一种无证书代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方法技术

本发明专利技术公开了一种无证书代理签名的LTE‑R车‑地无线通信安全认证方法。该方法包括对密钥生成中心进行系统初始化，生成系统参数和主密钥；用户归属服务器HSS注册；移动管理实体MME注册；车载移动单元OBU注册；车载移动单元OBU初始认证。本发明专利技术为了解决现有技术中国际移动用户识别码缺乏保护，缺乏预认证，难以抵抗拒绝服务等攻击，认证向量远程请求及传输开销大的缺点，引入了无证书代理签名算法，借助各类衍生加密密钥实现了指定验证者，提供了包括不可否认性和不可伪造性在内的多种安全特性；引入了抗拒绝服务攻击的puzzle，无需用户归属服务器HSS参与到用户认证过程，因此能有效提高车‑地无线通信实体认证的安全和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种无证书代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方法
本专利技术涉及轨道交通无线通信安全认证领域，尤其涉及一种无证书代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方法。
技术介绍
2009年国际铁路联盟UIC(InternationalUnionofRailways)已明确采用LTE-R(LongTermEvolutionforRailway)作为新一代列控系统的无线通信技术。LTE-R沿用了SAE/LTE的基本结构，采用全IP的扁平化网络构架，具有高数据传输率、低接入延迟和多网兼容的特点，但也继承了Internet网固有的安全缺陷，并且过渡阶段多网共存，无线接口以及核心网段都具有前所未有的开放性，这些都为LTE-R系统带来了更多的安全挑战。为保证通信过程的安全性，LTE-R沿用了3GPP定义的EPS-AKA协议，该协议采用四层密钥和分层保护机制，安全性相比GSM-R有了较大改善，但依旧存在如下安全与性能问题：(1)国际移动用户识别码(IMSI)缺乏保护；(2)缺乏预认证，难以抵抗拒绝服务等攻击；r>(3)认证向量远本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无证书代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对密钥生成中心进行系统初始化，生成系统参数和主密钥；/nS2、根据所述步骤S1生成的系统参数和主密钥进行用户归属服务器HSS注册；/nS3、根据所述步骤S1生成的系统参数和主密钥进行移动管理实体MME注册；/nS4、根据所述步骤S1生成的系统参数及所述步骤S2和所述步骤S3生成的注册参数进行车载移动单元OBU注册；/nS5、根据所述步骤S1生成的系统参数及所述步骤S2、所述步骤S3和所述步骤S4生成的注册参数进行车载移动单元OBU初始认证。/n

【技术特征摘要】
1.一种无证书代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对密钥生成中心进行系统初始化，生成系统参数和主密钥；
S2、根据所述步骤S1生成的系统参数和主密钥进行用户归属服务器HSS注册；
S3、根据所述步骤S1生成的系统参数和主密钥进行移动管理实体MME注册；
S4、根据所述步骤S1生成的系统参数及所述步骤S2和所述步骤S3生成的注册参数进行车载移动单元OBU注册；
S5、根据所述步骤S1生成的系统参数及所述步骤S2、所述步骤S3和所述步骤S4生成的注册参数进行车载移动单元OBU初始认证。


2.如权利要求1所述的一种无证书代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下分步骤：
S11、所述密钥生成中心选择安全系数k，生成k比特长的大素数p，以此为输入生成整数有限域Fp，椭圆曲线E/Fp和生成元为P的q阶循环群Gq；
S12、所述密钥生成中心从整数有限域Fp中选取第一随机数s作为主密钥，然后根据第一随机数S计算出系统公钥PKKGC，其计算公式如下：
PKKGC＝s·P
S13、所述密钥生成中心选择第一到第四安全哈希函数H，H1，H2，H3；
S14、所述密钥生成中心保存第一随机数s并公开系统参数params，完成系统初始化，系统参数params表达式如下：





3.如权利要求2所述的一种无证书代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、所述用户归属服务器HSS从整数有限域Fp中选取第二随机数tH作为其秘密值，然后计算出第一公开承诺PPH，其计算公式如下：
PPH＝tH·P
然后将{PPH，IDH}通过安全信道发送给所述密钥生成中心，其中IDH是所述用户归属服务器HSS的身份；
S22、所述密钥生成中心从整数有限域Ep中选择第三随机数rH作为其秘密值，然后计算出第二公开承诺RH，其计算公式如下：
RH＝rH·P
生成公钥PKH，其计算公式如下：
PKH＝{PPH，RH}
生成部分私钥dH，其计算公式如下：
dH＝(rH+s×H(IDH，RH，PPH))
然后将{RH，dH}通过安全信道发送给所述用户归属服务器HSS；
S23、所述用户归属服务器HSS生成并保存私钥skH，其计算公式如下：
SkH＝{tH，dH}
生成并保存公钥PKH，其计算公式如下：
PKH＝{PPH，RH}
完成所述用户归属服务器HSS注册过程。


4.如权利要求3所述的一种无证书代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下分步骤：
S31、所述移动管理实体MME从整数有限域Fp中选择第四随机数tM作为其秘密值，计算出第三公开承诺PPM，其计算公式如下：
PPM＝tM·P
然后将{PPM，IDM}通过安全信道发送给所述密钥生成中心，其中IDM是所述移动管理实体MME的身份；
S32、所述密钥生成中心从整数有限域Fp中选择第五随机数rM作为其秘密值，计算出第四公开承诺RM，其计算公式如下：
RM＝rM·P
生成公钥PKM，其计算公式如下：
PKM＝{PPM，RM}
生成部分私钥dM，其计算公式如下：
dM＝(rM+s×H(IDM，RM，PPM))
将{RM，dM}通过安全信道发送给所述移动管理实体MME；
S33、所述移动管理实体MME生成并保存私钥skM，其计算公式如下：
skM＝{tM，dM}
生成并保存公钥PKM，其计算公式如下：
PKM＝{PPM，RM}
完成所述移动管理实体MME注册过程。


5.如权利要求4所述的一种无证书代理签名的LTE-R车-地无线通信安全认证方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下分步骤：
S41、所述车载移动单元OBU从整数有限域Ep中选择第六随机数aO作为其秘密值，计算出第五公开承诺AO，其计算公式如下：
AO＝aO·P
然后将{AO，IMSI}通过安全信道发送给所述用户归属服务器HSS，其中IMSI是所述车载移动单元OBU的全球唯一身份标识；
S42、所述用户归属服务器HSS从整数有限域Ep中选择第七随机数aH作为所述车载移动单元OBU的部分私钥，计算出第六公开承诺AH，其计算公式如下：
AH＝aH·P
计算出第一哈希值h1，其计算公式如下：
h1＝H(IDH，IMSI，AH，AO)
计算出第二哈希值h2，其计算公式如下：
h2＝H(PPH，IMSI，AH，AO)
所述用户归属服务器HSS计算出部分代理私钥σ，其计算公式如下：
σ＝dH×h1+tH×h2+aH
最后所述用户归属服务器HSS将{σ，I...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文芳，王宇，王小敏，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51