[发明专利]基于树结构和非对称密钥池的群组通信方法及系统

说明书

本专利公开了一种基于树结构和非对称密钥池的群组通信方法及系统，使用了安全芯片与密钥池相结合的群组密钥生成方法，不仅密钥量可以满足抗量子计算的安全需求，而且由于用于生成通信密钥的芯片密钥位于敌方无法破解的安全芯片中，因此不存在被俘获后被拆解密钥池从而导致群组通信被破解的可能性，并且不同上下级之间的通信内容不会被其他不相关成员所解密；另外，进行密钥池更新时，无需传输密钥，因此密钥池更新可以快速完成，容易难以实现；另外，本专利中群组成员的真实身份是不公开的，仅公开节点编号，而且在出现不可信节点后，可以无规则地更换为新的节点编号，不容易被敌方预测出该群组成员的角色和功能，或了解到该成员的更多信息。

技术领域

本发明涉及抗量子计算领域，尤其涉及基于树结构和非对称密钥池的群组通信方法及系统。

背景技术

现有的群组通信认证体系大都是基于群组密钥的认证方式，但是对于绝密群组通信，例如军事斗争中的群组通信，虽然会形成群组，但是存在分等级通信、单线联系、不了解平级或上级群组成员(直接上级除外)等需求。可见，在当前的群组通信方法中，现有的群组通信认证体系不再适用。总之，现有技术存在以下问题：

1.现有技术中，普通的群组通信方法中，密钥量较少，难以满足抗量子计算的安全需求。在抗量子计算的群组通信方法中，通常使用密钥池保护，但对称密钥池由于容量较大，无法存储于高度安全的安全芯片中，存在被俘获后被拆解从而导致群组通信被破解的可能性；为保持安全性，一般选择进行密钥池的更新，其更新方法为一方生成密钥后给另一方发送过去，由于密钥池中的密钥量巨大，会导致密钥池更新需要大量时间，密钥通信量巨大，往往难以实现；

2.现有技术中，群组成员的真实身份是公开的，或者使用了匿名身份但匿名身份保持不变，容易被敌方通过真实身份或匿名身份预测出该群组成员的角色和功能，或将真实身份与现有数据联系起来从而了解到该成员的更多信息。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于树结构和非对称密钥池的群组通信方法及系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于树结构和非对称密钥池的群组通信系统，系统内的节点按照权限划分为多个层级，管理员为最高层，每个节点拥有安全芯片，具有抗拆解功能，敌方无法获取安全芯片内存储的内容。安全芯片内存有自己的身份信息，包含自己的相关父节点身份信息、所有子节点的身份信息及对应的节点编号，通信中身份信息不公开，仅公开节点编号；节点的安全芯片外的存储器中存储有本层基于树结构的非对称密钥池。

管理员节点具有颁发密钥卡的能力，拥有本群组所有成员的身份信息；管理员安全芯片中存储有最下级的芯片密钥、本层的芯片密钥和管理员公私钥；普通节点的安全芯片中存储有本层的芯片密钥和管理员公钥，同一层的芯片密钥相同。

一种基于树结构和非对称密钥池的群组通信方法，实施在上述的一种基于树结构和非对称密钥池的群组通信系统中，每个节点可在安全芯片中基于椭圆曲线算法计算得到其父节点的芯片密钥，还可以根据私钥池和芯片密钥结合其子节点的身份信息计算出子节点的私钥池和公钥池；通信过程包括如下步骤：

发送方使用会话密钥加密消息得到第一密文，使用会话密钥对消息、父节点身份信息、子节点身份信息计算得到第一消息验证码，将第一密文、第一消息认证码连同父节点和子节点的编号以及验证消息组成第二密文一起发生给接收方；

接收方收到第二密文后，使用会话密钥解密验证第一消息认证码，验证通过后使用会话密钥解密第一密文得到消息。

可选地，所述发送方为父节点时，接收方为子节点；所述发送方为子节点时，接收方为父节点；所述验证消息为时间戳。