：本发明涉及网络密码认证体制领域。
背景技术
0、
背景技术：
1、目前，在网络密码认证体制中，pki为主流产品，ibc也受到市场的重视，cla开始兴起，虽然，pki密钥管理安全等级较高；ibc标识认证体制结构简单，且公钥可读性好；cla能实现密钥对自主生成，实现密钥的存储安全，通过计算和验证公钥来保证用户公钥真实，可信；
2、但是，pki存在证书繁琐管理成本高，证书签名链也不能保证用户公钥是否可信等问题，他人可能通过篡改，如：增添记录或替代记录，ca认证中心端的用户证书数据库记录，对用户实施“张冠李戴”式攻击；
3、ibc的密钥托管方式，造成密钥管理存在一定的安全隐患；同时，ibc并发认证或签验过程，用户也须从密钥生成中心kgc(key generation center)端并发获取私钥，为保证用户私钥传输安全，kgc须并发加密用户私钥传输给各个客户端，造成ibc并发认证或签验效率低；另外，也无法保证公钥可信，如：用户a的标识为：张三@sina.com/20230616，他人过3个多月后，将自己的标识创立为：张三@sina.com/20230916，再通过密钥生成中心kgc产生对应的私钥，对用户a实施“张冠李戴”式攻击；
4、cla的安全隐患稍微大些，cla是将用户的密钥分成两部分，即：部分公钥和部分私钥，在客户端合成完整私钥，在密钥管理中心端计算合成完整公钥，尤其是将私密数据基点g存储在客户端，其中：公钥＝私钥g；若他人是一个组织，他们想获得用户客户端智能卡是一个简单的事情，利用其强大的人力资源，经费和情报能力，解剖一个用户客户端智能卡芯片，获取机密数据如：g数据，也不是一个不可以完成的任务；一旦，不法组织获得基点g，就可攻克cla认证体制，cla是一款学术上的优秀科研成果，但是，该成果在工程实践上不可行；因此，现有的网络密码认证体制的技术和产品都存在一定的安全隐患，不能满足网络密码认证技术市场的需求。
技术实现思路
0、
技术实现要素：
1、一种基于rpk的网络认证体制方法，是采用加密用户公钥的安全策略，建立可信用户公钥体制，通过设置统一时间戳控制的安全策略，以及密钥初始化智能协议，建立能达到pki的密钥管理安全等级，可解决繁琐的证书管理难题；能实现ibc的简单标识认证效果，可解决ibc密钥托管存在的密钥管理安全问题；也可解决pki和ibc都存在的用户公钥不可信的安全隐患；同时，能解决cla存在基点g数据外泄，造成较大安全隐患问题。从而，建立一种基于rpk的网络认证体制，其中：rpk，为real public key的缩写，中文为可信公钥，保证rpk认证体制具有结构简单、安全高效、建设和维护成本较低廉，且易操作等优势，其方法的技术特征在于：
2、rpk认证架构采用sm2公钥算法、sm3摘要算法和sm4(或sm1、祖冲之)对称算法，建立密钥生成中心(kgc)，采用的安全措施是：rpk的密钥管理采用类似pki的用户密钥生成、灌装、分发、更新和销毁的方式，在认证中心端部署加密设备如：加密机或加密卡，在用户的客户端部署加密设备如：智能卡，任何一种认证体制的结构决定了其性能，rpk认证架构如下：
3、在认证中心端加密设备的芯片里，存储认证中心端的私钥ks和公钥p，以及一组“密钥种子”k，以及组合密钥生成算法，用户的重要密钥数据不出芯片，从而，保证认证中心端密钥数据的生成和运行安全；
4、在认证中心端部署全体用户公钥和“密钥种子”密文数据库，保证认证中心端全体用户的公钥可信，且防止他人篡改认证中心端用户公钥；同时，保证认证中心端全体用户对应“密钥种子”i的存储安全；
5、在用户的客户端部署用户a“朋友圈”用户的公钥密文数据库，用户a“朋友圈”用户指：拟与用户a进行交易的其他用户，从而，保证“朋友圈”其他用户公钥在用户a端真实，可信；
6、总之，本发明基于rpk网络认证体制的安全策略，是在客户端包括：pc机或手机端和认证中心端，都部署加密硬件设备，在加密硬件设备芯片里，建立“芯片级”签名协议、签验和加密传输协议；每个用户ai对应的“密钥种子”i的元素，两两不同；由组合密钥生成算法，保证基于对称算法的加密密钥实时生成，一次一变；事先，将全体用户对应的两两不同的公钥pi和“密钥种子”i元素，加密成密文存储在认证中心端的用户公钥和“密钥种子”密文数据库中；在用户客户端，建立“朋友圈”用户的公钥密文数据库，采用用户ai客户端加密芯片里对应用户ai的“密钥种子”，根据组合密钥生成算法，产生一次一变的加密密钥，分别将与用户ai交易的其他用户的公钥pj、pj＝1、......、pm，加密成密文，存储在用户ai客户端“朋友圈”用户的公钥密文数据库记录中；
7、任何一种系统的架构决定其性能，rpk的系统架构十分简单，是在客户端和认证中心端都部署加密设备，建立芯片对芯片的认证、签名和加密协议，保证两端的密钥存储和运行安全，实现认证、签名和加密协议核心部分都在加密设备芯片里完成，保证认证、签名和加密协议可信；通过设置统一时间戳控制的安全策略，以及密钥初始化智能协议，来提高网络认证体制的安全等级；在认证中心端建立用户公钥和“密钥种子”密文数据库，保证全体用户的公钥和“密钥种子”安全，可信；在客户端建立的“朋友圈”用户公钥密文数据库，保证两用户之间“点对点”的认证或签名协议，用户可直接获得对方用户的可信公钥，从而，实现rpk用户的公钥真实，可信；因此，rpk采用的系统架构对比pki、ibc和cla，不繁琐，十分简单，且环节少，且整个过程由软件和硬件结合方式实现，具体方法如下：
8、1、在认证中心端部署加密硬件设备，建立认证中心端加密系统，在加密硬件设备的加密芯片里，写入对称算法、摘要算法、组合密钥生成算法、一套“密钥种子”k，时间戳年月日；在认证中心端，建立用户公钥和“密钥种子”密文数据库。
9、2、用户的客户端即：手机或pc机端，在客户端部署智能卡，在智能卡芯片里建立手机端加密系统，在加密芯片里，写入对称算法、公钥算法、摘要算法、组合密钥生成算法、一组私钥si、一组公钥pi、用户标识ai、一组“密钥种子”i；在客户端部署“朋友圈”用户公钥密文数据库，其中：客户端的“密钥种子”i的元素，两两不同，i＝1～n，n≤20亿，n为全体数字货币用户总数。
10、3、rpk密钥初始化
11、建立kgc并设置密钥初始化智能协议，并设置密钥初始化智能协议，负责密钥初始化过程中对各种协议的控制；
12、(1)由加密芯片自主产生用户的密钥
13、kgc通过密钥初始化智能协议，由用户自己在客户端加密芯片控制生成并存储密钥，通过设备分发密钥，且通过认证中心端销毁密钥，实现用户自主管理自己的密钥；
14、在认证中心端加密设备芯片里，生成认证中心端的密钥对即：私钥ks和公钥p，一组“密钥种子”k；
15、在用户ai的客户端加密芯片里，生成用户的密钥对即：私钥ski和公钥pi，一组“密钥种子”i；
16、(2)由kgc在一个封闭的环境下，将认证中心端公钥p发送给用户ai端加密芯片里，用户ai在客户端加密芯片里，通过dh(diffie-hellman)协议，将用户的公钥pi和一组“密钥种子”i，加密传输给认证中心端加密设备芯片里。
17、4、rpk认证中心端数据库初始化
18、在认证中心端加密设备芯片里，采用“密钥种子”k，产生一次一变的加密密钥，将对应用户ai的公钥pi和一组“密钥种子”i加密成密文，存储到认证中心端的用户公钥和“密钥种子”密文数据库记录里，其字段为：用户ai的标识、公钥pi、公钥pi和“密钥种子”i的密文，以及时间戳i和随机数i，其中：i＝1～n，n为全体用户数量的总和，
19、在认证中心端，建立用户的公钥和“密钥种子”密文数据库，这是对公钥和“密钥种子”的静态加密，可保证用户是“密钥种子”存储和运行安全，保证rpk的全体用户的公钥可信。
20、5、设置统一时间戳控制安全策略
21、取时间戳，并定为：年月日，存储到认证设备的加密芯片里，用于更新用户的密钥后，控制过期的用户密钥不能再用；当更新部分用户的密钥后，必须将对应认证设备端全体用户的公钥和“密钥种子”，采用新的时间戳和随机数，由“密钥种子”k，根据组合密钥生成算法，产生一次一变加密密钥，重新再加密一次，保证用户公钥和“密钥种子”密文数据库记录中，时间戳基本统一；
22、将新时间戳存储在认证中心端加密设备芯片里，用于每次认证或签验时，与客户端发送来的用于产生加密密钥的时间戳进行比对，小于新时间戳被视为过期时间戳，从而，保证时间戳基本统一；
23、在认证设备端加密芯片里，设置统一时间戳控制安全策略，可防止过期的用户密钥被盗用，认证中心端建立全体用户公钥和“密钥种子”密文数据库，能为用户提供可信公钥服务。
24、6、rpk客户端数据库初始化
25、用户ai收到自己的智能卡后，从认证中心端下载用户ai客户端“朋友圈”用户公钥，用户ai向认证中心端发出下载客户端“朋友圈”用户公钥数据库记录的请求，并发送“朋友圈”用户的标识如：aj、aj+1、......，am，其中：j＝1～m，j≠i，m≤n；
26、认证中心端接收到ai发来请求后，根据用户标识：aj、aj+1、......，am，在用户密钥密文数据库中，选出对应的记录，在加密设备芯片里，解密对应公钥密文，得到对应公钥明文，具体过程如下：
27、由“密钥种子”k，以及对应记录中的时间戳j和随机数j，生成解密密钥，解密公钥pj的密文，得到公钥pj的明文；由“密钥种子”k，以及对应记录中的时间戳j+1和随机数j+1，生成解密密钥，解密公钥pj+1的密文，得到公钥pj+1明文；......；由“密钥种子”k，以及对应记录中的时间戳m和随机数m，生成解密密钥，解密公钥pm的密文，得到公钥pm的明文；
28、将用户ai选择的记录：标识aj和公钥pj，标识aj+1和公钥pj+1，......，标识am和公钥pm，加密传输给用户ai客户端；首先，获取用户ai的公钥，在加密设备芯片里，由“密钥种子”k，根据标识ai对应记录字段中的时间戳i和随机数i，根据组合密钥生成算法生成解密密钥，解密用户ai的公钥pi的密文得到明文pi；采用dh(diffie-hellman)加密传输协议；
29、将对应用户ai“朋友圈”用户的标识和公钥，加密传输给用户ai的客户端，在用户ai的客户端加密芯片里，解密成明文，再采用用户ai客户端加密芯片里的一组“密钥种子”i，根据组合密钥生成算法，产生一次一变的加密密钥，分别将对应“朋友圈”用户的公钥加密成密文，存储在客户端“朋友圈”用户数据库中，其中：客户端“朋友圈”用户数据库记录为：用户aj的标识和公钥pj、用户aj+1的标识和公钥pj+1、......，用户am的标识和公钥pm；
30、在用户的客户端建立“朋友圈”用户公钥密文数据库，也是对用户公钥的静态加密，从而，保证在点对点交易场景下，交易双方用户都可完全确认对方的公钥是否可信，且不需要认证中心端来帮助验证交易双方用户的公钥；
31、在认证中心端建立用户公钥和“密钥种子”密文数据库，他人想获得认证中心的加密硬件设备的难度十分大，获取客户端智能卡，解刨其芯片获得密钥数据是有可能实现的，但是，用户密钥数据两两不同，要获得成千上万用户的智能卡，是很难完成的任务，因此，建立“芯片级”认证体制，安全等级较高。
32、7、建立组合密钥生成算法，
33、(1)设：认证中心端和用户的“密钥种子”组成的表为d，
34、
35、其中：表d的元素为du v，u＝0～w-1，v＝0～y-1，du v占0.5字节，或1字节，w＝89，或105，y＝16，或32；
36、(2)组合密钥密钥生成算法，是通过一组时间戳和随机数组成的选取参数，来对一组“密钥种子”组成表的元素进行选取，用时间戳对“密钥种子”组成表的“行”元素进行选取，选出y行y列的“密钥种子”组成表的子表，再根据随机数，对y行y列的“密钥种子”组成表的“列”元素进行选取，选出y个元素，并合成一组加密密钥或解密密钥，其中：y＝16或32；
37、(3)组合密钥密钥生成算法的具体实现方法如下：
38、以表d为例，来说明组合密钥密钥生成算法的具体实现方法，当选择表d元素为89行16列元素时，即：89×16＝1424个元素，每个元素占1字节，共占1424字节，当选择表d元素为105行32列元素时，即：105×32＝3360个元素，每个元素占，0.5字节或1字节，占1680字节，或105×32＝3360个字节；
39、用时间戳的“年”对应表d中的第1～10行，共10行，“月”对应表d中的第11～22行，共12行，“日”对应表d中的第23～53行，共31行，“时”对应表d中的第54～77行，共24行，当选择表d元素为89行16列元素时，表d还有12行元素不对应时间戳；当选择表d元素为105行32列元素时，表d还有28行元素不对应时间戳；
40、根据时间戳从表d的元素中先选出4行，其方法是：从表d的第1～10行共10行中取1行即：用时间戳“年”数字中个位数的数值，作为取表d中“年”对应的行数，如：时间戳为：2013xxxxxx，则：取表d中的第4行，从表d的第11～22行共12行中取1行即：用时间戳“月”数字的数值，作为取表d中“月”对应的“行”，如：时间戳为：20xx11xxxx，则：取表d中的第21行，从表d的第23～53行共31行中取1行即：用时间戳“日”数字的数值，作为取表d中“日”对应的“行”，如：时间戳为：20xxxx30xx，则：取表d中的第52行，从表d的第54～77行共24行中取1行即：用时间戳“时”数字的数值，作为取表d中“时”对应的“行”，如：时间戳为：20xxxxxx21，则：取表d中的第74行，再将表d的第78行～第w行共w-78+1行选出，共选出y行，其中：y＝16或32行，组成：y×y表d的子表d1，
41、
42、其中：表d1的元素为：dv v，v＝0～y-1，dv v占0.5或1字节，y＝16或32；表d1中第5行～第y行的元素与表d的第78行～第w行的元素完全相同；
43、设：随机数为：q1，q2，......，qy，对应的数值分别为：l1，l2，......，ly，当y＝16时，16位随机数对应的数值为：0～15之间，用：l1，l2，......，l16，对表d1的列进行选取，即：用第1位随机数q1的数值l1，来选取表d1第1行的第l1+1列的元素，用第2位随机数q2的数值l2，来选取表d1第2行的第l2+1列的元素，......，用第16位随机数q16的数值l16，来选取表d1第16行的第l16+1列的元素，共选出16个元素；
44、当y＝32时，32位随机数的数值为：0～31，用：l1，l2，......，l32，对表d1的列进行选取，即：用第1位随机数q1的数值l1，来选取表d1第1行的第l1+1列的元素，用第2位随机数q2的数值l2，来选取表d1第2行的第l2+1列的元素，......，用第32位随机数q32的数值l32，来选取表d1第32行的第l32+1列的元素，共选出32个元素；
45、国家规定对称算法的密钥长度为128比特，则从表d中选出的y组元素合并成一组密钥，若表d的元素为：8比特，y＝16，则从表d中选出的16组元素合并成的密钥为128比特，若表d的元素为：4比特，y＝32，则从表d中选出的32组元素合并成的密钥也为128比特。
46、8、身份认证协议
47、(1)基于有中心场景下的身份认证协议
48、采用公钥算法身份认证协议如下：
49、用户a发送给认证中心端：ra||ida；认证中心端发送给用户a：随机数rc，用户a发送给认证中心端：ida||token ac，token ac＝idc||sign a(idc||r)，其中：r＝ra||rc，ida：为用户a的唯一性标识，idc：为认证中心端的唯一标识，ra：为表示用户a产生的唯一性时间戳，rc：为认证中心端产生的唯一性随机数；sign a(idc||r)：为用户a对(idc||r)的签名；
50、认证中心端接收到用户a发来的token ac签名信息后，首先，在认证设备端加密芯片里，判断ra中的时间戳是否过期，之后，由“密钥种子”k，以及对应用户a标识ida记录中的时间戳和随机数，根据组合密钥生成算法，产生解密密钥，解密用户公钥和“密钥种子”密文数据库中，对应用户a标识ida记录中的pa和“密钥种子”a密文得到其明文，采用pa对用户a的签名即；sign a(idc||r)进行签验，若通过签验，则用户a的身份可信，否则，为非法签名；从而，完成rpk的身份认证协议的过程；
51、通过验证时间戳是否过期，可保证过期的用户公钥不能再用；rpk是通过对称加密算法加密用户公钥来保证用户的公钥可信，对比cla是通过计算并验证公钥可信，其效率更高；
52、(2)基于“点对点”无中心场景下的身份认证协议
53、用户a发送给用户b：ida||ra，其中：ida为用户a的唯一性标识，ra为表示用户a产生的唯一性时间戳或者随机数；用户b发送给用户a：idb||token ba，token ba＝ida||rb||ra||sign b(ida||rb||ra)，其中：rb为表示唯一的时间戳或随机数，sign b为用户b的签名，ida为用户a的唯一性标识；
54、用户a接收到用户b发来的含有token ba的信息后，根据用户b的标识，在自己客户端“朋友群”用户公钥密文数据库中，取出对应用户b的公钥密文记录，在加密芯片里解密，采用可信用户b的公钥，对用户b的签名进行签验，若签验通过，则用户a发送给用户b：ida||token ab，token ab＝idb||rb||sign a(idb||rb)，其中：idb为用户b的唯一性标识，rb为表示唯一的时间戳或者随机数，sign a为用户a的签名；
55、用户b接收用户a发来的含有token ba的信息后，根据用户a的标识，在自己客户端“朋友群”用户公钥密文数据库中，取出对应用户a的公钥密文记录，在加密芯片里解密，采用可信用户a的公钥对用户a的签名进行签验；若签验通过，则用户b向用户a返回确认其身份可信的信息，从而，完成用户a和用户b之间的相互身份认证的过程；
56、由于，两用户都可在自己的客户端确认对方的公钥是否可信，不需要相互发送自己的公钥，也不需要认证中心来帮助鉴别对方用户的公钥是否可信，可实现两用户之间“点对点”快速身份认证。
57、9、数字签名协议
58、(1)基于有中心场景下的数字签名协议
59、采用公钥算法数字签名认证协议如下：
60、用户a发送给认证中心端：ra||ida；认证中心端发送给用户a：随机数rc，用户a发送给认证中心端：ida||token ac，token ac＝r||text||sign a(text||r)，其中：r＝ra||rc，ida：为用户a的唯一性标识，ra：为表示用户a产生的唯一性时间戳，rc：为认证中心端产生的唯一性随机数；sign a(text||r)：为用户a对(text||r)的签名；text：为用户a的为文件或交易单；
61、认证中心端接收到用户a发来的token ac签名信息后，首先，在认证设备端加密芯片里，判断ra中的时间戳是否过期，之后，由“密钥种子”k，以及对应用户a标识ida记录中的时间戳和随机数，根据组合密钥生成算法，产生解密密钥，解密用户公钥和“密钥种子”密文数据库中，对应用户a标识ida记录中的pa和“密钥种子”a密文得到其明文，采用pa对用户a的签名(token ac)进行签验，则用户a对text的签名真实，可信，且不可抵赖，从而，完成rpk的数字签名协议的过程；
62、通过验证时间戳是否过期，可保证过期的用户公钥不能再用；rpk是通过对称加密算法加密用户公钥来保证用户的公钥可信，对比cla是通过计算并验证公钥可信，其数字签名协议的效率更高；将r与text一并签名，可保证被签名的相同文件或交易单很容易被识别，例如：text为一笔交易单时，在不同时间被签名的相同内容交易单，用户根据r很容易区别。
63、(2)基于“点对点”无中心场景下的数字签名认证协议
64、用户a发送给用户b：ida||ra，其中：ida为用户a的唯一性标识，ra为表示用户a产生的唯一性时间戳或者随机数，用户b发送给用户a：idb||token ba，token ba＝ida||rb||ra||signb(text||rb||ra)，其中：rb为表示唯一的时间戳或随机数，signb：为用户b的签名，ida为用户a的唯一性标识，text：用户a的文件或交易单；
65、用户a接收到用户b发来的含有token ba的信息后，根据用户b的标识，在自己客户端“朋友群”用户公钥密文数据库中，取出对应用户b的公钥密文记录，在加密芯片里解密，采用可信用户b的公钥，对用户b的签名进行签验，若签验通过，则用户b对文件或交易单text的签名真实，可信；
66、用户a发送给用户b：ida||token ab，token ab＝idb||rb||sign a(text||rb)，其中：idb为用户b的唯一性标识，rb为表示唯一的时间戳或者随机数，sign a：为用户a的签名，text：为用户a的文件或交易单；
67、用户b接收用户a发来的含有token ba的信息后，根据用户a的标识，在自己客户端“朋友群”用户公钥密文数据库中，取出对应用户a的公钥密文记录，在加密芯片里解密，采用可信用户a的公钥对用户a的签名进行签验，若签验通过，则用户b向用户a返回，用户a对文件或交易单text的签名真实，可信，若text为交易单，则可支付交易单text；从而，完成用户a和用户b之间数字签名协议的过程；
68、由于，两用户都可在自己的客户端确认对方的公钥是否可信，不需要相互发送自己的公钥，也不需要认证中心来帮助鉴别对方用户的公钥是否可信，可实现两用户之间“点对点”快速数字签名协议。
69、10、数据加密传输协议
70、由于，在每个用户的客户端建立了“朋友圈”用户公钥密文数据库，且在用户ai的客户端加密芯片里，存储认证中心端的公钥p，在认证中心端的全体用户公钥pi密文；
71、因此，交易双方用户之间，可互相获得对方用户的可信公钥，两用户之间的数据加密传输协议，以及用户与认证中心端的数据加密传输协议，都可参照标准的dh(diffie-hellman)加密传输协议完成，且可提高dh协议的安全等级。