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無可信第三方身份認(rèn)證協(xié)議的研究與改進(jìn)

作者:李志瑞 潘青慧 申慶超 時(shí)間:2016-08-29 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:本文對無可信第三方的身份認(rèn)證協(xié)議進(jìn)行了研究,著重對ISO/IEC 11770-2密鑰建立機(jī)制6進(jìn)行深入的安全性分析,發(fā)現(xiàn)其存在三個(gè)方面的缺陷,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。對改進(jìn)后協(xié)議的安全性分析表明,協(xié)議的安全性能得到較大的提高。

摘要:本文對協(xié)議進(jìn)行了研究,著重對ISO/IEC 11770-2密鑰建立機(jī)制6進(jìn)行深入的安全性分析,發(fā)現(xiàn)其存在三個(gè)方面的缺陷,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。對改進(jìn)后協(xié)議的安全性分析表明,協(xié)議的安全性能得到較大的提高。

本文引用地址:http://2s4d.com/article/201608/296183.htm

引言

  隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和普及,信息安全問題逐漸受到關(guān)注。是用戶在使用系統(tǒng)服務(wù)時(shí)或者會(huì)話雙方在信息交互前,彼此確認(rèn)對方身份是否真實(shí)、合法的唯一過程,是保障信息安全的第一道關(guān)卡[1]。

  協(xié)議,僅需在通信雙方之間交換消息便可進(jìn)行實(shí)體認(rèn)證,具有方便、簡潔等優(yōu)點(diǎn)[2],ISO/IEC 11770-2密鑰建立協(xié)議[3]便是其中的典型。ISO/IEC 11770-2密鑰建立協(xié)議共提出了12個(gè)密鑰建立機(jī)制,其中第7至12個(gè)機(jī)制是有第三方參與的,現(xiàn)有的一些分析與改進(jìn)大多是針對有第三方的密鑰建立的機(jī)制[4]。機(jī)制1至6則是參與的,這方面的研究相對較少,前期的相關(guān)研究[5]通過安全協(xié)議的形式分析驗(yàn)證ISO/IEC 11770-2密鑰建立機(jī)制6能夠達(dá)到預(yù)期的認(rèn)證目標(biāo),并提升了協(xié)議的不可否認(rèn)性。本文在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對協(xié)議的安全性進(jìn)行了全面的分析,發(fā)現(xiàn)其存在三個(gè)方面的缺陷,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。

1 ISO/IEC11770-2密鑰建立機(jī)制6協(xié)議簡介

  在ISO/IEC11770-2密鑰建立機(jī)制6協(xié)議中,有A、B兩個(gè)主體,長期共享密鑰Kab,用隨機(jī)數(shù)Na和Nb來保證消息的新鮮性。A、B分別提供密鑰材料Fab和Fba,通過密鑰派生函數(shù)f生成最終的會(huì)話密鑰K=f(Fab,F(xiàn)ba),具體過程如圖1所示。

  1、B向A發(fā)送隨機(jī)數(shù)Nb,請求通信;

  2、A收到請求后,用共享密鑰Kab將新隨機(jī)數(shù)Na、收到的隨機(jī)數(shù)Nb、身份標(biāo)識(shí)符B以及密鑰材料Fab等加密后發(fā)送給和B;

  3、B收到消息并解密,核實(shí)身份標(biāo)識(shí)符B,通過隨機(jī)數(shù)Na和Nb檢驗(yàn)消息的新鮮性,隨后使用共享密鑰Kab將隨機(jī)數(shù)Na、Nb和密鑰材料Fba加密后發(fā)送給A。

  經(jīng)過以上三個(gè)步驟,協(xié)議完成了A、B之間的相互身份確認(rèn),并且生成新的會(huì)話密鑰K=f(Fab,F(xiàn)ba),用以建立新的會(huì)話。

2 ISO/IEC11770-2密鑰建立機(jī)制6協(xié)議的缺陷分析及改進(jìn)方案

2.1 協(xié)議的缺陷分析

  缺陷1. 無法抵抗并行會(huì)話攻擊

  若攻擊者同時(shí)發(fā)起兩個(gè)會(huì)話,一個(gè)是冒充B對A發(fā)起,一個(gè)是冒充A對B發(fā)起,將A回應(yīng)的消息作為協(xié)議的第三條語句發(fā)送給B,或?qū)回應(yīng)的消息作為協(xié)議的第三條語句發(fā)送給A,均可使A、B認(rèn)為自己和對方完成了會(huì)話。這種攻擊分別使會(huì)話一方失效(并沒有參加),而另一方則認(rèn)為對方正常參加,協(xié)議達(dá)不到預(yù)期的認(rèn)證目標(biāo)。

  缺陷2. 無法抵抗重放攻擊

  協(xié)議中使用的隨機(jī)數(shù)沒有及時(shí)更新,如果攻擊者截獲協(xié)議的第二條語句,并直接回送給A,則A會(huì)誤以為已經(jīng)完成了會(huì)話,協(xié)議將無法達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

  缺陷3. 無法防止惡意否認(rèn)

  正如文獻(xiàn)[3]中所述,在ISO/IEC11770-2密鑰建立機(jī)制6協(xié)議中,會(huì)話雙方處于不完全對等的地位,A能夠確認(rèn)B收到密鑰信息,反之則不確定。如果A惡意否認(rèn),則B將無能為力。

2.2 協(xié)議的改進(jìn)方案

  針對上述缺點(diǎn),通過更新隨機(jī)數(shù)和添加協(xié)議語句等方式對原協(xié)議進(jìn)行改進(jìn),具體如圖2所示。

  1、B向A發(fā)送隨機(jī)數(shù)Nb,請求通信;

  2、A收到請求后,用共享密鑰Kab將新隨機(jī)數(shù)Na、收到的隨機(jī)數(shù)Nb、身份標(biāo)識(shí)符B以及密鑰材料Fab等加密后發(fā)送給和B;

  3、B收到消息并解密,核實(shí)身份標(biāo)識(shí)符B,通過隨機(jī)數(shù)Na和Nb檢驗(yàn)消息的新鮮性,生成新的隨機(jī)數(shù)N’b并用共享密鑰Kab將隨機(jī)數(shù)Na、N’b和密鑰材料Fba加密后發(fā)送給和A;

  4、A收到消息并解密,通過隨機(jī)數(shù)Nb和Na檢查消息的新鮮性,生成新的會(huì)話密鑰,并用此新密鑰加密更新后的隨機(jī)數(shù)Nb,發(fā)送給B。

  至此,協(xié)議雙方完成了身份認(rèn)證,且均可以確認(rèn)對方能夠生成新的會(huì)話密鑰,可以使用新的會(huì)話密鑰進(jìn)行后繼對話。

3 改進(jìn)后協(xié)議的安全性分析

  在對改進(jìn)后的協(xié)議進(jìn)行安全性分析時(shí),依據(jù)如下基本假設(shè)[6]:攻擊者都可以竊聽并操作公共信道上的信息;用戶所采用的密碼是可記憶的,其信息熵不高。本文從以下幾個(gè)方面對改進(jìn)方案進(jìn)行安全性分析:

  (1)抗重放攻擊

  在改進(jìn)后的協(xié)議中,B對隨機(jī)數(shù)進(jìn)行了更新,將原協(xié)議第三條語句中的Nb改為Nb,保證消息的新鮮性,使得攻擊者即使截獲了協(xié)議的第二條語句也無法進(jìn)行有效的攻擊。對隨機(jī)數(shù)的更新使改進(jìn)后的協(xié)議能夠抵抗重放攻擊。

  (2)抗假冒攻擊

  在協(xié)議的執(zhí)行過程中,重要信息均使用只有會(huì)話雙方知道的加密傳輸,攻擊者雖然能夠截獲密文,但沒有密鑰,無法解密,即無法獲得重要信息,比如密鑰材料Fab和Fba,也就無法獲得新的會(huì)話密鑰。協(xié)議通過使用對稱密碼體制的方式,能夠有效地抵抗假冒攻擊。

  (3)抗并行會(huì)話攻擊

  在改進(jìn)后的協(xié)議中,第三條語句中的隨機(jī)數(shù)已經(jīng)更新,即使攻擊者同時(shí)發(fā)起兩個(gè)會(huì)話,也無法將收到的回應(yīng)作為協(xié)議的第3條語句進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),因?yàn)楣粽邿o法對加密信息中的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行更新,無法進(jìn)行有效的并行會(huì)話攻擊。

  (4)防止惡意否認(rèn)

  改進(jìn)后的協(xié)議在最后增加了一條語句,A用生成的新的會(huì)話密鑰將更新后的隨機(jī)數(shù)Nb發(fā)送給B,使得B也可以確認(rèn)A已經(jīng)成功生成了新的會(huì)話密鑰。如果出現(xiàn)A惡意否認(rèn)的情況,則最后這條語句就是B的證據(jù)。這一改動(dòng)彌補(bǔ)了在原協(xié)議的執(zhí)行過程中,會(huì)話雙方地位不對等的缺陷,能夠有效地預(yù)防協(xié)議任何一方的惡意否認(rèn),協(xié)議的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。

4 結(jié)束語

  本文主要對無可信第三方的身份認(rèn)證協(xié)議進(jìn)行研究,著重研究了ISO/IEC11770-2密鑰建立機(jī)制6,發(fā)現(xiàn)其存在三個(gè)方面的缺陷,提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案,并對其進(jìn)行了安全性分析。分析結(jié)果表明,改進(jìn)后的協(xié)議安全性能得到較大的提高。

  無可信第三方的身份認(rèn)證協(xié)議通常計(jì)算量較小、簡潔易實(shí)現(xiàn),但往往需要會(huì)話雙方擁有長期共享的,使得其適用范圍受到較大的限制,難以大規(guī)模地應(yīng)用。且會(huì)話雙方長期共享的也需要定時(shí)更新,如何安全、高效地進(jìn)行對稱密鑰更新也是一個(gè)研究問題。如何讓無可信第三方身份認(rèn)證協(xié)議的應(yīng)用擺脫條件限制、適應(yīng)多種安全環(huán)境將成為今后的研究方向。

參考文獻(xiàn):

  [1]馮登國. 安全協(xié)議—理論與實(shí)踐[M]. 北京:清華大學(xué)出版社.2011.

  [2]衛(wèi)劍釩,陳鐘. 安全協(xié)議分析與設(shè)計(jì)[M]. 北京:人民郵電出版社,2010.

  [3]ISO. Information Technology-Security Techniques-Key Management-Part 2: Mechanisms Using Symmetric Techniques ISO/IE 1170-2, 1996. International Standard.

  [4]Cheng Z, Comley R. Attacks on An ISO/IEC 11770-2 Key Establishment Protocol. International Journal of Network Security, 2006, 3(2): 238-243.

  [5]丁潔,林志陽,沈荻帆.淺談無可信第三方的身份認(rèn)證協(xié)議[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016,57-58.

  [6]Wang D, Ma C G, Gu D L, et al. Cryptanalysis of two dynamic ID-Based remote user authentication schemes for multi-server architecture [J]. Lecture Notes in Computer Science, 2012:462-475.

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第8期第30頁,歡迎您寫論文時(shí)引用,并注明出處。



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