应用于网间互联控制协议的轻量级认证方法

doi:10.11959/j.issn.2096-109x.2018090

网络与信息安全学报 ›› 2018, Vol. 4 ›› Issue (11): 40-48.doi: 10.11959/j.issn.2096-109x.2018090

应用于网间互联控制协议的轻量级认证方法

卢波^1,²,刘赟³,张洁⁴,陆月明^1,²

¹ 北京邮电大学网络空间安全学院，北京 100876
² 可信分布式计算与服务教育部重点实验室，北京 100876
³ 海军参谋部航行保证局，北京100847
⁴ 军事科学研究院系统工程院，北京 100091

修回日期:2018-10-03 出版日期:2018-11-01 发布日期:2019-01-03
作者简介:卢波（1988-），男，山西晋中人，北京邮电大学博士生，主要研究方向为应用安全。|刘赟（1986-），男，北京人，硕士，海军参谋部航行保证局工程师，主要研究方向为无线电导航和惯性导航。|张洁（1981-），女，军事科学研究院系统工程院教授，主要研究方向为信息安全。|陆月明（1969-），男，江苏吴县人，北京邮电大学教授、博士生导师，主要研究方向为云计算、搜索引擎、智能光网络、大数据存储与计算、智能家居体系与标准、互联网安全。
基金资助:
国家重点研发计划基金资助项目(2016YFB0800302)

Lightweight authentication method for network interconnection control protocols

Bo LU^1,²,Yun LIU³,Jie ZHANG⁴,Yueming LU^1,²

¹ School of Cyber Security,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876,China
² Key Laboratory of Trustworthy Distributed Computing and Service,Ministry of Education,Beijing 100876,China
³ Naval Staff Navigation Assurance Agency,Beijing 100847,China
⁴ Institute of Systems Engineering,Academies of Military Science,Beijing 100091,China

Revised:2018-10-03 Online:2018-11-01 Published:2019-01-03
Supported by:
The National Key R＆D Program of China(2016YFB0800302)

摘要/Abstract

摘要：

针对天地一体化网络对网间互联安全控制的需求以及有限资源不能采用高计算复杂度认证方法的问题，提出了一种应用于网间互联控制协议的轻量级认证方法，在公钥加解密算法和签名算法中，采用了随机填充的思想，通过有限资源的计算，在网间互联控制协议中实现实体认证，采用形式化分析工具 Scyther 对协议进行安全性分析，并通过仿真实验和其他安全通信协议做性能比较，结果表明该方法可以满足网络有限资源计算的要求，且保证了安全性。

关键词: 轻量级认证, 有限资源计算, Rabin算法, 安全通信协议

Abstract:

As network interconnection controls are required for the space-earth integrated network and the limited resources are not suitable for high computing complexity degree authentication methods,a lightweight authentication method for network interconnection control protocols is proposed.Through the calculation of limited resources,using the idea of random fill,It design and implement public key encryption and signature algorithm which is components of the networks interconnection control authentication protocol.Formal analysis tool Scyther is used to analyze the security of the protocol.Comparing with other secure communication protocols,the method can meet the requirements of resource-constrained networks and ensure the safety.

Key words: lightweight authentication, limited resource computing, Rabin algorithm, security communication protocol

中图分类号:

TN918.91

卢波,刘赟,张洁,陆月明. 应用于网间互联控制协议的轻量级认证方法[J]. 网络与信息安全学报, 2018, 4(11): 40-48.

Bo LU,Yun LIU,Jie ZHANG,Yueming LU. Lightweight authentication method for network interconnection control protocols[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2018, 4(11): 40-48.

图/表 13

表1

图1

图2

表2

图3

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表3

图5

图6

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表5

参考文献 24

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符号	解释
Z_n	模n剩余类记为{[0],[1],[2],…,[n-1]}
f、f ^?1	函数f和对应的逆函数f^?1：Z_n→Z_n，分别对应Rabin加密过程和解密过程
N	合数，在本文加解密算法和签名算法中N=pq。
p、q	素数（只有1和它本身是因子的数）
PPT算法	多项式时间内可以计算出结果的随机概率算法
1^k	表达的是问题的规模，只有问题规模足够大时，IF问题才有可能是困难的
(mod N)	模N运算是对整数模N取其余数作为计算结果
M	明文，待加密的文字
c	密文，加密后的符号序列
≡	a≡b（a和b同余），即a和b模N取余数相等
1_p、1_q	1_p是指和1在模p下同余的数，1_q同理
p_x、q_x	p_x是指和密文c在模p下同余的数，q_x同理
b	区间=[0,N–1]
k_pub	用公钥加密的密文，只能用对应的私钥解密
k_pri	用私钥加密的密文，只能用对应的公钥解密
K_pubA、K_pubB、K_pubC	分别指用户A、B、C持有的私钥相对应的公钥
K_priA、K_priB、K_priC	分别指用户A、B、C持有的私钥
R_A、R_B、R_C	分别指用户A、B、C产生的一次性随机数
User_A，User_B，User_C	分别指用户A、B、C的格式化身份信息
\|\|	比特串连接运算，将2个串连接在一起

text	name:Alice;tel:123456789;e-mail:123@yahoo.com;
p	f71678552cfc9f7a68867c9c4ab00ecd9…
q	fb15efc6f0001ee59a3d17ed12ea85a8f…
b	2a1a9238e303556c7eb21bc3d54784958…
r	2cc1ba5087540445e1283950ca34be05d…
G(r)	34DF289FA40DB3A94F2CB37B52E2424C6…
H(s)	871DA2AFB096BC71D3C91F75055A65A7F…
c	1C675FBA47083290DA3B8A925BFBA5086…
t\|\|s[2]	00ABDC18FF37C2B83432E12625CF6EDBA…

text	name:Alice;tel:123456789;e-mail:123@yahoo.com
r	1097a956f6149717e8f4838369987d6392…
W=H(M\|\|r)	421CF65E6A537D2114C664FFF838598FC8…
G(w)	DE6573294E9FB449973A28434D4273699F…
signPSS	EB0CF452BE09DE1BD69CAA79C798D966FD…

协议	数据分组	TCP头	ISAKMP	数据
HTTPSTLSv1.2	258	28	×	205
SSH	342	28	×	288
l2TP/IPSec	542	×	500	×
协议2（NICAP）	226	×	×	192

	运行时间/ms	内存消耗/kbit
加密	1	1 270
解密	10	1 269
签名	8	1 270
验证签名	0.2	137
协议1（Sub-NICAP）	61	3 771
协议2（NICAP）	189	11 302

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Lightweight authentication method for network interconnection control protocols

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