新的低轨星座组网认证与群组密钥协商协议

doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2018102

通信学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (6): 146-154.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2018102

新的低轨星座组网认证与群组密钥协商协议

张子剑¹,周琪¹,张川¹,童逍瑶¹,李春磊²,王龙¹

¹ 北京理工大学计算机学院，北京 100081
² 中国民航信息集团公司，北京 101318

修回日期:2018-05-02 出版日期:2018-06-01 发布日期:2018-07-09
作者简介:张子剑（1983-），男，北京人，博士，北京理工大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为密码协议设计与安全性分析、隐私保护、智能电网、支付安全。|周琪（1995-），男，湖南怀化人，北京理工大学硕士生，主要研究方向为天地一体化网络安全、移动互联网安全等。|张川（1991-），男，河北邯郸人，北京理工大学博士生，主要研究方向为天地一体化网络安全、物联网安全、云计算安全。|童逍瑶（1997-），女，浙江绍兴人，主要研究方向为信息安全。|李春磊（1986-），男，北京人，中国民航信息集团公司工程师，主要研究方向为卫星通信、大数据、数据中心。|王龙（1988-），男，河北衡水人，北京理工大学硕士生，主要研究方向为天地一体化网络安全、移动互联网安全等。
基金资助:
国家重点研发计划基金资助项目(2016YFB0800301)

New low-earth orbit satellites authentication and group key agreement protocol

Zijian ZHANG¹,Qi ZHOU¹,Chuan ZHANG¹,Xiaoyao TONG¹,Chunlei LI²,Long WANG¹

¹ School of Computer Science and Technology,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China
² China TravelSky Holding Company,Beijing 101318,China

Revised:2018-05-02 Online:2018-06-01 Published:2018-07-09
Supported by:
The National Key Research and Development Program of China(2016YFB0800301)

摘要/Abstract

摘要：

由于低轨卫星具有通信和持续监测的功能，其在航天领域得到广泛的应用，然而现有的卫星通信系统中没有专门的认证系统。为了解决该问题，针对低轨星座组网设计了轻量级的认证协议，考虑了认证过程中链路切换的情况，对协议进行了仿真验证并与3GPP AKA协议进行对比。模拟实验结果表明，低轨星座组网认证协议比3GPP AKA协议效率提高了20%，同时群组密钥协商时间约为300 ms。

关键词: 低轨卫星组网, 认证, 密钥协商

Abstract:

Due to the function of communication and continuous monitoring,the low-earth orbit satellites are widely used in the aerospace field.However,there is no special authentication protocol in the existing satellite communication system.In order to solve this problem,a lightweight authentication protocol which considering the switch of communication path in the authentication process was designed for the low-earth orbit satellites,and the proposed protocol was verified by simulation and compared with the 3GPP AKA protocol.The simulation results show that the protocol has a 20% higher efficiency than 3GPP AKA protocol,and the spend of group key agreement protocol is about 300 ms.

Key words: low-earth orbit satellites, authentication, key agreement

中图分类号:

TP393

张子剑,周琪,张川,童逍瑶,李春磊,王龙. 新的低轨星座组网认证与群组密钥协商协议[J]. 通信学报, 2018, 39(6): 146-154.

Zijian ZHANG,Qi ZHOU,Chuan ZHANG,Xiaoyao TONG,Chunlei LI,Long WANG. New low-earth orbit satellites authentication and group key agreement protocol[J]. Journal on Communications, 2018, 39(6): 146-154.

图/表 15

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

图9

图10

图11

图12

图13

图14

图15

参考文献 19

[1]	李凤华, 殷丽华, 吴巍 ,等. 天地一体化信息网络安全保障技术研究进展及发展趋势[J]. 通信学报, 2016,37(11): 156-168.
	LI F H , YIN L H , WU W ,et al. Research status and development trends of security assurance for space-ground integration information network[J]. Journal on Communications, 2016,37(11): 156-168.
[2]	张小亮, 涂勇策, 马恒太 ,等. 一种适用于卫星通信网络的端到端认证协议[J]. 计算机研究与发展, 2013,50(3): 540-547.
	ZHANG X L , TU Y C , MA H T ,et al. An end-to-end authentication protocol for satellite communication network[J]. Journal of Computer Research and Development, 2013,50(3): 540-547.
[3]	徐志博, 马恒太 . 一种用于卫星网络安全认证的协议设计与仿真[J]. 计算机工程与应用, 2007,43(17): 130-132.
	XU Z B , MA H T . Design and simulation of security authentication protocol for satellite network[J]. Computer Engineering and Applications, 2007,43(17): 130-132.
[4]	徐日新, 陈小兵, 祝烈煌 . CASTWED:卫星移动通信系统中一种结合可穿戴设备与智能终端的持续认证方案[J]. 通信学报, 2017,38(8): 60-65.
	XU R X , CHEN X B , ZHU L H . CASTWED:continuous authentication combining smart terminal with wearable devices in mobile satellite communication system[J]. Journal on Communications, 2017,38(8): 60-65.
[5]	高婧, 黄望宗 . 基于 ELGamal 数字签名的卫星网络认证方案[J]. 计算机工程与设计, 2011,32(12): 3980-3982,4029.
	GAO J , HUANG W Z . Satellite network authentication scheme based on ELGamal digital signature[J]. Computer Engineering and Design, 2011,32(12): 3980-3982,4029.
[6]	CRUICKSHANK H S , . A security system for satellite networks[C]// International Conference on Satellite Systems for Mobile Communications and Navigation. 1996: 187-190.
[7]	CHEN T H , LEE W B , CHEN H B . A self-verification authentication mechanism for mobile satellite communication systems[J]. Computers＆ Electrical Engineering, 2009,35(1): 41-48.
[8]	赖成喆, 郑东 . 3GPP 认证和密钥协商协议综述[J]. 信息网络安全, 2016(8): 24-31.
	LAI C Z , ZHENG D . Research on 3GPP authentication and key agreement protocols[J]. Information Network Security, 2016(8): 24-31.
[9]	GAI K , QIU M . Blend arithmetic operations on tensor-based fully homomorphic encryption over real numbers[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2018,PP(99): 1.
[10]	陆峰, 郑康锋, 钮心忻 ,等. 3GPP认证与密钥协商协议安全性分析[J]. 软件学报, 2010,21(7): 1768-1782.
	LU F , ZHENG K F , NIU X X ,et al. Security analysis of 3GPP authentication and key agreement protocol[J]. Journal of Software, 2010,21(7): 1768-1782.
[11]	周赤, 朱诗兵, 李长青 . LTE 认证与密钥协商协议的安全分析及改进[J]. 现代电子技术, 2014(18): 35-37.
	ZHOU C , ZHU S B , LI C Q . Security analysis and improvement of LTE authentication and key agreement protocol[J]. Modern Electronics Technique, 2014(18): 35-37.
[12]	ZHANG M , FANG Y . Security analysis and enhancements of 3GPP authentication and key agreement protocol[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2005,4(2): 734-742.
[13]	JUANG W S , WU J L . Efficient 3GPP authentication and key agreement with robust user privacy protection[C]// IEEE Wireless Communications and NETWORKING Conference. 2007: 2720-2725.
[14]	LEE C C , CHEN C L , OU H H ,et al. Extension of an efficient 3GPP authentication and key agreement protocol[J]. Wireless Personal Communications, 2013,68(3): 861-872.
[15]	DIFFIE W , HELLMAN M . New directions in cryptography[J]. IEEE Transaction on Information Theory, 1976,22(22): 644-654.
[16]	JOUX A , . A one round protocol for tripartite Diffie-Hellman[C]// International Algorithmic Number Theory Symposium. 2000: 385-393.
[17]	陈虹, 徐嘉鸿, 肖振久 . 基于身份的认证密钥协商协议的改进[J]. 计算机应用与软件, 2016(2): 284-289.
	CHEN H , XU J H , XIAO Z J ,et al. Improvement of ID-based authenticated key agreement protocol[J]. Computer Applications and Software, 2016(2): 284-289.
[18]	陈海红, 李军义 . 新的基于身份认证的群密钥协商协议[J]. 计算机工程与应用, 2017,53(21): 103-109.
	CHEN H H , LI J Y . Novel ID-based group authenticated key agreement scheme[J]. Computer Engineering and Applications, 2017,53(21): 103-109.
[19]	3GPP.Technical specification group services and system aspects,3G security,security architecture release 1999:TS 33.102 v 3.13.0[S]. 2002.

新的低轨星座组网认证与群组密钥协商协议

New low-earth orbit satellites authentication and group key agreement protocol

在线阅读

PDF下载

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 15

参考文献 19

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0

[1]	张海波, 兰凯, 陈舟, 王汝言, 邹灿, 王明月. 车联网中基于环的匿名高效批量认证与组密钥协商协议[J]. 通信学报, 2023, 44(6): 103-116.
[2]	刘雪娇, 钟强, 夏莹杰. 基于双层分片区块链的车联网跨信任域高效认证方案[J]. 通信学报, 2023, 44(5): 213-223.
[3]	夏莹杰, 朱思雨, 刘雪娇. 区块链架构下具有条件隐私的车辆编队跨信任域高效群组认证研究[J]. 通信学报, 2023, 44(4): 111-123.
[4]	李玮, 刘春, 谷大武, 孙文倩, 高建宁, 秦梦洋. Saturnin-Short轻量级认证加密算法的统计无效故障分析[J]. 通信学报, 2023, 44(4): 167-175.
[5]	王圣宝, 周鑫, 文康, 翁柏森. 适用于智能电网的三方认证密钥交换协议[J]. 通信学报, 2023, 44(2): 210-218.
[6]	田有亮, 田茂清, 高鸿峰, 何淼, 熊金波. 面向群智感知应用的基于协作的位置认证方案[J]. 通信学报, 2022, 43(9): 121-133.
[7]	冯霞, 崔凯平, 谢晴晴, 王良民. VANET中基于区块链的分布式匿名认证方案[J]. 通信学报, 2022, 43(9): 134-147.
[8]	王振宇, 郭阳, 李少青, 侯申, 邓丁. 面向轻量级物联网设备的高效匿名身份认证协议设计[J]. 通信学报, 2022, 43(7): 49-61.
[9]	廉欢欢, 侯慧莹, 赵运磊. 后量子基于验证元的三方口令认证密钥交换协议[J]. 通信学报, 2022, 43(4): 95-106.
[10]	张应辉, 胡凌云, 李艺昕, 宁建廷, 郑东. 空间信息网络中基于动态撤销机制的安全高效批量认证方案[J]. 通信学报, 2022, 43(4): 164-176.
[11]	尹安琪, 郭渊博, 汪定, 曲彤洲, 陈琳. 可证明安全的抗量子两服务器口令认证密钥交换协议[J]. 通信学报, 2022, 43(3): 14-29.
[12]	郭渊博, 尹安琪. 基于格的口令认证密钥交换协议综述[J]. 通信学报, 2022, 43(12): 172-187.
[13]	曹进, 卜秋雨, 杨元元, 李晖, 刘樵, 马懋德. 基于位置密钥的增强型北斗用户设备接入认证协议[J]. 通信学报, 2022, 43(11): 80-89.
[14]	张海波, 陈舟, 黄宏武, 贺晓帆. VANET系统中基于中国剩余定理的群内相互认证密钥协商协议[J]. 通信学报, 2022, 43(1): 182-193.
[15]	姚志强, 竺智荣, 叶帼华. 基于密钥协商的防范DHCP中间人攻击方案[J]. 通信学报, 2021, 42(8): 103-110.