一种基于边缘计算的智能家居认证方法技术

本发明专利技术公开了一种基于边缘计算的智能家居认证方法，属于密码学与网络安全技术领域，包括了注册中心、边缘网关、用户、智能设备四个实体；其中，注册中心负责用户以及智能设备的注册；边缘网关部署在家庭内部，作为智能设备与用户之间通信的桥梁；用户在边缘网关的帮助下，随时随地通过移动设备享受智能设备提供的服务并对它们进行远程控制；智能设备包含家庭中的各种各样的智能设备，每个智能设备都嵌入了PUF模块；该智能家居认证方法，包括三个阶段，分别为初始化阶段，用户注册和智能设备注册阶段，用户远程访问和控制智能设备阶段。本发明专利技术提出的智能家居环境认证方案具有实时控制性，也能够保证用户和智能设备之间信息的安全传输。全传输。全传输。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的智能家居认证方法


[0001]本专利技术属于密码学与网络安全
，具体涉及一种基于边缘计算的智能家居认证方法。

技术介绍

[0002]物联网(Internet of Thing,IoT)广泛来说是一种万物相连的网络，能够实时收集各种类型的信息，与其他的设备进行通信。物联网的发展在不同的领域带来了重大成果，比如智能城市、智能医疗、智能交通、智能家居等。智能家居是物联网化的体现。它是一种将智能设备部署在家庭中，各种设备通过连接互联网为用户提供服务的环境。人们可以通过语音助手或者应用程序，随时随地获取智能家居服务，轻松的控制智能设备。在智能家居环境下，人们的生活变得更加的舒适，生活方式也变得更加智能化，人民的生活质量也在不断提高。
[0003]传统的智能家居架构依赖于集中式云计算，利用云计算进行数据搜集和处理。在这种模式下出现了有很多问题，如果增加大量边缘设备，大量终端数据仍会传输到云端进行处理，中间数据传输量会大大增加，数据传输性能会降低，网络传输带宽负载较大，导致数据传输延迟。在某些用户需要实时反馈的场景中，如监控。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的智能家居认证方法，其特征在于，包括了注册中心、边缘网关、用户、智能设备四个实体；其中，注册中心，负责用户以及智能设备的注册，将用户和智能设备注册的参数存储在边缘网关的安全数据库中；边缘网关，部署在家庭内部，收集多种智能设备的数据，对数据进行处理，将处理后的数据发送给需要数据的用户，作为智能设备与用户之间通信的桥梁；用户，包括通过注册中心注册成功的家庭用户，在边缘网关的帮助下，随时随地通过移动设备享受智能设备提供的服务并对它们进行远程控制；智能设备，包含家庭中的各种各样的智能设备，每个智能设备都嵌入了PUF模块，在智能家居环境中，通过无线方式连接到边缘网关，执行用户通过边缘网关传输的指令，实时收集的数据；该智能家居认证方法，包括三个阶段，分别为初始化阶段，用户注册和智能设备注册阶段，用户远程访问和控制智能设备阶段。2.根据权利要求1所述基于边缘计算的智能家居认证方法，其特征在于，所述初始化阶段的具体过程为：注册机构生成一个主密钥x，每个智能设备都配有唯一的身份标识SMID
j
。3.根据权利要求1所述基于边缘计算的智能家居认证方法，其特征在于，所述用户注册和智能设备注册阶段，又分为用户注册阶段和智能设备注册阶段两个分阶段；其中，用户注册阶段包括如下步骤：步骤2.1.1、用户首先选择自己的用户身份UID
i
和用户密码UPW
i
，再选择一个随机数a
i
，然后计算临时身份PID
i
＝h(UID
i
||a
i
)，并将{PID
i
,UPW
i
,a
i
}以索引的方式发送到注册机构TTP；其中，h(
·
)表示单向哈希函数，||表示连接；步骤2.1.2、TTP收到用户的请求消息后，首先从自己的数据库中检索PID
i
；若PID
i
能够检索到，那么TTP将拒绝用户的请求；否则，TTP计算哈希值X
UT
和异或值R1，计算公式如下，X
UT
＝h(PID
i
||a
i
||x)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)R1＝X
UT
⊕
h(UPW
i
||a
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，
⊕
表示异或操作；然后，将PID
i
存储在自己的数据库中，并将{PID
i
,X
UT
}以索引的方式存在边缘网关的安全数据库中；最后，将R1发送给用户；步骤2.1.3、用户计算异或值A1和验证值V
i
，计算公式如下，A1＝a
i
⊕
h(UID
i
||UPW
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)V
i
＝h(PID
i
||UPW
i
||a
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)并将{A1,R1,V
i
}存储在自己的移动设备中；智能设备注册阶段包括如下步骤：步骤2.2.1、智能设备选择自己的智能设备身份SMID
j
，生成一个挑战并将其设置为C
j
，计算响应值R
j
并纠错，并将{SMID
j
,C
j
,δ
j
}以索引的方式发送给注册机构TTP；响应值R
j
与纠错的计算公式如下，R
j
＝PUF(C
j
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)Gen(R
j
)＝(σ
j
,δ
j
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
其中，PUF(
·
)表示物理不可克隆函数；Gen(
·
)表示概率生成的模糊提取器，Gen(R
j
)表示利用模糊提取器对PUF的响应进行纠错，R
j
表示PUF函数挑战相对应的响应值，σ
j
表示密钥，δ
j
表示辅助数据；步骤2.2.2、TTP从数据库中检索SMID
j
；若未在数据库中检索到，TTP计算哈希值X
ST
，计算公式如下，X
ST
＝h(SMID
j
||x||δ
j
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)然后，将SMID
j
存储在数据库中，并将{SMID
j
,V
j
,δ
j
,X
ST
}以索引的方式存储在边缘网关的安全数据库中；最后，将X
ST
发送给智能设备；步骤2.2.3、智能设备生成一个随机数b
j
，计算异或值A2和异或值A3，计算公式如下，A2＝X
ST
⊕
h(SMID
j
||b
j
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)A3＝δ
j
⊕
h(SMID
j
||b
j
||X
ST
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)最后，将{A2,A3,b
j
}以索引的方式存储在自己的内存中。4.根据权利要求1所述基于边缘计算的智能家居认证方法，其特征在于，所述远程访问和控制阶段包括如下步骤：步骤3.1、用户输入UID
i
和UPW
i
进行登录，此时计算随机数a
i
、临时身份PID
i
和验证值V
i*
，计算公式如下，a
i
＝h(UID
i
||UPW
i
)
⊕
A1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)PID
i
＝h(UID
i
||a
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)V
i*
＝h(PID
i
||UPW
i
||a
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)然后，验证V
i*
是否等于V
i
；如果验证通过，证明用户是合法用户，会话继续，否则，会话终止；然后用户计算异或值X
UT
和伪身份RID
i
，计算公式如下，X
UT
＝R1⊕
h(a
i
||UPW
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)RID
i
＝h(PID
i
||a
i
||X
UT
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)其中，h(
·
)表示单向哈希函数；然后选择随机数r
i
、时间戳T1和想要使用的智能设备的身份SMID
j
，计算异或值W1、异或值W2和验证值V
UE
，计算公式如下，W1＝(SMID
j
||r
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴祖扬，孔芳芳，陈建铭，潘正祥，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：