一种多智能体间安全交互方法、系统及设备与流程

本发明涉及人工智能与网络安全，尤其涉及一种适用于机器人、智能终端等多智能体协同场景下的安全身份认证与加密通信方法、系统及设备。

背景技术：

1、近年来，随着机器人、物联网设备的智能化水平不断提高，以及5g/6g通信技术的大规模部署，多智能体（multi-agent）的协同作业已成为工业自动化、智慧物流、智慧城市等领域的重要应用范式。智能体之间的交互不再局限于简单的指令传递，而是涉及到复杂的业务逻辑、敏感数据（如用户身份、位置信息、操作指令）以及关键控制指令的交换。因此，确保智能体间交互的身份可信性、通信的机密性与完整性变得至关重要。

2、但是，现有的智能体存在安全性（包括机器人自身的身份确认，相互间发送和接受的信息是明文传输，信息没有加密等）缺乏高强度的加密措施，并且智能体之间信息传输的管道也有安全性较低的问题。当多智能体逐步进入人们日常生活和深刻影响工作时，要求多智能体及其组成的系统具有高等级安全性保障日益突出和紧迫。

3、现有的技术方案主要存在以下技术问题：

4、（1）智能体身份id确认：缺少采用ca认证usb加密钥匙也称为usbkey确定唯一身份信息；加密算法sm3/sm4/sha3等确定身份信息等。

5、（2）认证协议缺失：例如可以采用kerberos协议是一种网络身份认证协议，提供安全的身份验证服务，特别是在不安全的网络环境中。

6、（3）加密隧道：缺少信息加密传输，如ipsec加密传输，确保信息不被窃取和篡改。

7、在现有技术中，已有一些研究关注于特定场景下的认证与密钥协商。例如，公开号为cn122420824a，名称为“一种基于ecc的具有条件隐私保护的v2v双向认证与会话密钥协商方法”的专利，该方案聚焦于车对车（v2v）通信场景，利用椭圆曲线密码学（ecc）实现双向认证和密钥协商，但该方案计算复杂度较高，且专用于v2v场景，难以直接套用于资源受限的广泛多智能体交互环境。又如，公开号为cn122309032a，名称为“基于标准化协议的端侧智能体自主执行与状态管理方法”的专利，其关注于智能体的自主执行与状态管理，虽涉及标准化交互，但未深入解决安全认证与会话密钥的动态、安全分发问题。

8、因此，现有技术缺乏一种轻量化、高安全等级，且适用于大规模、分布式多智能体架构的统一安全交互方案，难以在保障“机器-机器”通信安全的同时，兼顾效率与部署的便捷性。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述现有技术的不足，提供一种多智能体间安全交互方法、系统及设备，通过引入可信的密钥分发中心（kdc），结合商用密码算法和优化的认证协议，为端侧智能体与控制中心之间构建一个集身份验证、实时预警、主动防御的“始终验证，永不信任”的安全防御系统，实现身份强认证、会话密钥安全协商、通信全程加密及完整性保护，提高抗重放攻击网络攻击能力。

2、为实现上述技术方案，本发明提供了一种多智能体间安全交互方法，具体包括如下步骤：

3、s1、端侧智能体发出业务请求：端侧智能体启动后，组装含自身标识、目标服务标识、时间戳、一次性随机数的认证请求，利用本地长期密钥计算sm3消息认证码，将请求与校验码发送至 kdc；认证通过后，端侧智能体接收kdc下发的会话密钥、不可解密的控制中心加密票据及对应初始化向量，把票据与向量转发给控制中心；后续业务交互时，端侧智能体使用会话密钥对业务数据sm4加密并生成sm3完整性校验码，将票据、加密业务数据、校验码一并发送控制中心，开展安全业务通信；

4、s2、kdc认证与秘钥分发：kdc接收端侧智能体发来的认证请求，解析端侧智能体自身标识、目标服务标识、时间戳、随机数与sm3校验码，调取端侧智能体对应长期密钥重算校验码完成身份校验，同时校验时间戳、借助随机数缓存抵御重放攻击，校验无误后生成端侧智能体与控制中心的短期会话密钥，封装票据明文并使用控制中心长期密钥经sm4加密，生成对应初始化向量，最终把会话密钥、加密票据、初始化向量回传给端侧智能体，完成认证及密钥分发；

5、s3、控制中心认证与执行：控制中心接收端侧智能体转发的票据或带票据的加密业务请求，使用自身长期密钥解密票据，验证票据由 kdc 签发，解密后提取端侧智能体自身标识、会话密钥与票据有效期，核验票据有效性；针对业务请求，利用会话密钥重算sm3校验码完成完整性校验，校验通过后以会话密钥sm4解密业务数据得到明文，最后执行业务逻辑，完成端侧智能体可信访问流程。

6、优选的，所述步骤s1的具体流程包括：

7、s11、准备认证请求信息：端侧智能体在启动后，构造一条认证请求，包含自身标识robot_id、目标服务标识service_id、当前时间戳以及一次性随机数nonce；

8、s12、生成认证校验码：端侧智能体使用自身预先配置的长期密钥，对上述认证请求内容计算基于sm3的消息认证码，用于向kdc证明请求的真实性与完整性；

9、s13、向kdc发送认证请求：端侧智能体将认证请求及对应的sm3校验码发送至kdc，请求访问指定的控制中心服务；

10、s14、接收 kdc 返回的认证结果：若认证通过，端侧智能体从kdc的响应中获得与控制中心通信使用的会话密钥，并由kdc为控制中心生成加密票据及加密票据对应的初始化向量；

11、s15、转发票据至控制中心：端侧智能体将kdc返回的加密票据及初始化向量原样转发给控制中心，作为后续访问服务的身份凭证；

12、s16、进入安全通信阶段：在获得会话密钥后，端侧智能体进入待机状态，根据需要生成业务消息，并使用会话密钥对业务数据进行sm4加密，同时生成基于sm3的完整性校验码；

13、s17、发送加密业务消息：端侧智能体将包含加密票据、加密业务数据及校验码的消息发送给控制中心，请求具体服务。

14、优选的，所述步骤s2的具体流程包括：

15、s21、接收端侧智能体认证请求：kdc接收来自端侧智能体的认证请求，解析其中的自身标识、目标服务标识、时间戳、随机数及认证校验码；

16、s22、验证端侧智能体合法性：kdc根据端侧智能体标识查找对应的长期密钥，并使用该密钥重新计算sm3校验码，以验证请求是否来自合法端侧智能体且未被篡改；

17、s23、检查时间戳与重放攻击：kdc检查请求时间戳是否在允许的时间窗口内，并结合随机数缓存机制判断该请求是否为重放请求；

18、s24、生成会话密钥：在认证通过后，kdc为端侧智能体与目标控制中心生成一个新的短期会话密钥，用于后续安全通信；

19、s25、构造服务票据：kdc将端侧智能体自身标识、目标服务标识、会话密钥及加密票据有效期信息封装为票据明文；

20、s26、加密票据：kdc使用控制中心的长期密钥对票据明文进行sm4加密，并生成对应的初始化向量，使得只有目标控制中心能够解密该票据；

21、s27、返回认证结果：kdc将会话密钥、加密票据及初始化向量一并返回给端侧智能体，完成认证与密钥分发过程。

22、优选的，所述步骤s3的具体流程包括：

23、s31、接收票据或业务请求：控制中心接收来自端侧智能体的消息；

24、s32、解密并验证票据：控制中心使用自身长期密钥对票据进行解密，若解密成功，则说明该票据确实由kdc为本服务生成，来源可信；

25、s33、提取会话密钥与身份信息：控制中心从票据明文中获取端侧智能体自身标识、会话密钥及票据有效期信息，并确认票据仍在有效期内；

26、s34、校验业务消息完整性：对于业务请求，控制中心使用票据中获得的会话密钥，对业务数据重新计算sm3校验码，并与端侧智能体发送的校验码进行比对；

27、s35、解密业务数据：若完整性校验通过，控制中心使用会话密钥对业务数据进行sm4解密，得到明文业务内容；

28、s36、执行业务逻辑：控制中心根据解密得到的业务信息执行相应操作。

29、优选的，所述步骤s31中，控制中心接收来自端侧智能体的消息为包含kdc签发的票据，或携带票据的加密业务请求。

30、本发明还提供了一种多智能体间安全交互系统，用于实现上述交互方法，具体包括：

31、智能体身份模块：确定智能体是“物”的身份，实现人-人，人-机器，机器-机器在万物互联中的信息身份溯源；

32、密钥分发中心kdc：保存所有端侧智能体的长期密钥，保存所有控制中心的长期密钥；负责端侧智能体身份，生成会话密钥，签发只给控制中心看的票据；

33、加密传输模块：私有协议，或者借用已经成熟的技术和设备，实现网络空间安全，包括ipsec vpn安全网关设备、防火墙；

34、监控软件：包括kdc主程序、控制中心端和客户端，监控交互信息是否成功加密；

35、认证协议：用于执行认证；

36、控制中心：用于提供具体服务身份，持有自己的长期密钥，能验证票据，能使用会话密钥进行通信，且不需要知道端侧智能体长期密钥；

37、端侧智能体：请求服务的身份，持有自己的长期密钥，能加密/校验消息，不被任何控制中心“直接信任”。

38、优选的，所述认证协议采用私有认证协议或者kerberos认证协议，采用对称加密技术为端侧智能体/服务器提供强身份验证。

39、本发明还提供了一种多智能体间安全交互设备，包括上述的系统。

40、本发明提供的一种多智能体间安全交互方法、系统及设备的有益效果在于：

41、（1）本多智能体间安全交互方法通过端侧智能体、kdc、控制中心三方协作的六步流程（认证请求、kdc验证分发、票据转发、业务加密发送、票据解密验证、业务解密执行），构建了一个闭环的安全交互链路。该方法实现了端侧智能体的强身份认证（基于长期密钥和sm3）、动态会话密钥的安全分发（由可信kdc生成）、以及后续所有业务通信的端到端加密（sm4）与完整性保护（sm3）。有效解决了智能体身份易伪造、通信明文传输、密钥管理困难等问题。

42、（2）本多智能体间安全交互方法通过机器人身份验证、kerberos协议、国产密钥sm3/sm4/sha3、ipsec加密传输和失效间隔可设等，构建安全边界，提供接入隔离、身份认证、访问控制、数据加密、传输加密等服务，确保了在协同交互过程中，各类数据（包含机密数据和普通数据）按照合规处理，构建“始终验证，永不信任”的安全防御方案，有效防止了数据泄露。

43、（3）本多智能体间安全交互系统将适用于分布式网络环境的认证协议与国密算法融合，适配于资源受限的智能体场景，形成了一套轻量化、高安全、可管控的多智能体安全交互体系。它实现了从“身份”到“通信”的全流程安全加固，为智能物流、工业机器人集群、智慧城市等领域的多智能体规模化安全应用提供了坚实的技术支撑，具有重要的工业实用价值。