一种基于预共享秘密的群密钥的建立方法与流程

本发明涉及网络安全，尤其涉及一种基于预共享秘密的群密钥的建立方法。

背景技术：

1、无中心自组网技术实现了在任何时刻、任何地点、不需要现有信息基础网络设施的支持就能快速构建起一个移动通信网络，为终端实现无中心自由快速的通信提供了可能。

2、当前无中心自组网场景有以下四个突出特点：

3、1.无中心：自组网中节点对等，无传统意义上的控制中心。在自组网中，每个合法节点都可以发起群组密钥的建立过程，难以应用集中式方案建立高效的自组网安全认证和密钥建立机制。

4、2.网络拓扑变化快：在工作过程中，新节点入网、在网节点退出等事件使自组网网络拓扑变化频繁。这种特性要求自组网严格管理进出节点的身份，尤其是节点退出时能够快速变换群组密钥。

5、3.多节点通信需求大：大多情况下，节点间需要实时信息交互以确保工作有效完成，如联合计算时需要实时将中间数据共享给其他节点，多节点协同工作时需要实时同其他节点分享当前状态和位置等信息。

6、这要求自组网具备快速建立群密钥进行通信的能力。然而，当前的群密钥建立方案存在计算和通信开销大、通信轮数多的问题。因此，建立一个高效可持续的群密钥建立方案是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于预共享秘密的群密钥的建立方法，用以解决现有的群密钥建立方案存在计算和通信开销大、通信轮数多的问题。

2、本发明实施例提供了一种基于预共享秘密的群密钥的建立方法，包括如下步骤：

3、步骤s100：可信中心选择系统参数，所述系统参数为由包括多个节点的群组成的通信系统的系统参数，其中，群内两两节点之间存在预共享的密钥；

4、步骤s200：各节点根据所述系统参数和所述预共享的密钥将各自的临时密钥加密发送至群内的相邻节点；

5、步骤s300：各节点根据所述系统参数和所述预共享的密钥将相邻节点的所述临时密钥转换成各自的广播密文；以及

6、步骤s400：各节点根据所述系统参数对其他所有节点的所述广播密文进行验证，并在验证通过后，根据所述系统参数和其他所有节点的所述广播密文生成群密钥。

7、基于上述方法的进一步改进，所述系统参数包括协商节点选举算法，在执行步骤s200之前，所述建立方法还包括如下步骤：

8、各节点执行所述协商节点选举算法，得到n个节点分组以及每个节点分组内参与密钥协商的1个节点，其中n小于等于群内节点的个数；

9、参与密钥协商的各节点对所有n个节点进行排序，得到首尾相连的节点列表；并且，所述步骤s200至步骤s400中的节点指的是所述n个节点中的节点。

10、基于上述方法的进一步改进，在所述步骤s400之后，还包括各节点分组中未参与密钥协商的其他节点执行下述步骤得到的群密钥：

11、步骤s500：参与密钥协商的各节点根据参与密钥协商的其他节点的所述广播密文生成共享秘密值；

12、步骤s600：参与密钥协商的各节点根据所述预共享的密钥将所述共享秘密值加密发送至其节点分组内的未参与密钥协商的其他节点；

13、步骤s700：所述节点分组内的未参与密钥协商的其他节点根据所述系统参数和所述共享秘密值生成群密钥。

14、基于上述方法的进一步改进，所述步骤s300包括：

15、各节点根据两个相邻节点的所述临时密钥的差值，得到第一消息；

16、各节点根据所述系统参数和所述第一消息，得到第二消息；

17、其中，所述广播密文包括所述第一消息和所述第二消息。

18、基于上述方法的进一步改进，所述步骤s400包括：

19、步骤401：各节点根据所述系统参数验证所有节点的所述第二消息，若任一节点的所述第二消息验证不通过，则终止执行；否则执行步骤402；

20、步骤402：各节点对所有节点的所述第一消息进行求和运算，若和值等于0，则验证通过；否则终止执行。

21、基于上述方法的进一步改进，所述系统参数包括对称加解密算法、第一哈希函数、第二哈希函数、哈希密钥、初始状态值，所述可信中心选择系统参数包括选择系统参数：

22、选择一个对称加密算法：以及对应的对称解密算法：其中{0,1}*为任意长度的0和1组成的比特串，为对称加密密钥的取值空间；

23、选择第一哈希函数

24、选择第二哈希函数其中l为第二哈希函数的输出比特长度，第二哈希函数密钥的取值空间；

25、从中选择群的哈希密钥k并将哈希密钥k分发给群内的各节点；

26、从中选择群的初始状态值s0并将初始状态值s0分发给群内的各节点。

27、基于上述方法的进一步改进，所述各节点根据所述系统参数和所述第一消息，得到第二消息包括：

28、节点i根据以下公式计算得到第二消息hi：

29、hi＝h2(k,idi||xi)

30、其中，idi为节点i的身份信息，||表示连接符，xi为节点i的第一消息，i∈{0,…,n-1}，n为节点的个数。

31、基于上述方法的进一步改进，各节点根据所述系统参数验证所有节点的所述第二消息包括：

32、节点i验证以下等式是否成立：

33、hj＝h2(k,idj||xj)

34、其中，hj为节点j的第二消息，idj为节点j的身份信息，xj为节点j的第一消息，j∈{0,…,n-1}，n为节点的个数且j≠i。

35、基于上述方法的进一步改进，所述步骤s500包括：

36、节点i根据以下公式计算得到共享秘密值gski：

37、gski＝(n-1)xi+(n-2)xi-1+…+xi-n+2-n(ri+ri+1)

38、其中，xi、xi-1、...、xi-n+2为对应序号节点的第一消息，ri和ri+1为第i个节点和第i+1个节点的临时密钥。

39、基于上述方法的进一步改进，各节点根据所述系统参数和其他所有节点的所述广播密文生成群密钥包括：

40、节点i根据以下公式计算得到群密钥wki：

41、wki＝h1(gski,s0,id0,x0,id1,x1,…,idn-1,xn-1)。

42、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

43、1.本方案基于预共享秘密构建两两共享密钥，每个用户仅需要对称加解密运算和随机数的加减法运算，计算效率高。

44、2.本方案中每个参与协商的节点在密钥建立过程仅需要发送随机数的对称加密密文，或者仅需要发送一个随机数、一个哈希值，通信开销小。

45、3.本方案可以保证所有用户产生一个相同的会话密钥。

46、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。