户端和服务器双向认证，则它们之间的安全通道就得W构 成，222。在认证过程中使用的新鲜值W及密钥在不同的会话中会改变。可使用计时器刷新 会话。本发明设及的系统包括附加在计时器（计数器）上的伪随机数生成器（PRNG)，在每 次会话期间提供唯一的密钥^及唯一的128位的新鲜值。因此，由于32| (PRN)的随机性^ 及(定时器）单调增加的特性，因此新鲜值为非重复性的。伪随机的方式生成，并 且其对的包含确保避免了重发攻击：
[0064] (Pr化|t=T=Rj|t=T'）=U<G'，G' - 0.
[0065] 该攻击的冲突概率约为2^6。
[0066] 新鲜值中可预测的非重复性由16位的呵管理，而不可预测部分由管理。
[0067] 再参考附图，图3所示为服务器和客户端之间握手期间的步骤。它描述了轻型双 向认证及密钥管理算法，其中表示客户端，而g表示服务器。在认证过程开始之前，在供 给阶段，2>1巧g之间线下共享密码丫i= {0,1} 128。然后认证过程W启动会话开始，其中客 户端发送'肥化〇'，#D|给服务器g，300。在该里，为唯一的客户端设备ID。一旦会 话启动，服务器g通过向客户端发送询问码^{化（於?Ki 应答，302,其中， ki，noncei= (0，1}-128和消息的大小为256位。客户端解密该询问码，并通过发送另一包 括noncei和额外nonce2的询问码应答服务器。(riotie臣i?扔|巧〇巧《?2)}，304， 为客户端应答及询问。在服务器端，服务器核验noncei并通过发送通过ki加密为AES{:丫 1，(nonces|ki)}的nonces应答客户端，306。一旦客户端和服务器验证所述新鲜值，并且完成 认证，客户端发送数据Pi到服务器，作为AES{k1，（Pi)}，308。
[0068] 再参考附图，图4和图5表示在本发明的系统嵌入到已存在的应用层协议之后的 修改的CoAP消息格式，400,分别作为提出的一般方案的示例应用W及传感器设备（客户 端）和服务器之间的示例性握手认证。
[0069] 典型的CoAP交互模式类似于HTTP客户端/服务器模式并且为REST化1。但与 HTTP不同的是，CoAP通过基于数据报的传输，如UDP，异步地进行交换。通常，CoAP包括四 种类型的消息；可确认、不可确认、确认及复位。该些消息根据方式或者响应码携带请求或 应答。
[0070] 本发明公开的认证方案可被整合为嵌入CoAP的REST化1有效负载。从图5中可 W观察到，具有可确认（CON)数据传输模式的POST方法可用于实现传感器设备（客户端） 和服务器之间的双向认证。在CoAP报头引入新的字段"AUTH"，从而实现安全（认证）模 式，400。该字段采用表示关键选择类的未使用选项。另一名为"AUTH_MSG_TYPE"的选项连 同"AUTH"也被引入，指示用于创建认证会话的不同消息。
[0071] CoAP报头的该选择字段携带CoAP消息的选择性请求/应答特征。本发明定义的 字段如下：
[007引 oAUTH;表示认证/禁用认证模式的启动。该字段的值可W为是或否。
[007引 oAUTH_MSG_TYPE;此字段可W是"0"或"1"，其中 0 =auth_initW及 1 = "response_against_challenge"。
[0074] 当设置"AUTH=是"，可使用报头中的常量"Token"值维持认证会话，在认证阶段 用于相关的消息交换。
[0075] 参考图4和图5,执行下列步骤W将CoAP嵌入认证：
[0076] 0开始，传感器网关发送CON模式的POST消息到服务器认证URI，其中AUTH选项 字段为真，AUTH_MSG_TYPE值为"auth_init"，即"0"，还发送有效负载600中的"设备标识 符"。
[0077] 0服务器从有效负载中获得设备标识符，并且在接收到选项"AUTH"及AUTH_MSG_ TYPE的"auth_init"值之后，确定与该设备标识符相关的预共享密码。然后，它产生随机数 (nonce_l)和密钥化)。服务器利用共享密钥生成加密的有效负载。
[007引 0服务器用应答码答复客户端，表示已经创建新的资源。答复中的URI指出了针 对认证的整个握手的临时会话ID。如果为无效的设备标识符，则服务器发送应答码"未认 证"。该加密的有效负载附带地或者单独地发送到客户端，602。
[0079]0客户端解密来自服务器的应答并获得nonce_l及"K"。它产生随机数（nonce_2)， 然后使用密钥"K"生成加密的有效负载。它使用具有选项字段"AUTH"的POST消息发送有 效负载，并且AUTH_MSG_TYPE的值为 <response_against_challenge'，并且与上一个POST 消息具有相同的标记值，604。
[0080] 0维持一个密钥刷新定时器W刷新会话。（在CoAP的情况下，该个值一定要大于 MAX_RETRANSMIT_COUNT*MAX_RETRANSMISSION_TIMEOU。
[00川 o服务器使用"K"解密在头部具有上述选项值的上述POST的有效负载，并查看接 收到的随机数。如果随机数与之前的值（步骤2中产生的值）相同，则服务器发送具有应 答码"已改变"的应答，表示认证资源改变，否则发送"未认证"，606。
[0082] 图5中使用的符号如下所述；
[0083] 1])。;传感器网关5。及服务器S之间的共享密码
[0084] K"| T;传感器网关5。与服务器在T th会话中的密钥交换 [00化]<S。〉；Sn的唯一的传感器设备/网关ID。
[0086] AES(.)K;使用密钥K在明文中的AES操作
[0087] nonce货nonce, =服务器初始化的随机数
[008引 nonceg^ =传感器网关/客户端初始化的随机数
[0089] ?。;传感器网关5。的传感器数据
[0090] 在认证阶段结束并且安全通道创建完成之后，客户端可选择性地W完全开环的模 式通信，同时更新服务器中的一些资源，从而使得客户端表现出对服务器应答的不关屯、。 [oow] 在本发明的系统的一个实施例中，CoAP用于NON(非可靠）模式，并且引入选项字 段（例如无应答），表示服务器不需要应答资源运行的状态。因此，网络的负载会降低。该 '无应答'字段值为"0"或"1"，0表示服务器需要应答该状态，1表示服务器不需要应答该 状态。
[0092] 再参考附图，图6表示将本发明的系统作为附加认证层与DTLS，如安全层500融 厶 口 〇
[0093] 再参考附图，图7表示使用预共享密钥模式（PSK)的安全会话启动的DTLS握手的 时序图，而图8表示将本发明的方法整合到DTLS框架中，结果在创建安全连接之前，带来具 有预共享密码及衍生密钥的修改的DTLS握手。每一个握手消息被预共享密码或者衍生的 密钥K加密。图7中带有的元素表示依赖情境的消息。图8描述了消息交换与图3表 示的服务器和客户端握手期间设及的步骤之间的映射。参考图7和图8,可W得出本发明的 系统可W将握手的次数从6次减少到4次。
[0094] W下为本发明带来的有益技术效果：
[0095] 根据如上所描述根据本发明的，计算机实施的在数据报传输中用于轻型认证的系 统和方法具有多个有益技术效果，包括但不仅限于其实现了 ：
[0096] ?一种系统需求减少的系统，原因在于其基于嵌有有效负载的对称密钥的认证W 及由会话密钥刷新定时器管理的集成密钥；
[0097] ?一种用于保护资源受限传感器设备的理想系统；
[009引 ?一种可集成有传输层安全机制的系统，如集成DTLS，从而加强已有的DTLS方 案，同时通过减少交换的数量，使其变得更轻型；
[0099] ?一种可W将应用协议作为嵌入有效负载的认证方案的系统；
[0100] ?一种可W与如CoAP的受限设备应用层整合的系统；
[010U ?-种通过引入新的具有应用层协议的报头选项允许CoAP开环通信的系统，从 而在实现认证后优化资源使用率；W及
[0102] ?一种可普遍满足一般网络/通信系统的认证需求的系统。
[0103] 上文对特定实施例地描述全面的披露了本发明实施例的一般特性，通过运用现有 知识，可W很容易地在不背离本发明一般思想的情况下，对该实施例进行修改并且/或者 适用该特定实施例的多个应用，因此，该些适用及修改应该并且意在落入本发明实例的等 同保护范围之内。应该理解，本文采用的用词和术语都是为了描述目的，不做限制用途。因 此，虽然本文W优选实施例的形式描述了实施例，但是本领域技术人员可W理解，本文中的 实施例可在文中描述的实施例的思想和范围内做出修改。
【主权项】
1. 一种计算机实施的服务器与客户端之间数据报传输双向认证系统，所述系统包括系 统处理器，并包括： i.