[发明专利]一种海量NB-IoT设备的抗量子快速认证与数据传输方法

说明书

本发明属于通信网络安全技术领域，公开了一种海量NB‑IoT设备的抗量子快速认证与数据传输方法；具有相同属性或近距离的NB‑IoT设备形成设备组，当设备组需要访问网络时，每个设备使用格同态加密算法计算其自身签密；将签密发送发送给组长GROUP LEADER。随后，GROUP LEADER聚合组中成员的所有签密并将聚合签密发送至接入与移动性管理实体AMF；在接收到聚合签密后，AMF验证聚合签密的有效性以确定一组NB‑IoT设备的合法性。本发明可以基于格的同态加密技术同时实现一组NB‑IoT设备的接入认证与数据传输而无需建立数据承载，简化信令流；与现有技术相比，认证与数据传输成本较低。

技术领域

本发明属于通信网络安全技术领域，尤其涉及一种海量NB-IoT设备的抗量子快速认证与数据传输方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：随着移动通信技术的不断发展，第三代合作伙伴计划(3GPP)已经提出了与第五代移动通信技术(5G)相关的标准，这标志着当前长期演进系统(LTE-A)到下一代移动通信网络5G系统演进的正式开始。在未来的5G网络中，窄带物联网(NB-IoT)系统已成为万物互联的重要分支。3GPP委员会提出了NB-IoT系统的核心标准。这些核心标准的出现使每个符合条件的物联网终端能够通过3GPP接入网络安全地接入5G核心网络。由于未来5G网络中的更高容量和更低传输延迟等性能特性，这将成为NB-IoT系统的重要机会。NB-IoT功耗低，覆盖范围广，成本低，容量大，可广泛应用于各种垂直行业，如远程抄表，资产跟踪，智能停车，智能农业等。目前，全球移动运营商和制造公司正在积极开展NB-IoT系统的研发和推广。如今，部署在LTE-A网络上的NB-IoT系统已经完善。然而，部署在5G网络中的NB-IoT系统仍处于初期和研究阶段。由于NB-IoT设备的海洋具有资源有限，动态拓扑变化，复杂网络环境，以数据为中心和密切相关的应用的特点，因此需要有效的接入认证和数据分配方案来确保NB-IoT系统的安全性。3GPP委员会指出，现有的协议中每个NB-IoT设备需要执行基本的认证与密钥协商(5G-AKA)或(EAP-AKA’)过程，以实现与3GPP核心网络的相互认证。在与3GPP核心网络建立安全连接之后秘密地执行数据传输。该过程需要多轮信令交换，并且导致大量的信令开销和通信开销。特别是，大规模的NB-IoT设备同时连接到5G核心网络，这将导致网络节点严重的网络拥塞，严重影响NB-IoT系统的服务质量(QoS)。当前于传统的LTE系统中已经给出了多种基于群组的接入聚合认证协议，但是这些协议还存在很多漏洞。首先，这些认证协议都不能抵抗量子攻击；其次，由于密码方案的安全性，如众所周知的RSA公钥加密系统，Diffie-Hellman密钥交换和椭圆曲线加密(ECC)系统大多基于离散对数问题或大整数分解问题，量子计算机可以有效地处理这些问题。因此，如何实现5G网络中海量NB-IoT设备的快速认证与数据传输是当前面临的一个关键问题。将基于格的同态加密技术引入5G网络中的NB-IoT系统将大大简化信令流并提供强大的安全属性。通过这种方法，5G网络中可以同时实现一组NB-IoT设备的接入认证与数据传输而无需建立数据承载。但是由于此研究还处于初级阶段，目前还没有5G网络中针对海量NB-IoT设备的快速认证与数据传输的相关研究。