[发明专利]一种智能电网的轻量级身份认证方法

权利要求书

1.一种智能电网的轻量级身份认证方法，其特征在于，包括以下步骤：

Ⅰ、电力供应商初始化参数；

Ⅱ、辅助验证器、网关和智能电表注册；

Ⅲ、网关和智能电表相互认证；

所述步骤Ⅰ电力供应商初始化参数，包括以下步骤：

电力供应商生成大素数p，q，基于有限域F_p选择一条椭圆曲线E，并选择点P为椭圆曲线E上阶为q的基点；

电力供应商选择一个随机数作为电力供应商的私钥，计算pk_PS＝sk_PS·P作为电力供应商的公钥；

电力供应商选取四个单向哈希散列函数H₁(·),H₂(·),H₃(·),H₄(·)；

电力供应商定义一种对称加密算法Enc_(k)，使得Dec_(k)(Enc_(k)(message))＝message，其中Dec_(k)是对称解密，k是密钥，message为需要被加密的参数，使用密钥k对message进行加/解密；

电力供应商在与辅助验证器、网关和智能电表的通信通道中公布参数{p,q,E,P,pk_PS,H₁(.),H₂(.),H₃(.),H₄(.),Enc_(k)}；

所述步骤Ⅱ辅助验证器、网关和智能电表注册，包括以下步骤：

辅助验证器首先选取自己的身份标识符ID_AV并发送给电力供应商；

电力供应商选择随机数返回给辅助验证器；

辅助验证器选择随机数计算R_AV＝(sk_GW||r_AV)并将{r_AV,R_AV}发送给电力供应商完成注册；

网关选择自己的身份标识符ID_GW发送给电力供应商；

电力供应商计算R_GW＝H₁(sk_GW||ID_GW)·P，选择随机数计算生成网关签名选择随机数计算B₁＝H₁(ID_AV||sk_PS)，B₃＝H₁(B₁||r_PS)，为第i个智能电表SM_i选定身份标识符ID_SMi，将参数{sk_GW,s_GW,B₂,B₃,B₄,B₅,ID_SMi}发送给网关；

网关将sk_GW作为私钥，计算pk_GW＝sk_GW·P作为公钥，存储参数{B₂,B₃,B₄,B₅,ID_SMi,sk_GW,r_GW,pk_GW}完成注册；

网关选择随机数利用私钥sk_GW对称加密SM_i的真实身份标识符，生成SM_i的伪身份将PID_SMi发送给电力供应商；

电力供应商生成SM_i的签名s_SMi＝H₁(ID_SMi||s_GW)sk_PS，随后将参数{s_SMi,ID_SMi,PID_SMi,pk_PS,ID_GW}发送给SM_i；

SM_i选择随机数计算sk_SMi＝r_SMis_SMi，pk_SMi＝r_SMi·pk_PS分别作为私钥和公钥，最后存储参数{ID_SMi,ID_GW,sk_SMi,pk_SMi,PID_SMi}完成注册；

所述步骤Ⅲ网关和智能电表相互认证，包括以下步骤：

辅助验证器将身份标识符ID_AV发送给网关；

网关计算R_AV＝(sk_GW||r_AV)，计算H₁(B₁||r_PS)是否等于B₃，如果相等，则辅助验证器身份验证成功；

网关选择一个随机数计算Q_GW＝q_GW·pk_GW，将消息MSG₁＝{Q_GW}发送给SM_i；

SM_i选择一个随机数计算Q_SMi＝q_SMi·pk_SMi，k_GS＝sk_SMiq_SMi·Q_GW，生成智能电表的认证令牌V_SMi＝H₂(k_GS)，将消息MSG₂＝{PID_SMi,Q_SMi,V_SMi}发送给网关；

网关利用私钥sk_GW对SM_i的伪身份PID_SMi进行对称解密，即得到SM_i的真实身份标识符ID_SMi，计算k'_GS＝Q_SMi·q_GWsk_GWH₁(ID_SMi||s_GW)，计算H₂(k'_GS)是否等于智能电表的认证令牌V_SMi，如果相等，则SM_i身份验证成功，生成会话密钥SK_GS＝H₃(ID_SMi||ID_GW||Q_SMi||Q_GW||k'_GS)；

网关选择一个随机数利用私钥sk_GW为SM_i生成一个新的伪身份计算生成网关的认证令牌将消息MSG₃＝{XP,V_GW}发送给SM_i；

SM_i生成会话密钥SK_SG＝H₃(ID_SMi||ID_GW||Q_SMi||Q_GW||k_GS)，计算计算是否等于网关的认证令牌V_GW，如果相等，则网关身份验证成功；

网关和SM_i存储相同的会话密钥SK_GS＝SK_SG用于它们之间的进一步通信。