[发明专利]一种物联网设备与雾节点认证系统和方法

权利要求书

1.一种物联网设备与雾节点认证方法，其特征在于，所述物联网设备与雾节点认证方法包括：

步骤一，注册中心为每一个物联网设备选择一个唯一的身份，一个动态身份，和一个随机数作为挑战，通过安全信道传给物联网设备；

物联网设备接收到传递的信息后，进行响应，并将响应通过安全信道传输给注册中心；注册中心接收到物联网设备的响应信息进行计算，并通过安全信道传送给物联网设备所对应的雾节点存储；

步骤二，进行物联网设备和雾节点之间的安全认证，包括：物联网设备产生一个临时交互号、当前时间戳和认证消息，一起传送给雾节点；

雾节点根据接收到消息的时间戳验证消息是否延迟，利用认证消息进行相互认证；

所述步骤二具体包括：

（1）物联网设备产生一个临时交互号r₁和当前时间戳T₁，将r₁、DID_w和T₁一起传送给雾节点；

（2）雾节点根据接收到消息的当前时间戳T₂，判断|T₂-T₁|是否小于物联网设备和雾节点之间传输的最大允许的传送时间∆T，如果不满足，认证过程终止，如果条件成立，雾节点根据DID_w，查找C_w和h(C_w||R_w)，同时雾节点产生一个临时交互号r₂、当前时间戳T₂，一个随机数C_w^new作为新的挑战，一个物联网设备新的动态身份DID_w^new；计算M₁= r₂⊕h(DID_w|| h(C_w||R_w)|| r₁||T₂)，M₂=C_w^new⊕h(h(C_w||R_w)|| r₂||T₂)，M₃=DID_w^new⊕h(h(C_w||R_w)|| r₁|| r₂||T₂)，计算认证因子Auth₁= h(h(C_w||R_w)|| C_w^new || DID_w^new || r₂||T₂)；将M₁、M₂、M₃、C_w、Auth₁和T₂一起传送给物联网设备；

（3）物联网设备接收到雾节点传送的消息后，根据接收到消息的当前时间戳T₃，判断|T₃-T₂|是否小于最大允许的传送时间∆T，如果不满足，认证过程终止，如果满足，物联网设备根据C_w，利用嵌入PUF的计算R_w=PUF(C_w)，利用哈希函数计算h(C_w||R_w)；计算r₂=M₁⊕h(DID_w||h(C_w||R_w)||r₁||T₂)，C_w^new=M₂⊕h(h(C_w||R_w)||r₂||T₂)，DID_w^new=M₃⊕h(h(C_w||R_w)||r₁||r₂||T₂)；根据所述雾节点传输的消息，物联网设备计算Auth₁=h(h(C_w||R_w)||C_w^new||DID_w^new||r₂||T₂)，并判断计算的Auth₁与接收到的Auth₁是否一样，如果相同，则表示物联网设备认证雾节点；

物联网设备根据新的挑战C_w^new，计算新的响应R_w^new=PUF(C_w^new)，产生一个临时交互号r₃和当前时间戳T₄，计算M₄=r₃⊕h(C_w^new||h(C_w||R_w)||r₂||T₄)，M₅=R_w^new⊕h(h(C_w||R_w)||r₃)，计算认证因子Auth₂=h(h(C_w||R_w)||R_w^new|| DID_w^new||r₃||T₄)，计算会话密钥SK=h(h(C_w||R_w)||R_w^new||DID_w||DID_w^new||r₂|| r₃||T₄)；物联网设备将M₄、M₅、Auth₂和T₄一起传送给雾节点，并存储新的临时身份DID_w^new；

（4）雾节点接收到物联网设备传送的消息后，根据接收到消息的当前时间戳T₅，判断|T₅-T₄|是否小于最大允许的传送时间∆T，如果不满足，认证过程终止，如果满足，雾节点计算r₃=M₄⊕h(C_w^new||h(C_w||R_w)||r₂||T₄)，R_w^new=M₅⊕h(h(C_w||R_w)||r₃)，h(C_w^new||R_w^new)，计算认证因子Auth₂=h(h(C_w||R_w)||R_w^new||DID_w^new||r₃||T₄)，判断计算的认证因子Auth₂与接收到的认证因子是否相同，如果不相同，认证终止，如果相同，表示雾节点认证了物联网设备；雾节点计算会话密钥SK=h(h(C_w||R_w)||R_w^new||DID_w||DID_w^new||r₂||r₃||T₄)，用于与物联网设备之间安全通信，同时存储前后两次的消息{DID_w，C_w，h(C_w||R_w)}与{ DID_w^new，C_w^new，h(C_w^new||R_w^new)}。