[发明专利]一种基于隐式证书的轻量级认证密钥协商方法

摘要

本发明涉及一种基于隐式证书的轻量级认证密钥协商方法，属于身份认证技术领域，该方法用于OPC UA服务器与OPC UA客户端之间安全通道的建立和会话密钥的生成。在该认证密钥协商过程中涉及三个实体：可信的证书颁发机构CA、OPC UA客户端A、OPC UA服务器B。OPC UA服务器B和OPC UA客户端A在CA完成身份注册后以获取各自的隐式证书。然后，OPC UA服务器B和OPC UA客户端A采用轻量级的算法完成实体间双向认证和密钥协商。本发明针对现有OPC UA安全机制不适用于资源受限的通信环境问题，提出了一种基于隐式证书的轻量级认证密钥协商方法。它可以高效、安全地适用于具有大量资源受限的嵌入式OPC UA设备的工业网络。

主权项

1.一种基于隐式证书的轻量级认证密钥协商方法，其特征在于：该方法主要包括三个部分：条件初始化配置阶段、注册阶段、认证和密钥协商阶段；在该认证密钥协商过程中涉及三个实体：可信的证书颁发机构(CA，Certificate Authority)、OPC统一架构——OPC UA(OPC Unified Architecture)客户端A、OPC UA服务器B；所述注册阶段利用不带密钥的散列函数将注册使用的参数与身份ID信息进行绑定，并生成消息完整性码MIC，保证注册阶段交互信息的完整性和可用性；所述认证和密钥协商阶段具体过程如下：1)首先OPC UA客户端A需要发送服务请求GetEndpoints至OPC UA服务器B，以获取OPC UA服务器B中用于建立安全通道和会话的安全配置信息；2)当OPC UA服务器B收到服务请求GetEndpoints后，通过服务响应EndpointDescription把安全配置信息发送至OPC UA客户端A；其中，这些安全配置信息主要包括OPC UA服务器B的隐式证书、信息安全模型和安全策略等；3)OPC UA客户端A收到服务响应EndpointDescription后，产生一个随机数R₁，并计算客户端临时公钥L，L＝R₁G，其中G为椭圆曲线基点；然后利用带密钥的散列函数生成L的消息鉴别码MAC(L,Q)，其中Q为OPC UA客户端A的公钥；然后把信息L||MAC(L,Q)发送到OPC UA服务器B；其中，||表示字符串连接符；4)OPC UA服务器B收到信息L||MAC(L,Q)后，首先根据服务请求GetEndpoints获取的OPC UA客户端A隐式证书Cert_A重构出客户端公钥Q＝eD+K_CA，其中，K_CA为CA的公钥，D为隐式证书因子，e为隐式证书Cert_A的哈希摘要值，e＝H(Cert_A)；然后利用相同的方式计算L的消息鉴别码MAC(L,Q)₁，将MAC(L,Q)和MAC(L,Q)₁作比较，如果两者不相同，则终止通信；反之，OPC UA服务器B产生随机数R₂，并利用带密钥的散列函数生成R₂的消息鉴别码MAC(R₂,M)，其中，M为OPC UA服务器B的公钥，把R₂||MAC(R₂,M)发送到OPC UA客户端A；5)OPC UA客户端A收到R₂||MAC(R₂,M)后，首先根据服务响应EndpointDescription获取的OPC UA服务器B隐式证书Cert_B重构出服务器公钥M＝e₁D₁+K_CA，其中，D₁为服务器B隐式证书因子，e₁为隐式证书Cert_B的哈希摘要值，e₁＝H(Cert_B)；然后利用相同的方式计算R₂的消息鉴别码MAC(R₂,M)₁，将MAC(R₂,M)₁和MAC(R₂,M)作比较，如果两者不相同，则终止通信；反之，计算V＝R₁+R₂q，其中，q为OPC UA客户端A的私钥；随后产生一个新的随机数R₄，并利用带密钥的散列函数生成消息鉴别码MAC(V,R₄,Q)，把V||R₄||MAC(V,R₄,Q)发送到OPC UA服务器B；6)OPC UA服务器B收到V||R₄||MAC(V,R₄,Q)后，首先利用相同的方式计算消息鉴别码MAC(V,R₄,Q)₁，将MAC(V,R₄,Q)和MAC(V,R₄,Q)₁作比较，如果两者不相同，则终止通信；反之，计算VG和R₂Q+L，并判断两者是否相等；如果不相等，则OPC UA服务器B对OPC UA客户端A的身份认证不通过，直接终止通信；反之，OPC UA服务器B产生一个新的随机数R₃，并计算服务器临时公钥L₁，L₁＝R₃G和V₁＝R₃+R₄m，其中，m为OPC UA服务器B的私钥，并利用带密钥的散列函数生成消息鉴别码MAC(V₁,L₁,M)，把V₁||L₁||MAC(V₁,L₁,M)发送到OPC UA客户端A；7)OPC UA客户端A收到V₁||L₁||MAC(V₁,L₁,M)后，首先利用相同的方式计算消息鉴别码MAC(V₁,L₁,M)₁，将MAC(V₁,L₁,M)和MAC(V₁,L₁,M)₁作比较，如果两者不相同，则终止通信；反之，OPC UA客户端A计算V₁G和R₄M+L₁，并判断两者是否相等，如果不相等，则OPC UA客户端A对OPC UA服务器B的身份认证不通过，直接终止通信；反之，OPC UA客户端A和服务器B完成了双向的身份认证，这保证了通信双方身份的合法性。