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基于智能卡的雙向身份認(rèn)證方案設(shè)計(jì)

文章出處:http://srpd123.com 作者:中國(guó)一卡通網(wǎng) 收編&nbsp;&nbsp; 人氣: 發(fā)表時(shí)間:2011年10月10日

[文章內(nèi)容簡(jiǎn)介]:通過(guò)引入公鑰加密體制,文中提出的方案可抵御重放攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、Reflection Attack攻擊、Parallel Attack 攻擊、智能卡丟失\復(fù)制攻擊,并且實(shí)現(xiàn)了通信雙方的雙向身份認(rèn)證。雖

  引言

  隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及和電子商務(wù)的發(fā)展,越來(lái)越多的資源和應(yīng)用都是利用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程獲得的。如何確保特定資源只被合法、授權(quán)的用戶訪問(wèn),即如何正確地鑒別出用戶的身份是確保通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)安全的首要條件。目前,主要的身份認(rèn)證方法有3 種:基于口令的身份認(rèn)證;基于生物特征的身份認(rèn)證和基于智能卡的身份認(rèn)證。結(jié)合密碼學(xué)技術(shù),很多專家和學(xué)者提出了基于智能卡的身份認(rèn)證的有效方案。

  2000 年,Sun提出了一種基于哈希函數(shù)的智能卡有效遠(yuǎn)程認(rèn)證方案,但該方案容易遭受密碼猜測(cè)攻擊和內(nèi)部攻擊。2002 年,文獻(xiàn)[5]作者也在單向哈希函數(shù)基礎(chǔ)上提出了一種方案。隨后,很多專家和學(xué)者提出了各自的方案,這些方案通過(guò)引入隨機(jī)數(shù)、計(jì)數(shù)器、時(shí)戳等參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效地、安全地雙向認(rèn)證。但遺憾的是,這些方案均會(huì)出現(xiàn)一些不可避免的漏洞。

  在分析以上方案的基礎(chǔ)上,這里提出了一種新的遠(yuǎn)程用戶認(rèn)證方案。該方案是隨著電子技術(shù)和芯片技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的設(shè)想。文獻(xiàn)[6-8]證明了公鑰密碼算法在智能卡中的應(yīng)用。該方案在保留了以上文獻(xiàn)所采用的部分參數(shù)的基礎(chǔ)上,在智能卡中引入了公鑰密碼算法,可靠地實(shí)現(xiàn)了通信雙方的身份認(rèn)證,能夠抵御多數(shù)類型攻擊,具有很強(qiáng)的安全性。

  1.術(shù)語(yǔ)定義 下面定義在文中所用到的符號(hào)

  U 表示認(rèn)證協(xié)議中的用戶;S 表示認(rèn)證協(xié)議中的認(rèn)證服務(wù)器;ID 為用戶的身份標(biāo)識(shí);PW 為用戶登陸口令;Ti 為時(shí)戳;h﹙·﹚為單向哈希函數(shù);⊕為異或運(yùn)算;為安全的通信信道;→為不安全的、普通的通信信道;E 為加密算法;D 為解密算法;Ku 為用戶的公鑰;ku 為用戶的私鑰;Ks 為服務(wù)器的公鑰;ks 為服務(wù)器的私鑰。

  2.所提出的認(rèn)證方案

  方案由注冊(cè)階段、登陸階段、雙向驗(yàn)證階段、密碼修改階段組成。

  2.1 注冊(cè)階段

  R1:用戶選擇自己的標(biāo)識(shí)ID、公鑰Ku、私鑰ku、口令PW 并計(jì)算h﹙PW﹚,通過(guò)安全信道提交給認(rèn)證服務(wù)器S,即US:ID,h﹙PW﹚,Ku,ku。

  R2:服務(wù)器產(chǎn)生自己的私鑰ks 和公鑰Ks,并將自己的公鑰Ks 發(fā)布出去,將ks 保存好,把用戶的公鑰Ku 存入數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)服務(wù)器計(jì)算Vi=h﹙ID⊕ks﹚,Ri=h﹙ID⊕ks﹚⊕h﹙PW﹚,然后將信息{Ri,h﹙·﹚,Ks,ku,公鑰算法}寫入智能卡。

  R3: S 把智能卡通過(guò)安全信道交給用戶,即S U:Card{Ri,h﹙·﹚,Ks,ku,公鑰算法}。

  2.2 登陸階段

  L1:用戶U 把智能卡插入相關(guān)終端設(shè)備,輸入ID、PW,智能卡與終端設(shè)備驗(yàn)證ID、PW 的合法性,否則放棄。

  L2:記錄系統(tǒng)時(shí)戳T1,智能卡計(jì)算Vi=Ri⊕h﹙PW﹚,C1= h﹙T1⊕Vi﹚,并使用服務(wù)器的公鑰Ks 進(jìn)行加密運(yùn)算,ET1=E﹙T1,Ks﹚,EC1=E﹙C1,Ks﹚。

  L3:用戶U 通過(guò)一般信道將登陸信息m1{T1,C1,ET1,EC1}發(fā)給服務(wù)器S,即:U→S: m1{ T1,C1,ET1,EC1}。

  2.3 雙向驗(yàn)證階段

  V1:服務(wù)器S 收到m1{ T1,C1,ET1,EC1}后,首先用自己的私鑰ks 進(jìn)行解密運(yùn)算:T1*=D﹙T1,ks﹚,C1*=D(C1,ks﹚,然后進(jìn)行比較判斷:T1*與T1 是否相等,C1*與C1 是否相等。若不能滿足兩者同時(shí)相等,則放棄;若兩者同時(shí)相等,則進(jìn)行下面的計(jì)算。

  V2:計(jì)算Vi= h﹙ID⊕ks﹚。

  V3:驗(yàn)證h﹙T1⊕Vi﹚是否與C1 相等,若不相等,則為非法用戶;若相等,則為合法用戶。

  V4:記錄系統(tǒng)時(shí)戳T2,計(jì)算C2= h﹙T2⊕Vi﹚,并使用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的用戶的公鑰Ku 進(jìn)行加密運(yùn)算:ET2=E(T2,Ku﹚,EC2=E﹙C2,Ku﹚。

  V5:服務(wù)器S 通過(guò)一般信道將反饋信息m2{ T2,C2,ET2,EC2}發(fā)給用戶U。即:S→U: m2{ T2,C2,ET2,EC2}。

  V6:用戶U 收到信息m2{ T2,C2,ET2,EC2}后,使用自己的私鑰ku 進(jìn)行解密運(yùn)算:T2*=D﹙T2,ku﹚,C2*=D﹙C2,k u﹚,然后進(jìn)行比較判斷:T2*與T2 是否相等,C2*與C2 是否相等。若不能滿足兩者同時(shí)相等,則放棄;若兩者同時(shí)相等,則進(jìn)行下面的計(jì)算。

  V7:驗(yàn)證h﹙T2⊕Vi﹚是否與C2 相等,若不相等,則為非法服務(wù)器;若相等,則為合法服務(wù)器。

  2.4 密碼修改階段

  P1:計(jì)算Ri*=Ri⊕h(PW)⊕h(PW*)=h(ID⊕ks)⊕h﹙PW*﹚。

  P2:用Ri*取代Ri,并存放在智能卡中。

  3.安全性分析

  方案引入了公鑰密碼體制,在非安全信道傳遞信息時(shí),均經(jīng)過(guò)加密處理,因此具有很強(qiáng)的安全性,能抵御多種攻擊。

  3.1 重放攻擊

  假設(shè)攻擊者截獲了L3 階段的登錄信息m1{ T1,C1,ET1,EC1},并且更改了明文形式的時(shí)戳T1 為T1’。但是,在登錄信息中仍然包含了加密后的時(shí)戳ET1,在V1 階段,由于解密出的T1*≠T1’,攻擊者遭到拒絕。

  3.2 拒絕服務(wù)攻擊

  在很多文獻(xiàn)中都是利用T2-T1=ΔT 來(lái)作為驗(yàn)證條件,因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生阻塞或攻擊者故意攔截登錄信息并延遲一段時(shí)間后再重新向S 傳遞時(shí),S 檢測(cè)出ΔT 不符合條件,容易發(fā)生拒絕服務(wù)攻擊。文中所提出的方案,不需要用ΔT 來(lái)作為驗(yàn)證條件,即使網(wǎng)絡(luò)阻塞或攻擊者故意延遲,由于T1 的值沒(méi)有改變,T1= T1*,故不會(huì)引起拒絕服務(wù)攻擊。并且系統(tǒng)不需要很嚴(yán)格的同步要求。

  3.3 ReflectiON Attack 攻擊

  假設(shè)攻擊者截獲L3 階段的信息m1{ T1,C1,ET1,EC1}并阻塞該信息的傳輸,而且假冒S,跳過(guò)驗(yàn)證階段的V1~V4階段,直接又向用戶U 發(fā)送m1{ T1,C1,ET1,EC1},企圖冒充V5 階段的信息m2{ T2,C2,ET2,EC2}。但該方案中,ET1、EC1 是用S 的公鑰Ks 加密的,只能用S 的私鑰ks 來(lái)解密,而用戶U 沒(méi)有ks ,因此無(wú)法計(jì)算出T1*和C1*,故此攻擊不可行。

  3.4 Parallel Attack 攻擊

  假設(shè)攻擊者截獲V5 階段的信息m2{ T2,C2,ET2,EC2},并假冒用戶U 向S 重新發(fā)送m2。但在S 端要進(jìn)行解密計(jì)算卻是不可行的,因?yàn)镋T2、EC2 是用U 的公鑰Ku 加密的,而其私鑰k u 在U 端才用,S 端不能進(jìn)行解密運(yùn)算。

  3.5 智能卡丟失\復(fù)制攻擊

  由于攻擊者不知道密碼PW,故無(wú)法得出Ri=h(ID⊕ks)⊕h(PW)。同樣,即使得知了ID、PW,如果沒(méi)有智能卡,也無(wú)法假冒用戶U。

  3.6 真正地雙向認(rèn)證

  方案使用了公鑰密碼算法,U、S 分別使用對(duì)方的公鑰加密,然后發(fā)送信息,使用自己的私鑰解密,在計(jì)算上是平等的,所以無(wú)論攻擊者要假冒哪方都是不可行的,從而實(shí)現(xiàn)了真正地雙向認(rèn)證。

  4.結(jié)語(yǔ)

  從以上分析可以看出,通過(guò)引入公鑰加密體制,文中提出的方案可抵御重放攻擊、拒絕服務(wù)攻擊、Reflection Attack攻擊、Parallel Attack 攻擊、智能卡丟失\復(fù)制攻擊,并且實(shí)現(xiàn)了通信雙方的雙向身份認(rèn)證。雖然該方案由于公鑰密碼算法的引入占用了部分的計(jì)算資源,但卻大大提高了系統(tǒng)的安全性,并且隨著電子技術(shù)和芯片技術(shù)的快速發(fā)展,智能卡計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力的不斷提高,該方案優(yōu)越性會(huì)越來(lái)越突出其。該方案具體采用公鑰密碼算法中的哪種算法如RSA、El-Gamal、橢圓曲線等,不在本文討論范圍。

本文關(guān)鍵詞:智能卡,身份認(rèn)證,公鑰密碼
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