[发明专利]一种基于HLC和Time-Lock谜题的智能家庭中的认证协议

权利要求书

1.一种基于HLC和Time-Lock谜题的智能家庭中的认证方法，包括如下实体：用户，服务器，家庭网关，家庭智能设备，其特征在于，所述认证方法包括如下步骤：

步骤1：系统设置

一个可信实体TA为整个系统生成和分发系统参数params；

步骤2：命令消息初始化

家庭网关生成了一条用来控制家庭智能设备的命令消息CM；

步骤3：相互认证

家庭网关和家庭智能设备通过HLC和Time-lock谜题相互认证；其中：

所述步骤1具体包括：

在系统设置阶段，生成协议中用到的谜题难度值，用来控制计算谜题的时间；使用时间阈值来判断消息是否可信；使用哈希函数来执行计算；具体如下：

·选择ε作为谜题的难度；

·选择ΔT作为消息往返时间的上限；

·选择H(*)作为哈希函数；

TA将params＝(ε,ΔT,H(*))分发给家庭网关和家庭智能设备{SD₁,SD₂,...,SD_n}，n是家庭智能设备SD的数量；

所述步骤2具体包括：

当家庭网关接收到服务器转发的消息时，就会进入命令消息的初始化阶段；在这个阶段中，家庭网关GW执行如下操作来初始化一条命令消息CM，该消息用来控制家庭智能设备，并将这个命令发送给某个家庭智能设备SD_a(a∈{1,...,n})；具体如下：

ⅰ)生成一个CM＝{ID_a||Seq_cm||CMD}，其中ID_a是SD_a的唯一识别号，Seq_cm是每个CM的序列号，Seq_cm从0开始增加，CMD是实际上的具体命令，用来操控SD；服务器转发的消息中包含ID_a和CMD，并且每当家庭网关发送了一个CM，Seq_cm就会自增1；

ⅱ)家庭网关保存一个五元组tup＝{Seq_cm,CMD,T_cm,state_cm,ID_a}至自身的缓存中，tup用来认证谜题的发送者，T_cm是家庭网关发送CM时的本地时间戳；state_cm代表了CM的当前状态；协议中，state_cm有如下五种类型的状态，初始化为ini；

·ini:家庭网关生成了一个CM，但是该CM还没有被发送出去；

·com:CM已经被家庭网关发送出去；但是家庭网关还没有收到该CM相应的谜题；

·puz:家庭网关已经收到该CM相应的谜题，但是家庭网关还没有解决这个谜题，生成证据；

·prof:家庭网关生成了证据并且将这个证据发送出去；但是网关还没有收到应答；

·ack:家庭网关收到了SD_a对该证据的ack；

所述步骤3具体包括：

在相互认证阶段中，家庭网关和收到CM的家庭智能设备SD_a(a∈{1,...,n})互相认证；首先家庭网关将CM发送给SD_a；当SD_a接收到CM之后，SD_a会生成一个谜题R，该谜题用来认证CM的发送者，并将R发送给家庭网关；当家庭网关接收到R之后，首先会验证R的发送者的身份；只有验证通过之后，才会计算R，得到证据PRO；协议的相互认证阶段有如下步骤：

步骤A:发送命令；家庭网关将CM发送给SD_a，当家庭网关接收到CM之后，会将CM的状态修改为com；

步骤B:谜题分发；在接收到家庭网关发送的控制命令CM之后，家庭智能设备SD_a会发送一个谜题给家庭网关，用来认证家庭网关的合法性；具体过程：

1)通过内部系统状态生成一个伪随机字符串S；

2)从控制命令CM中获取Seq_cm以及CMD；

3)选择两个素数p以及q，p和q的选取是一个大整数问题，每个设备自己通过算法计算得出，至少应在256bit以上以防止被短时间内分解；

4)计算φ(n)＝(p-1)(q-1)并且保存φ(n)；

5)通过HLC，将谜题R＝{S||Seq_cm||CMD||n}发送至家庭网关；

6)保存本地当前时间戳T_sd1；

步骤C:证据生成；在收到SD_a发送的谜题R之后，家庭网关首先通过state_cm检查谜题的合法性；然后将计算得到的证据通过HCL发送给SD_a；如果家庭网关验证了谜题R的合法性，那么家庭网关就需要计算谜题R并获得证据PRO，并使得SD_a执行本该完成的命令CMD；家庭网关获得证据PRO过程如下：

1)家庭网关首先计算x＝H(R)；

2)家庭网关计算

3)家庭网关将计算得到的证据PRO，通过HLC发送给SD_a；

4)家庭网关将CM的状态更改为prof；

步骤D:执行以及应答；在这一步，SD_a检查家庭网关以及证据PRO的合法性，具体为：

1)当SD_a接收到家庭网关发送的证据PRO之后，其会记录下当前本地时间戳T_sd2；

2)检查是否满足(T_sd2-T_sd1)≤ΔT；如果不满足，SD_a将不会继续执行；

3)取出保存的谜题R和φ(n)；

4)计算x＝H(R)；

5)计算z＝x^ε(modφ(n))；

6)计算y＝x^z(modn)；

7)如果y＝PRO，那么SD_a就认为该命令是合法的，否则不合法，则终止执行；

8)SD_a执行该命令；

9)SD_a通过HLC，发送确认消息A_ack＝{ID_a||ID_g||DS_a||Seq_cm}至家庭网关GW；

当家庭网关收到确认消息之后，会将相应的CM的状态修改为ack。