基于生物特征的遠(yuǎn)程認(rèn)證協(xié)議方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一個(gè)基于生物特征的遠(yuǎn)程認(rèn)證協(xié)議方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通信技術(shù)的發(fā)展為各種服務(wù)提供了可擴(kuò)展的平臺(tái)，遠(yuǎn)程用戶可W從任何地方訪 問服務(wù)器。遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)提供了獨(dú)特的在線服務(wù)的機(jī)會(huì)，該樣用戶不需要物理存在的服 務(wù)中屯、。該些服務(wù)采用認(rèn)證和密鑰協(xié)商協(xié)議，W確保授權(quán)和對(duì)資源的安全訪問。1981年， Lampod首先提出了基于口令的認(rèn)證協(xié)議，并得到了廣泛的應(yīng)用。但由于口令需要存儲(chǔ)且 具有容易被忘記和丟失的缺點(diǎn)，單純的基于口令的認(rèn)證協(xié)議不能在滿足復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需 求，協(xié)議設(shè)計(jì)中逐漸采用生物特征等因素，并形成了多因素認(rèn)證協(xié)議體制。
[0003] 生物特征具有如下優(yōu)點(diǎn)；（1)不易被丟失或忘記；（2)極難被偽造；（3)不易被復(fù) 制或分享；(4)相比低滴的口令生物因素不易被猜測；（5)具有獨(dú)特性，很難被破解。正是基 于生物特征的如上優(yōu)點(diǎn)，越來越多的遠(yuǎn)程認(rèn)證系統(tǒng)，比如遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)上銀行，在安全認(rèn)證 協(xié)議中嵌入生物特征，保證用戶與服務(wù)器之間進(jìn)行安全的通訊。近年來，大量的基于生物特 征的遠(yuǎn)程認(rèn)證協(xié)議被相繼提出，但均不能提供足夠安全的性能，同時(shí)計(jì)算性能仍然有提升 的空間。2014年，黃朝陽提出了一種基于生物特征的認(rèn)證協(xié)議，然而他的協(xié)議具有不能保護(hù) 用戶匿名性、不能抵抗拒絕服務(wù)攻擊和私鑰泄露冒充攻擊，計(jì)算消耗較高等缺陷。
[0004] 本發(fā)明提出一個(gè)基于生物特征的遠(yuǎn)程認(rèn)證密鑰協(xié)商協(xié)議，采用高效的楠圓曲線密 碼體制，提高了協(xié)議的安全性能，能夠抵抗所有提到的已知攻擊，同時(shí)采用動(dòng)態(tài)身份保護(hù)了 用戶的匿名性，計(jì)算性能也得到了大幅度提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述存在的問題，本發(fā)明提出了一種基于生物特征的遠(yuǎn)程認(rèn)證協(xié)議方法。
[0006] 本發(fā)明所述的遠(yuǎn)程認(rèn)證協(xié)議，其特征在于，該協(xié)議方法包括W下五個(gè)步驟：
[0007] 步驟1;服務(wù)器S產(chǎn)生系統(tǒng)參數(shù)；
[0008] 步驟2 ;用戶Ui通過安全信道向服務(wù)器提交注冊(cè)信息，服務(wù)器S經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后， 將信息存儲(chǔ)在智能卡中，并通過安全信道將信息發(fā)送給用戶Ui;
[0009] 步驟3;為了能夠登錄到遠(yuǎn)程服務(wù)器S，用戶Ui需計(jì)算登錄信息，然后將登錄信息 發(fā)送給服務(wù)器；
[0010] 步驟4;用戶Ui與服務(wù)器S之間通過兩次"握手"即可實(shí)現(xiàn)認(rèn)證及密鑰協(xié)商的目 的，并產(chǎn)生一個(gè)會(huì)話密鑰sk;
[0011] 步驟5; 口令和生物特征值修改階段；用戶Ui無需服務(wù)器S的幫助，僅通過智能卡 運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)修改口令和生物特征的目的。
[001引步驟1中服務(wù)器S選擇楠圓曲線E:y2三x3+ax+b(mcxlp)，Ep(a，b)是楠圓曲線E的n階點(diǎn)加法群，P為其生成元，即n?P= 0。選擇se馬作為自己的私鑰并保存，計(jì)算Y =s?p為公鑰，然后選擇單向哈希函數(shù)w*):化ir^馬。s保密s，公布其系統(tǒng)參數(shù)w= 巧p，H(*)，P，p，W。
[0013] 步驟2中，具體包括W下步驟：
[0014]步驟2. 1;用戶Ui選擇賬號(hào)ID1，口令PWi及和隨機(jī)數(shù)W卻 <，生物特征提取器計(jì)算 生物特征值町，計(jì)算f巧?M，，r;=巧.?W，然后通過安全信道將1町、Wi和W2發(fā)送給服務(wù) 器S。
[0015] 步驟2. 2 ;在接收到IDi、Wi和胖2之后，S首先驗(yàn)證Ui的IDi格式是否正確，如果正 確進(jìn)行下一步驟。
[001引 步驟2.3 ;服務(wù)器S計(jì)算Fi=巧;?巧貨巧=巧F;貨馬?巧，戶2=巧剛I小F,=打聽)紐眠)貨F;。 S將{Ep，H()，P，p，Y，Vi，V3}存儲(chǔ)在智能卡中并通過安全信道發(fā)送給U。
[0017] 步驟2.4 ;Ui接收到智能卡后，將W輸入其內(nèi)保存。最終，智能卡包含信息為 {Ep，H()，P，p，Y，Vi，V3，w}。
[0018] 步驟3中用戶Ui將智能卡SC插入讀卡器中，并輸入賬號(hào)IDi和口令PWi，生物特 征提取器提取生物特征值毎，然后智能卡SC計(jì)算馬=Kf?巧，如果d(成，巧.)含r，S停 止執(zhí)行協(xié)議，否則SC計(jì)算=戶巧?M.'，聽=巧貨W， 巧巧)活巧聽）。然后選擇ce。Z; 和時(shí)間戳Ti，計(jì)算Ci=C?P，C2=C?Y=C?S?P，C/A=巧 0巧}1C; |巧），F(xiàn)i= HaDillCsIlTilIVsIlY)。然后智能卡SC將叫二{CID^Bi，F(xiàn)i，Ti}發(fā)送給S。
[0019] 步驟4中，具體包括W下步驟：
[0020]步驟4. 1;接收到叫后，S驗(yàn)證T1是否有效，如果T元效，S停止執(zhí)行協(xié)議。否則， S計(jì)算C; =S'q，曲;=CZD,. 0巧：HI甸| 7])，K=巧近II小巧*=好(騎II與II引|KIIn。然后，S驗(yàn) 證壞和Fi是否相等。如果不等，則停止執(zhí)行協(xié)議，否則，S成功認(rèn)證U1。
[0021] 步驟4.2 ;S選擇隨機(jī)數(shù)和時(shí)間戳T2,然后計(jì)算D=d.Y=d.S-P， e=d'C; =d'c's'P，sA= //(/D;II切I0||句，F(xiàn)2=H(skMe||T2IIY)。然后S將ni2=(F2,了2,0} 發(fā)送給Ui。
[00過步驟4. 3 ;U浪收到m2后，檢查T2是否有效。如果無效，S停止執(zhí)行協(xié)議，否則，計(jì) 算/ =C'D，= //(曲IIGII0II/)，軒=片(站*II/II引In并驗(yàn)證F2與巧*是否相等，如果不等， 則停止執(zhí)行協(xié)議，否則，成功認(rèn)證S，并接受sk>為正確的會(huì)話密鑰。
[0023] 步驟5中，具體包括W下步驟：
[0024] 步驟5. 1;用戶Ui將智能卡插入讀卡器中，并輸入賬號(hào)IDi和原有口令PWi，輸入原 有生物特征值毎。
[00巧]步驟5. 2;智能卡5(：計(jì)算戶2 =戶3史巧巧)@巧職2)，馬=^@戶巧活/馬，如果^/(取馬）之[，則SC拒絕修改口令請(qǐng)求并將拒絕修改信息反饋給用戶，否則，繼續(xù)執(zhí)行下面步驟。
[002引步驟5. 3 ;智能卡SC要求Ui輸入兩遍設(shè)置的新口令P巧和毎，并選擇一個(gè)新的 隨機(jī)數(shù)，計(jì)算 巧腳=P巧曬'貨"嚴(yán)…'聽馬'。''貨n'"。''。K腳=巧腳?巧'2腳史 J馬=戶巧"。''貨馬勝貨化,'， vr=H{Wr)? //爬…1')@^ 。將智能卡中{Ep，H()，P，p，Y，Vi，V3，w}更新為 {與，巧)，戶，;7X嚇。''，巧。
[0027] 本發(fā)明具有的有益效果：
[0028] 本發(fā)明保護(hù)用戶匿名性。在步驟2中，用戶Ui通過安全信道將IDi發(fā)送 給S，在登錄認(rèn)證階段，我們采用動(dòng)態(tài)身份c/D,=巧?//(yiiCsii?;)用于傳輸，也就是說 巧=C巧.?//〇'lie'll ，由于隨機(jī)數(shù)C不可知，攻擊者無法從CID滿取用戶的身份信息ID1， 從而保護(hù)了用戶的匿名性。
[0029] 本發(fā)明提供雙向認(rèn)證和密鑰協(xié)商。在步驟4中，用戶與服務(wù)器達(dá)到了雙向認(rèn)證的 目的。首先，通過驗(yàn)證巧％巧，服務(wù)器S成功認(rèn)證了用戶Ui，再通過驗(yàn)證巧％F;，用戶U也成功 認(rèn)證了服務(wù)器S，該樣雙方便實(shí)現(xiàn)了相互認(rèn)證。此后，計(jì)算會(huì)話密鑰sk=H(IDiIIC2IIDIIe)， 其中e=d?c?Y是由Ui和S共同決定的，該意味著，會(huì)話密鑰sk在每一次會(huì)話中都不會(huì) 相同，當(dāng)會(huì)話到期后，sk不能被重復(fù)使用，因?yàn)樗怯蒀2、D和e共同決定的。該保證了Ui 和S之間秘密信息的傳遞。從而達(dá)到了雙向認(rèn)證和密鑰協(xié)商的目的。
[0030] 本發(fā)明抵抗拒絕服務(wù)攻擊。在步驟3、5中，當(dāng)攻擊者輸入錯(cuò)誤的PWi'和正確的1町 和《，智能卡通過計(jì)算馬.'=K 巧'?巧并與聳進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)不相等后，停止協(xié)議進(jìn)行，并 拒絕攻擊者的請(qǐng)求，保證了協(xié)議抵抗拒絕服務(wù)攻擊。
[0031] 本發(fā)明抵抗重放攻擊。協(xié)議中用于傳輸?shù)南i、m2中均包含時(shí)間戳，并在其他認(rèn) 證數(shù)據(jù)中嵌入了時(shí)間戳信息，從而通過對(duì)時(shí)間戳有效性的認(rèn)證保證協(xié)議抵抗重放攻擊。
[0032] 本發(fā)明抵抗冒充攻擊。協(xié)議中假設(shè)攻擊者想要冒充用戶&欺騙服務(wù)器S，需要獲 得Fi=H(IDJ侶||TjIVsIlY)來達(dá)到目的。但是我們可W注意到用戶的町被動(dòng)態(tài)身份 CIDi保護(hù)，攻擊者無法知曉，其次由于隨機(jī)數(shù)<，攻擊者也不能計(jì)算出C2。也就意味著 攻擊者無法成功地偽造出也就無法冒充用戶成功地欺騙服務(wù)器得到認(rèn)證。從而保證了 協(xié)議抵抗冒充攻擊。
[0033] 本發(fā)明抵抗離線口令猜測攻擊。協(xié)議中假設(shè)攻擊者想要冒充用戶Ui欺騙服務(wù)器 S，需要獲得Fi=H(IDiIIC2IITiIIV2IIY)來達(dá)到目的。但是我們可化注意到用戶的IDi被動(dòng) 態(tài)身份CIDi保護(hù)，攻擊者無法知曉，其次由于隨機(jī)數(shù)C 與，攻擊者也不能計(jì)算出C2。也就 意味著攻擊者無法成功地偽造出也就無法冒充用戶成功地欺騙服務(wù)器得到認(rèn)證。從而 保證了協(xié)議抵抗離線口令猜測攻擊。
[0034] 本發(fā)明具有會(huì)話密鑰的前向安全性。協(xié)議中即使私鑰S被泄露，攻擊者也不能計(jì) 算出sk=H(IDiII〔2||DIIe)，因?yàn)閑=d.c.s.P，而c，d是隨機(jī)選取且相互獨(dú)立的，同 時(shí)，通過叫和m2,攻擊者可W獲得到咕，的=(c-P，d's-P)，基于CDH問題的難解性可 知，攻擊者無法計(jì)算出e，也就無法得到sk。所W我們的協(xié)議具有密鑰前向安全性并可W抵 抗私鑰泄露冒充攻擊。
[003引本發(fā)明的運(yùn)算性能強(qiáng)，在（CPU: 1.6GHz，RAM: 2. 0GB)環(huán)境下整個(gè)過程計(jì)算時(shí)間為 9. 54ms，相比現(xiàn)有的協(xié)議計(jì)算時(shí)間大幅度縮短。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本協(xié)議方法的總體流程示意圖；
[0037] 圖2位用戶注冊(cè)的流程圖；
[0038] 圖3為用戶登錄認(rèn)證的示意圖；
[0039] 圖4位用戶登錄認(rèn)證的流程圖；
[0040] 圖5為用戶修改口令和生物特征的示意圖；
[0041] 具體實(shí)施方法
[0042] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0043] 本協(xié)議運(yùn)用高效的楠圓曲線密碼體制算法，通過合理設(shè)計(jì)協(xié)議流程，基于生物特 征、口令與智能卡多因素，安全性能強(qiáng)，計(jì)算速度快，可具體應(yīng)用在遠(yuǎn)程醫(yī)療等系統(tǒng)中，如圖 1所示具體操作如下；
[0044](一）系統(tǒng)初始化
[0045] 服務(wù)器S將會(huì)通過W下步驟產(chǎn)生系統(tǒng)參數(shù)。
[004引 （l)s選擇楠