一种抗密钥泄漏伪装攻击的口令群组认证密钥协商方法

本发明属于信息安全，尤其涉及一种抗密钥泄漏伪装攻击的口令群组认证密钥协商方法。

背景技术：

1、在现代网络环境中，安全的群组通信已成为协作平台、分布式系统、物联网及无人机服务等广泛应用的基本需求。此类安全通信的一个关键构件是群组认证密钥协商，它允许一组参与方在不安全网络上相互认证并建立共享的会话密钥。该会话密钥随后可用于保障群组通信数据的完整性和机密性。

2、根据认证因子的不同，群组认证密钥协商协议主要分为基于公钥基础设施的群组认证密钥协商和口令群组认证密钥协商。在基于公钥基础设施的群组认证密钥协商中，每一参与方拥有由公钥基础设施认证的私钥和公钥，所有参与方基于这些经认证的密钥执行认证型diffie-hellman密钥交换，以共同派生会话密钥。这一过程需要证书的颁发和分发，增加了操作复杂性。相比之下，口令群组认证密钥协商允许参与方仅使用低熵口令即可完成身份认证和会话密钥协商，从而提供了一种轻量级且易用的替代方案。

3、然而，现有口令群组认证密钥协商协议可能遭受密钥泄漏伪装攻击的影响。具体而言，这些协议要求参与方在认证和密钥协商期间提供口令。在无人场景中（例如涉及一组无人机或物联网设备），这些设备在缺乏交互式人工输入的情况下，必须存储相同的口令。一旦攻击者攻陷一台设备，便能够立即冒充任何其他诚实设备。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种抗密钥泄漏伪装攻击的口令群组认证密钥协商方法，将每一参与方的口令文件与其身份进行绑定，使得攻击者在攻陷某一参与方后仅能冒充该特定参与方，而无法直接冒充其他诚实成员，从而抵抗密钥泄漏伪装攻击，以解决现有技术中攻击者在攻陷群组中某一参与方后，立即冒充群组内其他诚实成员的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

3、一种抗密钥泄漏伪装攻击的口令群组认证密钥协商方法，所述方法包括如下步骤：

4、步骤s1：初始化步骤：根据安全参数确定系统公共参数，系统公共参数包括循环群及其生成元、对称加密与解密算法以及三个哈希函数；约定静态会话标识符、共享口令和特定会话标识符；

5、步骤s2：口令文件生成步骤：各参与方随机选取秘密值生成公开元素，基于静态会话标识符及共享口令计算口令派生元素，基于身份标识计算身份绑定秘密值；身份标识、公开元素、口令派生元素及身份绑定秘密值共同构成口令文件，存储于本地；

6、步骤s3：群组认证密钥协商步骤：所有参与方利用各自的口令文件，通过三轮消息广播完成相互认证和会话密钥协商，得到会话密钥。

7、进一步地，步骤s2包括如下步骤：

8、步骤s21：各参与方随机选取秘密值，并结合生成元计算公开元素；

9、步骤s22：各参与方基于静态会话标识符及共享口令，计算口令派生秘密及口令派生元素；

10、步骤s23：各参与方基于静态会话标识符、身份标识及公开元素，计算身份绑定系数及身份绑定秘密值；

11、步骤s24：各参与方的身份标识、公开元素、口令派生元素及身份绑定秘密值共同构成口令文件，存储于本地。

12、进一步地，步骤s21中，公开元素的计算方式如下：

13、

14、其中，表示第个参与方公开元素；表示第个参与方的秘密值；表示循环群的生成元。

15、进一步地，步骤s22中，口令派生秘密的计算方式如下：

16、

17、其中，表示第个参与方口令派生秘密；表示静态会话标识符；表示共享口令；表示第一哈希函数；

18、口令派生元素的计算方式如下：

19、

20、其中，表示第个参与方口令派生元素。

21、进一步地，步骤s23中，身份绑定系数的计算方式如下：

22、

23、其中，表示第个参与方身份绑定系数；表示第个参与方身份标识；

24、身份绑定秘密值计算方式如下：

25、

26、其中，表示第个参与方身份绑定秘密值。

27、进一步地，步骤s3包括如下步骤：

28、步骤s31：在第一轮消息广播中，各参与方选取临时随机数并计算临时公钥，利用从口令文件派生的对称密钥加密临时公钥得到密文，随后广播身份标识、口令文件中的公开元素及密文；

29、步骤s32：在第二轮消息广播中，各参与方接收左右邻居的广播消息，解密获得邻居的临时公钥，结合自身口令文件计算两个中间元素并广播；

30、步骤s33：在第三轮消息广播中，各参与方基于所有中间元素计算两个共享秘密，生成并广播标签以进行显式密钥确认，验证所有标签通过后，派生最终会话密钥。

31、进一步地，步骤s31中，临时公钥的计算方式如下：

32、

33、其中，表示第个参与方临时公钥；表示第个参与方临时随机数；

34、第个参与方基于口令文件计算对称密钥，计算方式如下：

35、

36、其中，表示第个参与方对称密钥；是第二哈希函数；表示特定会话标识符；

37、第个参与方利用对称密钥加密临时公钥，得到密文，计算方式如下：

38、

39、其中，表示第个参与方密文，表示加密算法。

40、进一步地，步骤s32中，第个参与方计算左/右邻居的对称密钥，计算方式如下：

41、

42、

43、其中，表示第个参与方左邻居的对称密钥；表示第个参与方右邻居的对称密钥；表示第个参与方左邻居的身份标识；表示第个参与方右邻居的身份标识；

44、第个参与方解密左/右邻居的密文，得到左/右邻居的临时公钥，计算方式如下：

45、

46、

47、其中，表示第个参与方左邻居的临时公钥；表示第个参与方右邻居的临时公钥；表示解密算法；表示第个参与方左邻居的密文；表示第个参与方右邻居的密文；

48、第个参与方的身份绑定系数，计算方式如下：

49、

50、

51、其中，表示第个参与方左邻居的身份绑定系数；表示第个参与方右邻居的身份绑定系数；表示第个参与方左邻居的公开元素；表示第个参与方右邻居的公开元素；

52、第个参与方的两个中间元素计算方式如下：

53、

54、

55、其中，表示第个参与方的第一中间元素；表示第个参与方的第二中间元素。

56、进一步地，步骤s33中，第个参与方计算两个共享秘密，计算方式如下：

57、

58、

59、其中，表示第个参与方的第一共享秘密；表示第个参与方的第二共享秘密；表示群组参与方成员数；

60、第个参与方计算并广播标签，计算方式如下：

61、其中，表示第个参与方的标签；是第三哈希函数；表示第个参与方的身份标识；表示第个参与方密文；表示第个参与方的第一中间元素；表示第个参与方的第二中间元素；

62、第个参与方生成会话密钥，计算方式如下：

63、

64、其中，表示第个参与方的会话密钥。

65、相对于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

66、1）本发明提出的方法通过将每一参与方的口令文件与其身份绑定，使得攻击者即使通过妥协某一参与方获取了口令文件，也无法直接冒充群组中的其他诚实成员，有效抵抗了密钥泄漏伪装攻击。同时，利用对称加密对临时公钥进行保护，确保了只有掌握正确口令文件的合法参与方才能解密并参与密钥协商。此外，第三轮显式密钥确认机制使参与方能够验证所有成员均已正确获得派生会话密钥所需的秘密，保障了密钥协商的一致性。

67、2）基于身份绑定技术，提出了一种抗密钥泄漏伪装攻击的口令群组认证密钥协商方法，有效防止了参与方被攻陷后攻击者对群组内其他成员的即时冒充，显著提升了无人场景下群组通信的安全性；

68、3）在无需公钥基础设施的前提下实现了轻量级的群组认证与密钥协商，利用对称加密和身份绑定口令文件，兼顾了易用性与安全强度，并提供了显式密钥确认，确保会话密钥的一致性。