專利名稱：采用口令防火墻的身份認證系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種采用新穎數(shù)字簽名 方法的質(zhì)詢-應(yīng)答身份認證系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
用戶身份認證是計算機系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)，如果不能可靠地確認系統(tǒng)訪問 者的身份是否合法，其它安全措施將會形同虛設(shè)。單機時代發(fā)展起來的傳統(tǒng) 口令認證技術(shù)雖然比較成熟，且具有輕便、高效的優(yōu)點，但安全強度不夠高， 容易遭受竊聽、重放、窮舉等攻擊。進入網(wǎng)絡(luò)時代之后，分布式計算機應(yīng)用 系統(tǒng)日益發(fā)達，上述認證技術(shù)已經(jīng)無法滿足其日益增長的需求。
采用常規(guī)數(shù)字簽名算法配套質(zhì)詢-應(yīng)答認證協(xié)議可以構(gòu)成一種安全性較
高的用戶身份認證系統(tǒng)。但是，這種認證系統(tǒng)依賴公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)實現(xiàn) 用戶及其公鑰之間的綁定，其建設(shè)與運行費用都比較高。此外，上述認證系 統(tǒng)實際上從屬于一個外部認證體系，與傳統(tǒng)口令認證系統(tǒng)互不兼容。目前在 計算機安全的實踐中已經(jīng)出現(xiàn)兩種認證系統(tǒng)并存的局面，口令認證主要針對 本地用戶，質(zhì)詢-應(yīng)答認證則主要針對遠程用戶。這種局面不僅增加了計算機 應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)與運行的成本，也給用戶帶來不便和困惑。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用口令防火墻的身份認 證系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用一種新穎的基于口令(PWB)的數(shù)字簽名技術(shù)開發(fā)一個 口令認證代理防火墻，即口令防火墻，用它把防火墻物理/邏輯內(nèi)側(cè)的口令認 證機制轉(zhuǎn)換為防火墻物理/邏輯外側(cè)的質(zhì)詢-應(yīng)答認證機制?？诹罘阑饓Σ粌H可 用于隔離內(nèi)、外網(wǎng)，也可用于在內(nèi)部網(wǎng)中隔離服務(wù)器與客戶端，還可以作為 可插安全模塊(PAM)，直接安裝在計算機主機系統(tǒng)中。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種采用口令防火墻的身份認證系統(tǒng)，該系統(tǒng)物理/邏輯上包括口令防火 墻、私鑰產(chǎn)生器、用戶端和口令認證服務(wù)器，該系統(tǒng)的認證機制由初始化機 制(A)和用戶身份認證機制(B)組成，其特征是所述初始化機制(A) 包括如下步驟
步驟(Al),私鑰產(chǎn)生器進行初始化操作，利用軟件或硬件隨機產(chǎn)生兩
個秘密大素數(shù)，分別記為p和仏用它們組成私鑰產(chǎn)生器所需的主密鑰，同時
4計算系統(tǒng)參數(shù)《=/7^并將其公布；
步驟(A2)，各個用戶向口令認證服務(wù)器申請建立帳號并注冊口令； 步驟(A3)，各個用戶利用己注冊的口令，記為vv,向私鑰產(chǎn)生器申請基
于口令的私鑰；
步驟(A4)，私鑰產(chǎn)生器為用戶口令隨機添加一個后綴(即口令的鹽，英 文稱salt)，記為v，并按如下公式為用戶計算基于口令的公鑰cc: a = /j(v)w (mod w),
其中/2是一個單向哈希函數(shù)；
步驟(A5)，私鑰產(chǎn)生器根據(jù)如下方程為用戶提取基于口令的私鑰^ or = yffe (mod w)， 其中e是一個參數(shù)，e》2。
所述用戶身份認證機制(B)包括
步驟(Bl),用戶在用戶端向口令防火墻發(fā)出請求，要求進行身份認證； 步驟(B2)， 口令防火墻產(chǎn)生一個隨機質(zhì)詢碼A，發(fā)送給用戶端； 步驟(B3)，用戶端產(chǎn)生另一個隨機數(shù)凡，并計算消息 m = {/ (>,v)，
其中/1) 是用戶帳號，是口令及其后綴的哈希值；
步驟(B4)，用戶端以基于口令的私鑰》、系統(tǒng)參數(shù)"以及消息挑作為 輸入量，通過數(shù)字簽名算法生成消息附的基于口令的數(shù)字簽名；
步驟(B5)，用戶端將/￡> ,及 ,^連同消息附基于口令的數(shù)字簽名一起 作為應(yīng)答碼返回給口令防火墻；
步驟(B6)， 口令防火墻以系統(tǒng)參數(shù)"、消息m及其基于口令的數(shù)字簽名 作為輸入量，通過具有如下形式的數(shù)字簽名驗證算法從應(yīng)答碼中計算出該用 戶基于口令的公鑰a:
a = /(附a ， s) (mod w),
其中附a二/Km),代表被簽名消息的哈希值，s為該消息的簽名，/是一個單向 陷門函數(shù)，其陷門就是用戶私鑰yff， /和/z的值域滿足D(/)，D(/0cF,其中 F是某個數(shù)域，*是尸上的乘法；
步驟(B7)， 口令防火墻根據(jù)步驟(A4)所用的從w計算ct的公式，反 向從基于口令的公鑰《計算出該用戶的口令w;
步驟(B8) ， 口令防火墻內(nèi)的用戶代理再以算出的用戶口令和用戶提供 的賬號向口令認證服務(wù)器登錄，若登錄成功，則接受該用戶，否則予以拒絕。
傳統(tǒng)的數(shù)字簽名方法需要一個具有公信力的第三方，即通常所說的安全 認證中心(CA)通過數(shù)字證書綁定用戶及其公鑰。已經(jīng)公知的基于身份(IB) 數(shù)字簽名方法則由私鑰產(chǎn)生器直接根據(jù)用戶身份計算用戶公鑰并提取用戶私 鑰，故不需要CA提供公鑰綁定服務(wù)，但簽名私鑰一旦授給用戶，就無法再 予以褫奪。因此，不宜采用IB數(shù)字簽名方法配套質(zhì)詢-應(yīng)答認證協(xié)議。本發(fā) 明提供的PWB數(shù)字簽名方法可視為IB數(shù)字簽名方法的變形，兩者的主要區(qū)
5別在于PWB數(shù)字簽名方法以用戶的口令，而不是身份計算用戶公鑰并提取用 戶私鑰。在PWB數(shù)字簽名方法中，激活一個用戶簽名私鑰需要兩個條件，缺 一不可。上述條件包括:a)PKG根據(jù)用戶的口令計算用戶的私鑰，并將其授予 用戶,b)用戶的口令在口令認證服務(wù)器中注冊。由于口令認證服務(wù)器的管理員 可以隨時把一個用戶除名，從而褫奪該用戶的簽名權(quán)，因此PWB數(shù)字簽名方 法能夠克服IB數(shù)字簽名方法的缺點，特別適合用于支持質(zhì)詢-應(yīng)答認證協(xié)議。 此外，以保密的用戶口令計算公鑰還可以減少對手的攻擊機會，從而使簽名 方法具有更高的安全性。
本發(fā)明有以下積極有益效果
本發(fā)明提供了一個能夠在不改變原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上解決口令認證安全問題 的新方案。與目前常用的以SSL協(xié)議保護口令認證過程的方案相比，本發(fā)明 的主要優(yōu)勢在于它不依賴于PKI的支持，因此能夠以較低的代價實施。
本發(fā)明也提供了一個新穎、快速的數(shù)字簽名算法，其簽名速度可比RSA 常規(guī)數(shù)字簽名高出幾百倍。在質(zhì)詢-應(yīng)答認證系統(tǒng)中，把用戶私鑰與簽名算法 固化在令牌中可以防止私鑰泄密，而提高簽名算法的效率可以降低其對于令 牌計算能力的需求，從而降低上述固化的成本。
本發(fā)明提供的認證系統(tǒng)還能夠兼容傳統(tǒng)口令認證系統(tǒng)并與之無縫結(jié)合。 若在采用傳統(tǒng)口令認證的應(yīng)用系統(tǒng)，如銀行柜臺機系統(tǒng)和ATM(自動提款機) 系統(tǒng)中引入本發(fā)明，則用戶既可以保留口令認證方式，也可以選擇采用更安 全的質(zhì)詢-應(yīng)答認證方式，或根據(jù)預設(shè)的條件動態(tài)選擇上述兩種認證方式，甚 至在必要時增加指紋認證，以獲得更周密的安全保護。
圖l是本發(fā)明的流程圖。
具體實施例方式
請參照圖1，本發(fā)明是一種采用口令防火墻的身份認證系統(tǒng)，該系統(tǒng)物 理/邏輯上包括口令防火墻、私鑰產(chǎn)生器、用戶端和口令認證服務(wù)器，其中私 鑰產(chǎn)生器可視為口令防火墻的附件，用戶端在口令防火墻的物理/邏輯外側(cè)， 口令認證服務(wù)器在口令防火墻的物理/邏輯內(nèi)側(cè)。該系統(tǒng)的工作機制由初始化 機制(A)和用戶身份認證機制(B)組成，其特征是所述初始化機制(A)
包括如下步驟
步驟(Al)，私鑰產(chǎn)生器進行初始化操作，利用軟件或硬件隨機產(chǎn)生兩
個秘密大素數(shù)，分別記為p和《，用它們組成私鑰產(chǎn)生器所需的主密鑰，同時
計算系統(tǒng)參數(shù)"=/7^并將其公布；
步驟(A2)，各個用戶向口令認證服務(wù)器申請建立帳號并注冊口令；
步驟(A3)，各個用戶利用己注冊的口令，記為w，向私鑰產(chǎn)生器申請基于口令的私鑰；
步驟(A4)，私鑰產(chǎn)生器為用戶口令隨機添加一個后綴(即鹽salt),記
為v，并按如下公式為用戶計算基于口令的公鑰《: a = / (v)w (mod w)，
其中/z是一個單向哈希函數(shù)；
步驟(A5)，私鑰產(chǎn)生器根據(jù)如下方程為用戶提取基于口令的私鑰y6: = "e (mod ")， 其中e是一個參數(shù)，e2 2。
所述用戶身份認證機制(B)包括
步驟(Bl)，用戶在用戶端向口令防火墻發(fā)出請求，要求進行身份認證； 步驟(B2)， 口令防火墻產(chǎn)生一個隨機質(zhì)詢碼凡，發(fā)送給用戶端； 步驟(B3)，用戶端產(chǎn)生另一個隨機數(shù)A,并計算消息 附={/iO,v),及J,
其中/D"是用戶帳號；/2 ^是口令及其后綴的哈希值；
步驟(B4),用戶端以基于口令的私鑰A、系統(tǒng)參數(shù)w以及消息m作為輸 入量，通過數(shù)字簽名算法生成消息附的基于口令的數(shù)字簽名；
步驟(B5)，用戶端將/Dw，^,A連同消息柳基于口令的數(shù)字簽名一起
作為應(yīng)答碼返回給口令防火墻；
步驟(B6)， 口令防火墻以系統(tǒng)參數(shù)"、消息m及其基于口令的數(shù)字簽名 作為輸入量，通過具有如下形式的數(shù)字簽名驗證算法從應(yīng)答碼中計算出用戶 基于口令的公鑰a:
<2 = /(mA ， s) (mod w)，
其中^-Wm),代表被簽名消息的哈希值，s為該消息的簽名，/是一個單向 陷門函數(shù)，其陷門就是用戶私鑰-， /和A的值域滿足D(/),D(/2)cF，其中 F是某個數(shù)域，*是尸上的乘法；
步驟(B7)， 口令防火墻根據(jù)步驟(A4)所用的從w計算cc的公式，反 向從基于口令的公鑰ct計算出該用戶的口令w，即 w = a[A(v)]—1 (mod w);
步驟(B8) ， 口令防火墻內(nèi)的用戶代理再以算出的用戶口令和用戶提供 的賬號向口令認證服務(wù)器登錄或請求其執(zhí)行綁定操作，若登錄或綁定成功， 則接受該用戶，否則予以拒絕；
所述步驟(A5)可擴充為如下的小步驟，以保護用戶口令免于泄露 步驟①，用戶計算
// = 6ew (mod w)， 其中0<"是一個隨機選取的整數(shù)，并將^提交給私鑰產(chǎn)生器；
步驟②，私鑰產(chǎn)生器隨機選取一個V，并利用主密鑰求解如下方程 e = A(v)// (mod )，
然后把V和/y返回給用戶；
7步驟③，用戶計算
P = (mod w)
從而獲得簽名所需的私鑰A ，
所述步驟(B3)中，用于計算消息附的公式可修改為
附={yO,,V,/Du，
其中P代表用戶的指紋模版數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)用戶指紋模版與用戶帳號之間的
綁定；
所述步驟(B4)中的簽名產(chǎn)生算法采用如下公式 ^ = & + A2 + A:3 (mod )，
=&、 + + A2)&3 (mod m)，
_y = /T1(^ - - 、)(^ - A:,)(mod w),
A;3 = mJA^)—'(mod w)， 其中々為參數(shù)6=2時用戶基于口令的私鑰，m^是被簽名消息的哈希值， 是兩個小于"的隨機數(shù)，XbX2，^組成該消息的簽名；步驟(B6)中對應(yīng)的 數(shù)字簽名驗證算法采用如下公式
a_y2 = (x;2 + 9wA)2 _ 4m乂 _ 4x， 一108m^(mod )，
其中ct為用戶基于口令的公鑰，它同時滿足如下兩個方程 a = / (v)w (mod w)，
a = yff2 (mod w)。
所述步驟(B4)中也可引入其它的數(shù)字簽名算法，包括已經(jīng)公知的數(shù)字 簽名算法，在不破壞整個認證系統(tǒng)新穎性的同時實現(xiàn)具體實施方式
的多樣性， 例如，該步驟中可以采用如下公式計算數(shù)字簽名
x = A:e(mod w)，
少=〃-、w^)(mod m),
其中々為用戶基于口令的私鑰，m是被簽名的消息，A是一個小于w的隨機數(shù)， xj組成該消息的簽名，它可以在步驟(B6)中采用如下方程進行驗證
二xW附力(mod ")，
其中ct為用戶基于口令的公鑰。
本發(fā)明的采用口令防火墻的身份認證系統(tǒng)，把防火墻物理/邏輯內(nèi)側(cè)的口 令認證機制轉(zhuǎn)換為防火墻物理/邏輯外側(cè)的質(zhì)詢-應(yīng)答認證機制，以克服口令認 證的弱點，提升認證系統(tǒng)的安全性；所述質(zhì)詢-應(yīng)答認證機制采用基于口令的 數(shù)字簽名，因此不依賴公鑰基礎(chǔ)設(shè)施提供簽名公鑰的鑒別服務(wù)；所述數(shù)字簽 名采用一種新穎、快速的算法產(chǎn)生，該算法的簽名速度可比RSA常規(guī)數(shù)字簽 名算法高出幾百倍，便于在令牌中固化。
8
權(quán)利要求
1.一種采用口令防火墻的身份認證系統(tǒng)，該系統(tǒng)物理/邏輯上包括口令防火墻、私鑰產(chǎn)生器、用戶端和口令認證服務(wù)器，該系統(tǒng)的認證機制由初始化機制(A)和用戶身份認證機制(B)組成，其特征是所述初始化機制(A)包括如下步驟步驟(A1)，私鑰產(chǎn)生器進行初始化操作，利用軟件或硬件隨機產(chǎn)生兩個秘密大素數(shù)，分別記為p和q，用它們組成私鑰產(chǎn)生器所需的主密鑰，同時計算系統(tǒng)參數(shù)n＝pq，并將其公布；步驟(A2)，各個用戶向口令認證服務(wù)器申請建立帳號并注冊口令；步驟(A3)，各個用戶利用已注冊的口令，記為w，向私鑰產(chǎn)生器申請基于口令的私鑰；步驟(A4)，私鑰產(chǎn)生器為用戶口令隨機添加一個后綴，記為v，并按如下公式為用戶計算基于口令的公鑰αα＝h(v)w(mod n)，其中h是一個單向哈希函數(shù)；步驟(A5)，私鑰產(chǎn)生器根據(jù)如下方程為用戶提取基于口令的私鑰βα＝βe(mod n)，其中e是一個參數(shù)，e≥2；所述用戶身份認證機制(B)包括步驟(B1)，用戶在用戶端向口令防火墻發(fā)出請求，要求進行身份認證；步驟(B2)，口令防火墻產(chǎn)生一個隨機質(zhì)詢碼Rs，發(fā)送給用戶端；步驟(B3)，用戶端產(chǎn)生另一個隨機數(shù)Ru，并計算消息m＝{h(w，v)，IDu，Ru，Rs}，其中IDu是用戶帳號，h(w，v)是口令及其后綴的哈希值；步驟(B4)，用戶端以基于口令的私鑰β、系統(tǒng)參數(shù)n以及消息m作為輸入量，通過數(shù)字簽名算法生成消息m的基于口令的數(shù)字簽名；步驟(B5)，用戶端將IDu，Ru，Rs連同消息m基于口令的數(shù)字簽名一起作為應(yīng)答碼返回給口令防火墻；步驟(B6)，口令防火墻以系統(tǒng)參數(shù)n、消息m及其基于口令的數(shù)字簽名作為輸入量，通過具有如下形式的數(shù)字簽名驗證算法從應(yīng)答碼中計算出該用戶基于口令的公鑰αα＝f(mh，s)(mod n)，其中mh＝h(m)，代表被簽名消息的哈希值，s為該消息的簽名，f是一個單向陷門函數(shù)，其陷門就是用戶私鑰β，f和h的值域滿足D(f)，<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>D</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>h</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>⋐</mo><mi>F</mi><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008100978150002C1.tif" wi="21" he="4" top= "239" left = "151" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中F是某個數(shù)域，*是F上的乘法；步驟(B7)，口令防火墻根據(jù)步驟(A4)所用的從w計算α的公式，反向從基于口令的公鑰α計算出該用戶的口令w；步驟(B8)，口令防火墻內(nèi)的用戶代理再以算出的用戶口令和用戶提供的賬號向口令認證服務(wù)器登錄，若登錄成功，則接受該用戶，否則予以拒絕。
2. 如權(quán)利要求l所述的采用口令防火墻的身份認證系統(tǒng)，其特征是所 述步驟(A5)擴充為如下的小步驟，以保護用戶口令免于泄露步驟①，用戶計算^ = (mod m)， 其中^<"是一個隨機選取的整數(shù)，并將p提交給私鑰產(chǎn)生器；步驟②，私鑰產(chǎn)生器隨機選取一個v，并利用主密鑰求解如下方程-W = //(v)a (mod w)，然后把v和7返回給用戶； 步驟③，用戶計算- = 6—';7 (mod w)從而獲得基于口令的簽名私鑰;。
3. 如權(quán)利要求l所述的采用口令防火墻的身份認證系統(tǒng)，其特征是在 所述步驟(B3)中，把用于計算消息附的公式修改為附二(/ ，v，/i^，A，及J,其中p代表用戶的指紋模版數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)用戶指紋模版與用戶帳號之間的 綁定。
4. 如權(quán)利要求l所述的采用口令防火墻的身份認證系統(tǒng)，其特征是 所述步驟(A5)中設(shè)定參數(shù)6=2以提取用戶基于口令的私鑰； 所述步驟(B4)中的數(shù)字簽名算法采用如下公式x, = A:, + A:2 + A:3 (mod w)，X2 =念1眾2 +眾2是3 +走3是1 =克1允2 + (允l +女2)充3 (mod w)，--'(^ - 、)(A:廣)(mod w)， 其中々是基于口令的私鑰，w是系統(tǒng)參數(shù)，ma是被簽名消息的哈希值，、是兩個小于"的隨機數(shù)，A，jc2，y組成該消息的簽名；所述步驟(B6)中的數(shù)字簽名驗證算法采用如下公式ay2 = (、j^ + 9wj2 — 4w乂 — 4jc—108(mod ")，其中《是基于口令的公鑰。
全文摘要
一種采用口令防火墻的身份認證系統(tǒng)，其初始化機制包括進行初始化操作、建立帳號并注冊口令、申請基于口令的私鑰、計算基于口令的公鑰、提取基于口令的私鑰，用戶身份認證機制包括發(fā)出請求、產(chǎn)生質(zhì)詢碼、計算消息、生成數(shù)字簽名、應(yīng)答碼返回口令防火墻、計算用戶的公鑰、反向計算用戶的口令、用戶代理向口令認證服務(wù)器登錄。本系統(tǒng)把防火墻物理/邏輯內(nèi)側(cè)的口令認證機制轉(zhuǎn)換為防火墻物理/邏輯外側(cè)的質(zhì)詢-應(yīng)答認證機制，以克服口令認證的弱點，提升認證系統(tǒng)的安全性；質(zhì)詢-應(yīng)答認證機制采用基于口令的數(shù)字簽名，不依賴公鑰基礎(chǔ)設(shè)施提供簽名公鑰的鑒別服務(wù)；數(shù)字簽名采用新穎、快速的算法，速度可比常規(guī)算法高出幾百倍，便于在令牌中固化。
文檔編號H04L29/06GK101582761SQ20081009781
公開日2009年11月18日 申請日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月15日
發(fā)明者鄭建德 申請人:鄭建德