PKI域内的用户访问IBC域内的资源的认证密钥协商方法与流程

本发明属于信息通信中跨异构域认证与密钥协商技术领域。

背景技术：

分布式的网络环境的各种应用，例如虚拟企业，即时通信系统等等，用户与其想要访问的信息资源往往都处于不同的信任域中。而不同的信任域可能会基于不同的密码体制，例如基于Kerberos的密码体制，基于PKI(公钥基础设施)的密码体制以及基于IBC(基于身份的密码技术)的密码体制等等。同构域之间的认证密钥协商方法已经有较多的研究，并且已形成标准并被广泛应用。用于PKI以及Kerberos两个域之间的认证密钥协商方法也有较多的研究。但PKI域的用户访问IBC域的资源时的认证密钥协商方法，却很少有人研究。而在分布式网络下的诸如虚拟企业，敏捷制造等应用场景下，PKI域的用户访问IBC域的资源的应用需求很多。

现有的PKI域的用户访问IBC域的资源时的认证密钥协商文献只有：

文献1“异构域的跨域授权”(孟欣,胡亮,初剑峰,等.异构信任域的跨域授权[J].吉林大学学报理学版,2010,48(1):89-93.)依托于PKI同构域之间的互信互联体系，采用身份映射，跨域授权两部分内容实现跨IBC与PKI域之间的可信互联。但是该文献中大量多次使用到证书，证书在传递，存储过程中都会消耗大量的资源，与人们当初设计IBC密码体制的初衷不符；采用身份映射的方式很不直接，在现实的应用中可行性不高。并且该文献只是用身份映射，信任传递的方式来实现认证的思想，没有具体的方案流程，只能算作是一种新的跨域授权的思想而不是一个可以直接实现的方案。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种PKI域内的用户访问IBC域内的资源的认证密钥协商方法，该方法能有效实现PKI域内的用户访问IBC域内的资源的认证密钥协商，其消耗资源少，安全性高。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种PKI域内的用户访问IBC域内的资源的认证密钥协商方法，其操作步骤是：

A、申请访问

PKI域的用户U向PKI域的认证服务器CA发出访问IBC域的资源S的请求，PKI域认证服务器CA对PKI域的用户U的身份合法性进行认证；若认证未通过，则跳转至步骤E；否则，向IBC域认证服务器TA转发PKI域的用户U的访问请求；

B、生成用户索引并发送

IBC域认证服务器TA对PKI域认证服务器CA进行身份认证，若认证未通过，则跳转至步骤E；否则，IBC域认证服务器TA生成PKI域的用户U访问IBC域内资源S的会话密钥K的认证服务器部分k₁，并生成会话密钥K的认证服务器部分k₁对应的用户索引Na；且该用户索引Na为随机产生并与已有用户索引不相同；

IBC域认证服务器TA利用自身私钥SK_TA对IBC域认证服务器TA的身份标识ID_TA、用户索引Na及会话密钥K的认证服务器部分k₁，进行签名得到已签名消息M_sign，再利用PKI域的用户U的公钥PK_U对已签名消息M_sign进行加密，得到用户接收消息M_A2TA->U，并将用户接收消息M_A2TA->U发送给PKI域的用户U；

同时，IBC域认证服务器TA利用IBC域内资源S的公钥Q_S对已签名消息M_sign进行加密，得到资源接收信息M_A2TA->S，并将资源接收信息M_A2TA->S发送给IBC域内的资源S；

C、双向身份认证以及协商会话密钥

C1、PKI域的用户U利用自身私钥SK_U对IBC域认证服务器TA发来的用户接收消息M_A2TA->U进行解密，得到IBC域认证服务器TA的身份标识ID_TA、用户索引Na及会话密钥K的认证服务器部分k₁；再利用IBC域认证服务器TA的身份标识ID_TA，计算出IBC域认证服务器TA的公钥Q_TA，并用IBC域认证服务器TA的公钥Q_TA来验证签名的有效性，若验证未通过，则跳转至步骤E；否则，PKI域的用户U生成会话密钥K的用户部分k₂，并将会话密钥K的用户部分k₂首位处进行填充，使其与会话密钥K的认证服务器部分k₁的位数相同，然后对会话密钥K的认证服务器部分k₁和填充后的用户部分k₂进行异或处理得到完整的会话密钥K；

C2、IBC域内的资源S用自身私钥S_S对B步骤中IBC域内认证服务器TA发送来的资源接收消息M_A2TA->S进行解密，得到解密会话密钥K’的认证服务器部分K₁＇以及对应的资源端用户索引Na'；

C3、PKI域的用户U再利用IBC域内的资源S的身份标识ID_S，计算出IBC域内的资源S的公钥Q_S，对会话密钥K的用户部分K₂和用户索引Na进行加密，得到用户密文S-k₂；同时,利用会话密钥K对IBC域内的资源S的身份标识ID_S进行加密，得到身份标识密文S-ID；再将用户密文S-k₂和身份标识密文S-ID一起发送给IBC域内的资源S；

C4、IBC域内的资源S对收到的用户密文S-k₂进行解密，得到资源端会话密钥K＇＇的用户部分K₂＇＇以及用户端用户索引Na＇＇；再搜索出与用户端用户索引Na＇＇对应的检出解密会话密钥K＇＇＇的认证服务器部分K₁＇＇＇；再将资源端会话密钥K＇＇的用户部分K₂＇＇首位处进行填充，使其与检出解密会话密钥K＇＇＇的认证服务器部分K₁＇＇＇的位数相同，然后对检出解密会话密钥K＇＇＇的认证服务器部分K₁＇＇＇和填充后的用户部分K₂＇＇进行异或处理得到完整的资源端会话密钥K＇＇；再用资源端会话密钥K＇＇解密收到的身份标识密文S-ID，得到IBC域内资源S的提取身份标识ID_S'，将提取身份标识ID_S'和IBC域的资源S的身份标识ID_S进行验证，若二者不一致，则跳转至步骤E；否则，IBC域内的资源S用资源端会话密钥K＇＇对其身份标识ID_S进行加密，得到IBC域内的资源S的资源端身份标识密文M_A3S->U，并将其发送给PKI域的用户U；

C5、PKI域的用户U用会话密钥K对收到的资源端身份标识密文M_A3S->U进行解密，得到IBC域内的资源S的用户端身份标识ID_S”，并验证IBC域内的资源S的用户端身份标识ID_S”的有效性，若验证未通过，则跳转至步骤E；否则PKI域的用户U与IBC域的资源S的认证密钥协商完成，PKI域的用户U利用会话密钥K对IBC域的资源S进行安全访问；

D、重认证

当会话密钥K的认证服务器部分k₁超出其生命周期时，IBC域认证服务器TA销毁B步骤中生成的与会话密钥K的认证服务器部分k₁对应的用户索引Na；IBC域内的资源S销毁C2步骤中得到的与会话密钥K的认证服务器部分K₁对应的用户索引Na；若PKI域的用户U不再访问IBC域的资源S，则跳转至步骤E；若PKI域的用户U仍需访问IBC域的资源S，则跳转至步骤A；

当会话密钥K的用户部分k₂超出其生命周期，但会话密钥K的认证服务器部分k₁仍在其生命周期中，若PKI域的用户U不再访问IBC域的资源S时，则跳转至步骤E；若PKI域的用户U仍需访问IBC域的资源S，则跳转至步骤A或者进行快速重认证；

E、中止会话。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明给出了PKI域内的用户访问IBC域内的资源时的跨异构域认证密钥协商方法，使得PKI域内的用户能够安全的访问IBC域内的资源。

二、会话密钥是由会话密钥的认证服务器部分和用户部分进行异或处理得到，较之单纯由认证服务器生成的会话密钥而言，其安全性得到大幅提高，并且增加的资源消耗少。

三、IBC域内的资源基于用户索引的方法来认证PKI域内的用户的合法身份，由于用户索引随机产生、密文传输；因此能保证访问的安全性。较之传统的基于访问授权票据的认证方法，用户索引的信息量少，又能有效地减少通信量。

四、当会话密钥的认证服务器部分超出其生命周期时，其对应的用户索引随即销毁；减少了对存储资源的消耗；同时，使新的用户索引生成更快捷，使用用户索引进行检索时更迅速高效。

进一步，本发明的B步骤中的会话密钥K的认证服务器部分K₁的位数为128位；所述的C1步骤中，IBC域的用户U生成会话密钥K的用户部分K₂的长度为80位。

这样，采用80位的用户部分进行填充与128位的认证服务器部分进行异或得到会话密钥，较之仅由128位的认证服务器部分得到的会话密钥，密钥的生命周期较短，会话密钥的安全得到保证，同时，增加的通信量很少。

进一步，本发明的D步骤中的快速重认证的具体做法是：

PKI域内的用户U生成重认证会话密钥K_R的用户部分K_R2，并将重认证会话密钥K_R的用户部分K_R2首位处进行填充，使其与重认证会话密钥K_R的认证服务器部分k₁的位数相同，然后对重认证会话密钥K_R的认证服务器部分k₁和填充后的用户部分K_R2进行异或处理得到完整的重认证会话密钥K_R；转至C3步骤。

这样，当会话密钥的用户部分超出其生命周期，但会话密钥的认证服务器部分仍在其生命周期中时；若PKI域的用户仍需访问IBC域的资源，可进行快速重认证，而无需重新进行申请访问和访问授权票据生成和分发的操作，在保证访问安全的前提下，大大减少了方法的交互次数，通信量和计算量。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

实施例

一种PKI域内的用户访问IBC域内的资源的认证密钥协商方法，其操作步骤是：

A、申请访问

PKI域的用户U向PKI域的认证服务器CA发出访问IBC域的资源S的请求，PKI域认证服务器CA对PKI域的用户U的身份合法性进行认证；若认证未通过，则跳转至步骤E；否则，向IBC域认证服务器TA转发PKI域的用户U的访问请求；

B、生成用户索引并发送

IBC域认证服务器TA对PKI域认证服务器CA进行身份认证，若认证未通过，则跳转至步骤E；否则，IBC域认证服务器TA生成PKI域的用户U访问IBC域内资源S的会话密钥K的认证服务器部分k₁，并生成会话密钥K的认证服务器部分k₁对应的用户索引Na；且该用户索引Na为随机产生并与已有用户索引不相同；

IBC域认证服务器TA利用自身私钥SK_TA对IBC域认证服务器TA的身份标识ID_TA、用户索引Na及会话密钥K的认证服务器部分k₁，进行签名得到已签名消息M_sign，再利用PKI域的用户U的公钥PK_U对已签名消息M_sign进行加密，得到用户接收消息M_A2TA->U，并将用户接收消息M_A2TA->U发送给PKI域的用户U；

同时，IBC域认证服务器TA利用IBC域内资源S的公钥Q_S对已签名消息M_sign进行加密，得到资源接收信息M_A2TA->S，并将资源接收信息M_A2TA->S发送给IBC域内的资源S；

C、双向身份认证以及协商会话密钥

C1、PKI域的用户U利用自身私钥SK_U对IBC域认证服务器TA发来的用户接收消息M_A2TA->U进行解密，得到IBC域认证服务器TA的身份标识ID_TA、用户索引Na及会话密钥K的认证服务器部分k₁；再利用IBC域认证服务器TA的身份标识ID_TA，计算出IBC域认证服务器TA的公钥Q_TA，并用IBC域认证服务器TA的公钥Q_TA来验证签名的有效性，若验证未通过，则跳转至步骤E；否则，PKI域的用户U生成会话密钥K的用户部分k₂，并将会话密钥K的用户部分k₂首位处进行填充，使其与会话密钥K的认证服务器部分k₁的位数相同，然后对会话密钥K的认证服务器部分k₁和填充后的用户部分k₂进行异或处理得到完整的会话密钥K；

C2、IBC域内的资源S用自身私钥S_S对B步骤中IBC域内认证服务器TA发送来的资源接收消息M_A2TA->S进行解密，得到解密会话密钥K’的认证服务器部分K₁＇以及对应的资源端用户索引Na'；

C3、PKI域的用户U再利用IBC域内的资源S的身份标识ID_S，计算出IBC域内的资源S的公钥Q_S，对会话密钥K的用户部分K₂和用户索引Na进行加密，得到用户密文S-k₂；同时,利用会话密钥K对IBC域内的资源S的身份标识ID_S进行加密，得到身份标识密文S-ID；再将用户密文S-k₂和身份标识密文S-ID一起发送给IBC域内的资源S；

C4、IBC域内的资源S对收到的用户密文S-k₂进行解密，得到资源端会话密钥K＇＇的用户部分K₂＇＇以及用户端用户索引Na＇＇；再搜索出与用户端用户索引Na＇＇对应的检出解密会话密钥K＇＇＇的认证服务器部分K₁＇＇＇；再将资源端会话密钥K＇＇的用户部分K₂＇＇首位处进行填充，使其与检出解密会话密钥K＇＇＇的认证服务器部分K₁＇＇＇的位数相同，然后对检出解密会话密钥K＇＇＇的认证服务器部分K₁＇＇＇和填充后的用户部分K₂＇＇进行异或处理得到完整的资源端会话密钥K＇＇；再用资源端会话密钥K＇＇解密收到的身份标识密文S-ID，得到IBC域内资源S的提取身份标识ID_S'，将提取身份标识ID_S'和IBC域的资源S的身份标识ID_S进行验证，若二者不一致，则跳转至步骤E；否则，IBC域内的资源S用资源端会话密钥K＇＇对其身份标识ID_S进行加密，得到IBC域内的资源S的资源端身份标识密文M_A3S->U，并将其发送给PKI域的用户U；

C5、PKI域的用户U用会话密钥K对收到的资源端身份标识密文M_A3S->U进行解密，得到IBC域内的资源S的用户端身份标识ID_S”，并验证IBC域内的资源S的用户端身份标识ID_S”的有效性，若验证未通过，则跳转至步骤E；否则PKI域的用户U与IBC域的资源S的认证密钥协商完成，PKI域的用户U利用会话密钥K对IBC域的资源S进行安全访问；

D、重认证

当会话密钥K的认证服务器部分k₁超出其生命周期时，IBC域认证服务器TA销毁B步骤中生成的与会话密钥K的认证服务器部分k₁对应的用户索引Na；IBC域内的资源S销毁C2步骤中得到的与会话密钥K的认证服务器部分K₁对应的用户索引Na；若PKI域的用户U不再访问IBC域的资源S，则跳转至步骤E；若PKI域的用户U仍需访问IBC域的资源S，则跳转至步骤A；

当会话密钥K的用户部分k₂超出其生命周期，但会话密钥K的认证服务器部分k₁仍在其生命周期中，若PKI域的用户U不再访问IBC域的资源S时，则跳转至步骤E；若PKI域的用户U仍需访问IBC域的资源S，则跳转至步骤A或者进行快速重认证；

E、中止会话。

本例的B步骤中的会话密钥K的认证服务器部分K₁的位数为128位；所述的C1步骤中，PKI域的用户U生成会话密钥K的用户部分K₂的长度为80位。

本例的D步骤中的快速重认证的具体做法是：

PKI域内的用户U生成重认证会话密钥K_R的用户部分K_R2，并将重认证会话密钥K_R的用户部分K_R2首位处进行填充，使其与重认证会话密钥K_R的认证服务器部分k₁的位数相同，然后对重认证会话密钥K_R的认证服务器部分k₁和填充后的用户部分K_R2进行异或处理得到完整的重认证会话密钥K_R；转至C3步骤。