LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)中帶隱私保護(hù)的切換認(rèn)證方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明主要涉及LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)切換認(rèn)證技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)且未使用雙線性對運(yùn)算的切換認(rèn)證方法。技術(shù)背景無線通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)越來越引起人們的關(guān)注和親睞。用戶對移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的需求越來越多，如：移動(dòng)TV，移動(dòng)購物，手機(jī)網(wǎng)游等，為了滿足用戶多樣化的需求，3GPP制定了LTE(LongTermEvolution)和LTE-A(LTE-Advanced)標(biāo)準(zhǔn)。圖1給出了LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，在LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)設(shè)備ME(MobileEquipment)無線接入到演進(jìn)型的統(tǒng)一陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)E-UTRAN(EvolvedUniversalTerrestrialRadioAccessNetwork)或者如同WiFi、WiMAX和CDMA-2000等非3G網(wǎng)絡(luò)，然后通過核心網(wǎng)EPC(EvolvedPacketCore)與公共交換電話網(wǎng)絡(luò)PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)或者因特網(wǎng)連接。移動(dòng)設(shè)備ME在LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)中的位置移動(dòng)后，為了保證服務(wù)的連續(xù)性，需要一種無縫平滑的切換認(rèn)證方法。目前的3GPP標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)ME從一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)到另外一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要完成一次全認(rèn)證過程，如演進(jìn)的分組系統(tǒng)認(rèn)證和密鑰協(xié)商EPS-AKA(EvolvedPacketSystem-AuthenticationandKeyAgreement)，可擴(kuò)展認(rèn)證協(xié)議和密鑰協(xié)商EAP-AKA(ExtensibleAuthenticationProtocol-AuthenticationandKeyAgreement)，但是這些都需要與AAA(Authentication,Authorizing,andAccounting)服務(wù)器通信，帶來很大的切換延遲，很難保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和漫游服務(wù)的流暢性。因此，一種不涉及AAA服務(wù)器直接的互認(rèn)證方法可以實(shí)現(xiàn)ME的快速切換，對于實(shí)時(shí)性要求比較強(qiáng)的業(yè)務(wù)，如VoIP、多媒體業(yè)務(wù)等，減少用戶業(yè)務(wù)停頓、斷續(xù)等通信質(zhì)量明顯下降的問題。身份認(rèn)證和密鑰協(xié)商是LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)中的一種重要安全機(jī)制，它是實(shí)現(xiàn)安全通信、保護(hù)用戶和運(yùn)營商利益的重要保證。而在切換認(rèn)證過程中，用戶的身份和位置等隱私很容易泄露，為了避免用戶身份和位置隱私的泄露，實(shí)現(xiàn)匿名性和不可追蹤性，一種帶隱私保護(hù)的切換方法是很必要的。在已有的切換認(rèn)證算法中，已提出使用假名集實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)的方案，本發(fā)明結(jié)合假名集，并使用Diffie-Hellman密鑰交換算法協(xié)商密鑰，通過哈希運(yùn)算完成驗(yàn)證過程，沒有采用雙線性對運(yùn)算，減少了計(jì)算和通信開銷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)提供一種實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)的切換認(rèn)證方法，能夠在高速運(yùn)動(dòng)場景下支持快速切換。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)中帶隱私保護(hù)的切換認(rèn)證方法，其特征在于步驟如下：1)對LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)初始化，設(shè)置參數(shù){p,q,E(Fp),G,P,PK,H1,H2,H3,x}；其中，p為AAA服務(wù)器選擇的一個(gè)k-bit素?cái)?shù)，k≧1024，q為AAA服務(wù)器選擇的一個(gè)m-bit素?cái)?shù)，m≧160，E(Fp)是AAA服務(wù)器創(chuàng)建的一個(gè)橢圓曲線方程，在E(Fp)上取一個(gè)q階加法群的子群G，AAA服務(wù)器選取作為其主密鑰，PK＝xP為AAA服務(wù)器的公鑰，P為一個(gè)常數(shù)，H1，H2和H3為安全哈希函數(shù)，其中H2:{0,1}*×{0,1}*×G×G×G×G→{0,1}k，H3:{0,1}*×G→{0,1}k；2)ME首次接入LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)時(shí)，使用其真實(shí)身份標(biāo)識IDME與AAA服務(wù)器進(jìn)行注冊認(rèn)證；如果ME是合法用戶，AAA服務(wù)器為ME生成一個(gè)相互無關(guān)聯(lián)的假名集否則，AAA拒絕ME的注冊；對于所述假名集中的每個(gè)AAA服務(wù)器計(jì)算對應(yīng)的私鑰然后將元組20<n<100，加密發(fā)送給ME；3)ME接收并保存所有假名與私鑰元組如果ME從當(dāng)前接入點(diǎn)AP1移動(dòng)到接入點(diǎn)AP2的覆蓋范圍時(shí)，ME請求接入AP2；ME選擇一個(gè)未使用過的假名向AP2發(fā)送切換請求消息所述TME＝a·P，a為隨機(jī)數(shù)；4)AP2收到ME的切換請求消息后，處理請求并向ME發(fā)送認(rèn)證響應(yīng)消息{IDAP2,TAP2,AutAP2}，所述的IDAP2是AP2的身份標(biāo)識，TAP2＝b·P，b為隨機(jī)數(shù)，5)ME收到認(rèn)證響應(yīng)消息{IDAP2,TAP2,AutAP2}后，通過計(jì)算得到驗(yàn)證碼VerME，如果VerME＝AutAP2，則AP2是合法的，跳轉(zhuǎn)步驟6，否則向其他接入點(diǎn)發(fā)送接入請求；6)ME通過PTK和TME計(jì)算得到認(rèn)證碼AutME，并發(fā)送給AP2；7)AP2收到ME的認(rèn)證碼后，AP2計(jì)算得到驗(yàn)證碼VerAP2并與AutME比較，如果VerAP2等于AutME，則AP2認(rèn)為ME是合法的用戶，否則，AP2拒絕ME接入；8)AP2與ME完成相互認(rèn)證后，AP2將加密發(fā)送給AAA服務(wù)器，AAA服務(wù)器根據(jù)能夠確定其真實(shí)身份。與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)：1)基于假名集實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)。本發(fā)明首次提出在LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)中使用假名集方法實(shí)現(xiàn)用戶隱私保護(hù)。ME首先通過真實(shí)身份接入LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)，AAA認(rèn)證成功后為其創(chuàng)建假名集，當(dāng)ME切換到其他接入點(diǎn)時(shí)，不需要使用真實(shí)身份進(jìn)行身份認(rèn)證，而只需從假名集中選擇一個(gè)未使用的假名來進(jìn)行身份認(rèn)證，從而實(shí)現(xiàn)了用戶的隱私保護(hù)。2)切換認(rèn)證時(shí)延小。在切換認(rèn)證過程中，本發(fā)明沒有使用到雙線性對運(yùn)算，基于Diffie-Hellman密鑰交換算法協(xié)商密鑰，通過哈希函數(shù)值驗(yàn)證完成相互認(rèn)證過程，減少了切換認(rèn)證時(shí)延，保證了LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)中ME在AP間的無縫切換。附圖說明圖1是LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的帶隱私保護(hù)的快速切換認(rèn)證方法的基本流程圖。圖3是本發(fā)明的帶隱私保護(hù)的快速切換認(rèn)證方法的實(shí)施例。具體實(shí)施方式本發(fā)明LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)中帶隱私保護(hù)的切換認(rèn)證方法，ME首次接入移LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)，并與AAA服務(wù)器成功完成接入認(rèn)證后，AAA服務(wù)器為ME生成一個(gè)假名集；當(dāng)ME由于移動(dòng)需要切換到一個(gè)新的AP時(shí)，只需要從假名集中選擇一個(gè)為使用的假名進(jìn)行身份認(rèn)證，而不需要提供ME的真實(shí)身份，從而能夠避免用戶身份和位置隱私的泄露，實(shí)現(xiàn)匿名性和不可追蹤性。在切換認(rèn)證過程中，本方法基于Diffie-Hellman密鑰交換算法協(xié)商密鑰，通過哈希函數(shù)值驗(yàn)證完成相互認(rèn)證過程，沒有使用雙線性對運(yùn)算，減少了認(rèn)證時(shí)延。本發(fā)明具體包括系統(tǒng)初始化階段、切換認(rèn)證過程兩個(gè)部分。系統(tǒng)初始化階段主要是ME假名集的創(chuàng)建，ME首次接入LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)，并與AAA服務(wù)器成功完成接入認(rèn)證后，AAA服務(wù)器為ME生成一個(gè)假名集，使得ME在切換時(shí)只需要向目標(biāo)AP提供假名集中一個(gè)未使用過的假名，而不需要提供ME的真實(shí)身份。系統(tǒng)初始化的具體方法如下：1)AAA服務(wù)器選擇一個(gè)k-bit的素?cái)?shù)p并創(chuàng)建一個(gè)橢圓曲線方程E(Fp)。2)在橢圓曲線E(Fp)上，選取一個(gè)q階加法群的子群G，之后選擇G的一個(gè)隨機(jī)數(shù)數(shù)生成器。3)選取一個(gè)隨機(jī)數(shù)作為主密鑰，通過主密鑰生成系統(tǒng)的公鑰PK＝xP。4)選擇3個(gè)安全哈希函數(shù)H1，H2和H3，所述的哈希函數(shù)H2:{0,1}*×{0,1}*×G×G×G×G→{0,1}k，H3:{0,1}*×G→{0,1}k。5)公開發(fā)布系統(tǒng)參數(shù){p,q,E(Fp),G,P,PK,H1,H2,H3}，秘密保存x。對于每個(gè)AP，AAA服務(wù)器為其計(jì)算私鑰sAPj＝x·H1(IDAPj)，并通過安全信道發(fā)送給AP，所述的IDAPj是AP的身邊標(biāo)識符。ME使用真實(shí)身份IDME首次接入LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)時(shí)，AAA服務(wù)器先驗(yàn)證ME的合法性，如果ME是合法用戶，AAA服務(wù)器為其生成一個(gè)相互無關(guān)聯(lián)的假名集對于每個(gè)AAA服務(wù)器計(jì)算對應(yīng)的私鑰然后將所有的元組安全發(fā)送給ME。因此，在切換認(rèn)證過程中，ME可以使用改變身份標(biāo)識假名來實(shí)現(xiàn)用戶匿名認(rèn)證和不可追蹤性。切換認(rèn)證過程主要是假名集的使用、密鑰協(xié)商以及相互認(rèn)證的過程。整個(gè)切換過程不涉及線性對運(yùn)算，減少了切換時(shí)延。當(dāng)ME從當(dāng)前接入點(diǎn)AP1移動(dòng)到接入點(diǎn)AP2的覆蓋范圍時(shí)，ME與AP2之間需要完成一次互認(rèn)證與密鑰協(xié)商過程，具體過程如下：1)ME首先選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)并計(jì)算TME＝a·P。然后ME選擇一個(gè)未使用過的假名向AP2發(fā)送接入請求消息2)AP2收到接入請求消息后，通過以下步驟處理該接入請求：a)核查TME以防止重放攻擊。b)選取隨機(jī)數(shù)并計(jì)算TAP2＝b·P。c)根據(jù)公式(1)計(jì)算ME的公鑰PKME。d)分別按照公式(2)，(3)和(4)計(jì)算共享密鑰和會話密鑰PTK。這里所述的||為連接符。e)生成認(rèn)證碼AutAP2＝H3(PTK||TAP2)。f)向ME發(fā)送認(rèn)證響應(yīng)消息{IDAP2,TAP2,AutAP2}。3)ME收到響應(yīng)消息{IDAP2,TAP2,AutAP2}后，通過以下步驟驗(yàn)證AP2的響應(yīng)消息。a)核查TAP2以防止重放攻擊。b)根據(jù)公式(5)計(jì)算AP2的公鑰。PKAP2＝sAP2·P＝xH1(IDAP2)·P＝H1(IDAP2)·xP＝H1(IDAP2)·PK(5)c)分別按照公式(6)，(7)和(8)計(jì)算共享密鑰和會話密鑰PTK。所述的推到過程如下：因此，ME和AP2都能夠計(jì)算得到相同的會話密鑰PTK，具體過程如下：d)計(jì)算驗(yàn)證碼VerME＝H3(PTK||TAP2)并與AutAP2比較，如果VerME等于AutAP2，則ME認(rèn)為AP2是合法的接入點(diǎn)，否則，重新發(fā)送接入請求。e)生成認(rèn)證碼AutME＝H3(PTK||TME)并發(fā)送給AP2。4)收到ME的認(rèn)證碼后，AP2計(jì)算驗(yàn)證碼VerAP2＝H3(PTK||TME)并與AutME比較，如果VerAP2等于AutME，則AP2認(rèn)為ME是合法的用戶，否則，AP2拒絕ME的接入請求。5)認(rèn)證完成后，AP2將加密發(fā)送給AAA服務(wù)器，AAA服務(wù)器根據(jù)能夠確定其真實(shí)身份。從而，實(shí)現(xiàn)了條件隱私保護(hù)。下面結(jié)合附圖及實(shí)施示例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖2所示，本發(fā)明的帶隱私保護(hù)的快速切換認(rèn)證方法實(shí)施的基本流程圖包含以下步驟：步驟201：ME首次接入LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)時(shí)，使用其真實(shí)身份標(biāo)識IDME與AAA服務(wù)器進(jìn)行注冊認(rèn)證。如果ME是合法用戶，跳轉(zhuǎn)步驟202；否則，AAA拒絕ME的注冊，并要求其提供合法的身份標(biāo)識IDME。步驟202：AAA服務(wù)器為ME生成一個(gè)相互無關(guān)聯(lián)的假名集對于每個(gè)AAA服務(wù)器計(jì)算對應(yīng)的私鑰然后將元組安全發(fā)送給ME。步驟203：ME接收并保存所有假名與私鑰元組如果ME從當(dāng)前接入點(diǎn)AP1移動(dòng)到接入點(diǎn)AP2的覆蓋范圍時(shí)，ME請求接入AP2。ME選擇一個(gè)未使用過的假名向AP2發(fā)送接入請求消息步驟204：1)AP2收到ME的切換請求消息后，首先計(jì)算TAP2＝b·P，然后利用和系統(tǒng)公鑰PK計(jì)算ME的公鑰PKME，AP2與ME的共享密鑰以及會話密鑰PTK；AP2通過PTK和TAP2計(jì)算得到認(rèn)證碼AutAP2，并向ME發(fā)送認(rèn)證響應(yīng)消息{IDAP2,TAP2,AutAP2}。2)ME收到認(rèn)證響應(yīng)消息{IDAP2,TAP2,AutAP2}后，利用IDAP2和PK計(jì)算AP2的公鑰PKAP2，ME與AP2共享密鑰以及會話密鑰PTK；由和和的計(jì)算公式可推導(dǎo)得出因此，ME可計(jì)算得到與AP2相同的會話密鑰PTK。ME通過自己的PTK和TAP2計(jì)算得到驗(yàn)證碼VerME，如果VerME＝AutAP2，則AP2是合法的，跳轉(zhuǎn)步驟3，否則重新發(fā)送接入請求。3)ME通過PTK和TME計(jì)算得到認(rèn)證碼AutME＝H3(PTK||TME)，并發(fā)送給AP2。4)收到ME的認(rèn)證碼后，AP2通過自己的PTK和TME計(jì)算得到驗(yàn)證碼VerAP2并與AutME比較，如果VerAP2等于AutME，則AP2認(rèn)為ME是合法的用戶，否則，AP2拒絕ME的接入請求。步驟205：完成切換認(rèn)證后，AP2將加密發(fā)送給AAA服務(wù)器，AAA服務(wù)器根據(jù)能夠確定其真實(shí)身份。圖3為本發(fā)明的帶隱私保護(hù)的快速切換認(rèn)證方法在LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的一個(gè)具體實(shí)施例。該實(shí)施示例的工作過程描述如下：系統(tǒng)首先進(jìn)行參數(shù)初始化，過程如下：1)AAA服務(wù)器選擇一個(gè)k-bit的素?cái)?shù)p并創(chuàng)建一個(gè)橢圓曲線方程E(Fp)。2)在橢圓曲線E(Fp)上，選取一個(gè)q階加法群的子群G，之后選擇G的一個(gè)隨機(jī)數(shù)數(shù)生成器。3)選取一個(gè)隨機(jī)數(shù)作為主密鑰，通過主密鑰生成系統(tǒng)的公鑰PK＝xP。4)選擇3個(gè)安全哈希函數(shù)H1，H2和H3，所述的哈希函數(shù)H2:{0,1}*×{0,1}*×G×G×G×G→{0,1}k，H3:{0,1}*×G→{0,1}k。5)公開發(fā)布系統(tǒng)參數(shù){p,q,E(Fp),G,P,PK,H1,H2,H3}，秘密保存x。步驟301：ME首先選擇一個(gè)隨機(jī)數(shù)并計(jì)算TME＝a·P。然后ME選擇一個(gè)未使用過的假名向AP2發(fā)送接入請求消息步驟302：AP2收到接入請求消息后，核查TME以防止重放攻擊。步驟303：AP2選取隨機(jī)數(shù)計(jì)算TAP2＝b·P。步驟304：AP2根據(jù)公式：計(jì)算ME的公鑰PKME。步驟305：AP2根據(jù)公式和計(jì)算和ME的共享密鑰其中sAP2是AP2的私鑰。步驟306：AP2根據(jù)公式計(jì)算和ME的會話密鑰PTK。其中IDAP2是AP2的身份標(biāo)識。步驟307：AP2生成認(rèn)證碼AutAP2＝H3(PTK||TAP2)，向ME發(fā)送認(rèn)證響應(yīng)消息{IDAP2,TAP2,AutAP2}。步驟308：ME收到響應(yīng)消息{IDAP2,TAP2,AutAP2}后，核查TAP2以防止重放攻擊。步驟309：ME根據(jù)公式PKAP2＝sAP2·P＝xH1(IDAP2)·P＝H1(IDAP2)·xP＝H1(IDAP2)·PK計(jì)算AP2的公鑰PKAP2。步驟310：ME根據(jù)和計(jì)算和AP2的共享密鑰步驟311：ME根據(jù)公式計(jì)算和ME的會話密鑰PTK。上述的則ME與AP2可以計(jì)算得到相同的會話密鑰PTK。步驟312：ME計(jì)算驗(yàn)證碼VerME＝H3(PTK||TAP2)并與AutAP2比較。步驟313：如果VerME等于AutAP2，則ME認(rèn)為AP2是合法的接入點(diǎn)，否則，重新發(fā)送接入請求。步驟314：當(dāng)ME信任AP2時(shí)，ME生成認(rèn)證碼AutME＝H3(PTK||TME)并發(fā)送給AP2。步驟315：AP2收到ME的認(rèn)證碼后，AP2計(jì)算驗(yàn)證碼VerAP2＝H3(PTK||TME)并與AutME比較，如果VerAP2等于AutME，則AP2認(rèn)為ME是合法的用戶，否則，AP2拒絕ME的接入請求。步驟316：ME與AP2雙向認(rèn)證完成后，AP2將加密發(fā)送給AAA服務(wù)器，AAA服務(wù)器根據(jù)能夠確定其真實(shí)身份。從而，實(shí)現(xiàn)了條件隱私保護(hù)。