的HSS標(biāo)識IDhss、用MME公鑰PKM加密的IMSI和R1。其中，Rl是UE生成的隨機數(shù)，用來進行身份驗證和參與生成密鑰。
[0031](2)MME收到UE的訪問請求消息后，解密得到MSI和隨機數(shù)R1，然后根據(jù)IDhss向UE對應(yīng)的HSS發(fā)送認證請求，請求中包含用MME與HSS共享的對稱密鑰KO加密的MS1、隨機數(shù)Rl以及自身的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識SNID。
[0032](3) HSS收到MME發(fā)送的認證請求后，解密獲得MS1、Rl和SNID，隨后HSS檢查自己的數(shù)據(jù)庫，驗證頂SI和SNID的合法性；若驗證通過，HSS就生成隨機數(shù)RAND，與隨機數(shù)Rl —同作為輸入產(chǎn)生由鑒權(quán)向量AV組成的鑒權(quán)向量組(AV1AV1……AVJ，其中η表示生成鑒權(quán)向量AV的個數(shù)；然后用密鑰KO加密鑒權(quán)向量組(AVpAV1……AVJ，并作為應(yīng)答信息發(fā)送給MME。
[0033]其中，鑒權(quán)向量AV包括HSS就生成隨機數(shù)RAND，基礎(chǔ)密鑰KASM#P MME自身的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識SNID ;所述鑒權(quán)向量AV表示為:
[0034]AV = RAND | | Kasme | | SNID。
[0035]基礎(chǔ)密鑰Kasme通過密鑰構(gòu)造函數(shù)KDF計算獲得；計算公式為:
[0036]Kasme= KDF (f3 K (RAND) | | f4K (RAND)，S)；
[0037]式中，函數(shù)f3用于生成初始加密密鑰CK，函數(shù)f4用于生成初始完整性保護密鑰IK,式中的下標(biāo)K表示使用共享密鑰K作為函數(shù)輸入，CK和IK是KDF的輸入，RAND為HSS就生成隨機數(shù)，S為輸入的字符組；S包括以下參數(shù):FC、P0、L0、P1、L1 ;所述FC是一個八位字節(jié)，用于區(qū)分不同的算法；PO表示SNID的值；LO為PO的長度值，Pl = AK ? R1，L1為Pl的長度值，其中符號93表示異或，AK為匿名密鑰。
[0038]AK的計算公式為:
[0039]AK = f5K(RAND);
[0040]其中，函數(shù)f5用于計算AK，公式中的下標(biāo)K表示使用共享密鑰K作為函數(shù)輸入RAND為HSS就生成隨機數(shù)。上述函數(shù)f3、f4和f5是原EPS AKA協(xié)議生成AV向量所用函數(shù)。MME最好一次向HSS僅申請獲取一個鑒權(quán)向量AV，以減少認證過程中產(chǎn)生的流量。
[0041](4)解密得到鑒權(quán)向量組(AV1AV1……AVJ，然后MME檢查鑒權(quán)向量組并從鑒權(quán)向量組中選取一個鑒權(quán)向量AVi,隨后提取鑒權(quán)向量AVi里面的數(shù)據(jù)，給鑒權(quán)向量AV^的基礎(chǔ)密鑰KASMEi分配一個密鑰標(biāo)識KSI ASMEi;然后，MME向UE發(fā)起用戶認證請求，請求中包含用UE的公鑰PKU加密的鑒權(quán)向量AVp Rl和R2，其中R2是MME生成的隨機數(shù)；用來進行身份驗證，下標(biāo)i表示鑒權(quán)向量組中鑒權(quán)向量AV的標(biāo)號。
[0042](5) UE收到MME發(fā)送的用戶認證請求后，解密得到鑒權(quán)向量AVi' Rl和R2，然后UE驗證Rl的正確性；驗證通過后向MME發(fā)送請求響應(yīng)消息，消息中包含用MME的公鑰PKM加密的隨機數(shù)R2。
[0043](6) ME收到UE發(fā)送的請求響應(yīng)消息后，解密并驗證R2的正確性；驗證通過后，MME與UE選擇一個KASMEi作為基礎(chǔ)密鑰，根據(jù)密鑰推導(dǎo)函數(shù)KDF衍生出后繼通信使用的加密密鑰CKi和完整性保護密鑰IK i，至此完成整個安全認證。
[0044]采用這種方法進行的安全認證，在降低了安全認證的成本的同時也有效增強了協(xié)議的安全性。
【主權(quán)項】
1.一種基于公鑰密碼體制的LTE無線網(wǎng)絡(luò)的安全認證方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟1:UE向MME發(fā)起訪問請求；請求中包含UE的HSS標(biāo)識IDhss、用MME公鑰PKM加密的MSI和R1，其中Rl是UE生成的隨機數(shù)； 步驟2:MME收到UE的訪問請求消息后，解密得到MSI和隨機數(shù)R1，根據(jù)IDhss向UE對應(yīng)的HSS發(fā)送認證請求，請求中包含用MME與HSS共享的對稱密鑰KO加密的MS1、隨機數(shù)Rl以及MME自身的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識SNID ； 步驟3:HSS收到MME發(fā)送的認證請求后，解密獲得MS1、Rl和SNID，隨后HSS檢查自己的數(shù)據(jù)庫，驗證頂SI和SNID的合法性；若驗證通過，HSS就生成隨機數(shù)RAND，與隨機數(shù)Rl —同作為輸入產(chǎn)生由鑒權(quán)向量AV組成的鑒權(quán)向量組(AV1、AV1……AVJ，其中η表示生成鑒權(quán)向量AV的個數(shù)；然后用密鑰KO加密鑒權(quán)向量組(AVpAV1……AVJ，并作為應(yīng)答信息發(fā)送給MME ； 步驟4:ΜΜΕ收到HSS發(fā)送的應(yīng)答信息后，解密得到鑒權(quán)向量組(AVpAV1……AV1J，然后MME檢查鑒權(quán)向量組并從鑒權(quán)向量組中選取一個鑒權(quán)向量AVi,隨后提取鑒權(quán)向量八乂連面的數(shù)據(jù)，給鑒權(quán)向量AVi中的基礎(chǔ)密鑰K ASMEi分配一個密鑰標(biāo)識KSI ASMEi;然后，MME向UE發(fā)起用戶認證請求，請求中包含用UE的公鑰PKU加密的鑒權(quán)向量AV1、Rl和R2，其中R2是MME生成的隨機數(shù)；下標(biāo)i表示鑒權(quán)向量組中鑒權(quán)向量AV的標(biāo)號； 步驟5:UE收到MME發(fā)送的用戶認證請求后，解密得到鑒權(quán)向量AVp Rl和R2，然后UE驗證Rl的正確性；驗證通過后向MME發(fā)送請求響應(yīng)消息，消息中包含用MME的公鑰PKM加密的隨機數(shù)R2 ； 步驟6:MME收到UE發(fā)送的請求響應(yīng)消息后，解密并驗證R2的正確性；驗證通過后，MME與UE選擇一個KASMEi作為基礎(chǔ)密鑰，根據(jù)密鑰推導(dǎo)函數(shù)KDF衍生出后繼通信使用的加密密鑰CKi和完整性保護密鑰IK i，至此完成整個安全認證。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于公鑰密碼體制的LTE無線網(wǎng)絡(luò)的安全認證方法，其特征在于:所述鑒權(quán)向量AV包括HSS就生成隨機數(shù)RAND，基礎(chǔ)密鑰KASM#P MME自身的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識SNID ;所述鑒權(quán)向量AV表示為:AV = RAND Kasme I SNID。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于公鑰密碼體制的LTE無線網(wǎng)絡(luò)的安全認證方法，其特征在于:所述基礎(chǔ)密鑰Kasme通過密鑰構(gòu)造函數(shù)KDF計算獲得；所述計算公式為: Kasme= KDF (f3 K (RAND) | | f4K (RAND)，S)； 式中，函數(shù)f3用于生成初始加密密鑰CK，函數(shù)f4用于生成初始完整性保護密鑰IK，式中的下標(biāo)K表示使用共享密鑰K作為函數(shù)輸入，CK和IK是KDF的輸入，RAND為HSS就生成隨機數(shù)，S為輸入的字符組；S包括以下參數(shù):FC、PO、L0、PU LI ;所述FC是一個八位字節(jié)，用于區(qū)分不同的算法；P0表示SNID的值；L0為PO的長度值，Pl = AK ? Rl，LI為Pl的長度值，其中符號93表示異或，AK為匿名密鑰。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于公鑰密碼體制的LTE無線網(wǎng)絡(luò)的安全認證方法，首先為參與AKA流程的實體UE、MME等分配了公鑰證書，然后改進了EPS AKA協(xié)議的流程，使用公鑰密碼體制加密，同時取消了原有協(xié)議的序列號SQN機制，改用隨機數(shù)應(yīng)答的方式進行認證，最后對鑒權(quán)向量AV向量的計算進行了簡化，取消了原有的消息認證碼(MAC)、預(yù)期響應(yīng)(XRES)和認證令牌(AUTN)等參數(shù)。本發(fā)明提供的方法增強了EPS AKA協(xié)議的安全性，提高了其可擴展性；本發(fā)明提供的方法具有較高的靈活性，隨著LTE技術(shù)的發(fā)展，本發(fā)明能夠應(yīng)用于多個場合，尤其適用于安全要求高的LTE企業(yè)專網(wǎng)，如電力無線專網(wǎng)。
【IPC分類】H04W12-06
【公開號】CN104754581
【申請?zhí)枴緾N201510131390
【發(fā)明人】曹寧, 張琪, 毛明禾, 胡一帆
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年3月24日