效率的关键因素点乘运算，并提出了两个快速的点乘算法。对椭圆曲线上点集合与点加运算构成的有限阿贝尔群运算层进行坐标系转换分别研究标准投影坐标系和雅克比投影坐标系中点乘运算算法并分析运行效率;在有限域上的算术运算层面上研究二进制算法和NAF算法提出固定基快速点乘算法和三位NAF点乘快速算法，并两个快速算法应用于ECDSA和ecdh当中，分析并证明ECDSA和ecdh运行效率。最后对提出的算法进行验证和效率比较。（3）对支付系统进行系统需求分析、系统架构设计、数据库设计，然后把固定基快速点乘算法、三位NAF快速点乘算法应用到支付系统中，完成系统实现。

关键词：椭圆曲线密码点乘运算 ECDLP ECDSA ecdh SET协议

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命名数据网络命名安全保护技术研究

命名数据网络命名安全保护技术研究

作者：黄睿岚江苏大学

学位级别：硕士

互联网的设计初衷是解决两点之间的通信问题,但是随着进入大数据时代,各类互联网应用及服务更迫切需要一个能够实现内容快速分发、高安全的承载网络。在这种背景下,以内容为中心、支持分布式缓存的命名数据网络（Named Data Networking,... 详细信息

互联网的设计初衷是解决两点之间的通信问题,但是随着进入大数据时代,各类互联网应用及服务更迫切需要一个能够实现内容快速分发、高安全的承载网络。在这种背景下,以内容为中心、支持分布式缓存的命名数据网络（Named Data Networking,NDN）应运而生,并逐渐发展成为下一代网络架构的典型代表。NDN打破了传统“主机-主机”的通信模式,将内容作为网络的核心,构建了灵活的命名路由机制,同时设计了基于内容的安全机制,一定程度上改善了网络的安全性。但是,由于NDN内容名称与内容本身语义相关,其基于内容名称的寻址设计,导致NDN存在严重的命名安全问题。攻击者可借助内容名称和内容语义的相关性实施特定攻击,导致用户请求内容隐私泄露,攻击手段包括:（1）当攻击者混杂在用户群体中时,可以结合计时攻击、流量监测以及重播攻击等攻击手段,从兴趣包名称中窥探同区域内用户的隐私;（2）当攻击者劫持网络中的路由器时,攻击者借助于名称审查攻击（在被劫持路由器上配置黑名单）,基于兴趣包名称或某个特定的名称组件过滤用户请求,这种攻击行为严重威胁了用户请求。但是,由于NDN命名的语义特性,以及名称在网内转发过程中的广泛使用,导致名称的安全性保护成为了NDN网络安全保护技术的研究难点。虽然现有部分研究工作已经提出类似名称后缀加密、真假名称映射以及兴趣包加密的解决方案,但这些命名安全保护方案破坏了用户名称的重用性,导致网内缓存不可用,也影响了NDN正常的命名路由运行。因此,如何在保证NDN命名路由及网内缓存等架构特征的前提下,设计有效的命名安全保护机制,是当前NDN研究领域迫切需要解决的问题,围绕该目标本文做了如下贡献:首先,针对用户侧攻击者从带语义名称中窥探邻居用户请求的行为,提出了基于加密名称边缘认证的隐私保护机制（ENEA-PPM）。ENEA-PPM仅在用户和接入边缘路由器之间构造加密的兴趣包名称,边缘路由器解密认证用户的访问权限,并将授权用户的兴趣包使用原始名称重新封装后继续向网内转发,从而阻止非授权用户基于带语义名称窥探邻居用户请求。而且,仅提供者和授权用户共享的内容密钥保证了提供者对内容的直接访问控制。方案性能评估表明,相比于IBAC（Interest-based access control）,ENEA-PPM在实现较强命名安全性保护的基础上,提高了网内缓存的利用率,轻量级ecdh密钥协商算法的引入减小了路由器处密钥存储开销和计算开销。其次,由于兴趣包中的内容名称在网内公开传输,因此,网络节点均可以访问内容名称,并根据名称对兴趣包进行处理。当节点被攻击者劫持并在其上配置黑名单,便可以基于名称或某个名称组件进行用户请求过滤,破坏了用户的内容请求过程。因此,本文提出了基于目录代理的广播加密反审查机制（BEAcM-DP）,通过目录代理分发真假名称映射的目录列表,保证了用户在一定区域内的匿名通信。用户使用代理提供的伪装名称进行内容的请求,有效规避了网络中攻击者发起的名称审查攻击,而广播加密的应用,实现了传输信息安全性,同时保证了网内缓存的可用性。仿真结果表明,相比于ANDaNA,BEAcMDP在有效规避了名称审查攻击的同时,提高了网内缓存利用率,也降低了请求时延。

关键词：命名数据网络命名安全名称审查广播加密 ecdh

基于Android的高可信物联网智能家居开发

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基于Android的高可信物联网智能家居开发

作者：邢斌吉林大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的快速发展,物联网应用场景也层出不穷,如智能家居,智能电网,智能城市,智能医疗,车联网等等。其中智能家居产业关乎百姓住行而日益繁盛,但在众多品牌智能家居产品繁荣的背后却隐藏着一些安全问题。首先在App(Application... 详细信息

随着物联网技术的快速发展,物联网应用场景也层出不穷,如智能家居,智能电网,智能城市,智能医疗,车联网等等。其中智能家居产业关乎百姓住行而日益繁盛,但在众多品牌智能家居产品繁荣的背后却隐藏着一些安全问题。首先在App(Application)方面存在软件设计的通用性问题,这体现为用户无需认证的情况下可以随意添加同一品牌的硬件设备,就造成了用户可以越权控制他人设备。其次在使用App控制硬件时往往缺少软件端与硬件端的认证和信息安全加密,造成硬件可被他人控制或控制信息可被他人窃取。再者智能家居的未来发展会以整装形式出现如智能小区,应以批量形式一次性生成。针对问题本文做出如下设计。首先,为解决软件的通用问题,将软件与控制进行剥离。本文设计的Android端需要配置文件才能动态的生成控制界面。同时实现了对配置文件的逻辑认证过程。这就解决了App的通用问题,改进了传统App中用户可以自行添加控制的方式。同时配置文件也需要安全保护,不能任由文件获得者生成控制,因此加入手机指纹信息,进行加密认证。其次,本文为了配合配置文件的生成,在服务端设计了Xml森林文件的生成算法,为了加密手机指纹信息实现了一种混沌Hash加密的算法,对配置文件的传输安全方面实现了混合加密的功能。为了限制权限,配置文件只能由服务方为用户生成。文件格式需要符合App框架逻辑,因此采用Xml文本。配置文件既包含认证信息又包含控制信息,为了降低文件数量本文修改Xml树形结构为森林结构,有利于减少数据的零散。配置文件中的认证信息不能以明文保存,本文设计混沌Hash加密算法加密配置信息,改进哈希过程加入密钥参与哈希耦合提高防暴力破解能力,避免传统MD和SHA系列哈希算法的碰撞弊端。再者,智能家居的硬件端本文对ESP8266设计两种安全协议与App进行通信。一是通过NTP服务器获取时间戳,二是基于椭圆曲线加密的ecdh。旨在解决控制指令固定单一,容易被窃取攻击问题。基于时间戳的动态指令,改进简单指令将时间戳与salt结合进行Hash加密生成动态的指令。基于椭圆曲线的安全通信协议亦同,使用ecdh交互达成双方一致的密钥,然后利用一次一密生成动态指令,完成App与ESP8266之间的通信。这种设计能实现动态化的指令,让中间人无法根据监听得到的消息进行重放攻击。

关键词：智能家居 ESP8266 混沌Hash ECC ecdh