CN103905437A - 一种基于口令的远程认证协议方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于口令的远程认证协议方法,其特征在于:基于椭圆曲线密码算法实现,包括如下步骤:步骤1:在***初始化子协议中,用户同服务器协商好以后认证需要使用的椭圆曲线密码***参数;步骤2:新用户UA通过用户注册子协议进行注册,选择身份标识和用户口令PWA;步骤3:用户UA希望登陆***并进行会话密钥协商时,首先输入自己的身份标识IDA和用户口令PWA;然后通过身份认证和密钥协商子协议,与服务器进行双向认证并且协商在以后通信中使用的密钥SK。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于口令的远程认证协议方法。
背景技术
在网络应用中,身份认证对于保障网络资源的安全性起着重要作用,因此寻找简单有效、实用方便、费用低廉的认证协议是当前研究的重点内容。基于口令的身份认证协议由于数据运算简单、部署成本低廉、安全可靠而成为近年来研究的热点。然而,基于口令的身份认证协议仍然存在着安全隐患。因为用户习惯上选择使用简单容易自己记忆的字符串作为口令,例如自己姓名字母的缩写、生日数字的组合,身份证号码的组合以及邮箱电话号码等,这将直接导致这种方式的身份认证协议容易遭到典型的字典攻击,这其中就包括包括离线口令猜测攻击和在线口令猜测攻击等。根据调查显示,在使用英语的国家当中,有25%的用户使用的口令是英文单词,Morris Thompson发现穷举搜索一部字典,可以在短短的5分钟之内发现超过1/3的口令;1999年,中科院信息安全中心的Samsa进行了一项研究,他根据中国人姓氏和人名中经常出现的汉字,设计了一部专用的字典,用它穷举搜索,发现了某服务器中保存的将近1/2的用户口令。事实表明,口令认证协议很容易遭受口令猜测攻击(password guessing attack)。
尽管基于口令的认证存在着如上所述的安全隐患,但这并不能阻止人们对它的青睐,由于其相对于生物特征认证,口令认证机制拥有更小的数据量,更快的响应速度等优点,而且实现起来更容易,多数用户能够接受,因而口令认证机制目前仍然是***网络等各种需要认证的***中主要采取的认证方式。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于口令的远程认证协议方法,能够实现双向认证,有效提高安全性。
实现本发明目的技术方案:
一种基于口令的远程认证协议方法,其特征在于:基于椭圆曲线密码算法实现,包括如下步骤:
步骤1:在***初始化子协议中,用户同服务器协商好以后认证需要使用的椭圆曲线密码***参数;
步骤2:新用户UA通过用户注册子协议进行注册,选择身份标识和用户口令PWA;
步骤3:用户UA希望登陆***并进行会话密钥协商时,首先输入自己的身份标识IDA和用户口令PWA;,然后通过身份认证和密钥协商子协议,与服务器进行双向认证并且协商在以后通信中使用的密钥SK。
步骤2中,服务器S收到新用户UA注册提交的身份标识IDA和用户口令PWA;后,进行计算WA=h(IDA||dS)⊕PWA,然后把数据(IDA,WA)保存在服务器的认证数据库中,前述式中,dS表示服务器的私钥,h表示单向哈希函数。
步骤3中,具体包括以下步骤,
步骤3.1:用户UA首先输入自己的身份标识IDA和用户口令PWA;用户自由选择一个随机数r1,r1∈Z* n,Z* n表示整数模n的剩余类,然后进行运算R1=r1·P,P表示群G的生成元,把消息<IDA,R1>发送给服务器S;
步骤3.2:服务器S接收到上一步来自用户UA的消息<IDA,R1>后,根据自己的认证数据库中存储的数据对用户IDA进行合法性检验;如果在数据库中未找到该IDA,则服务器S终止协议的进程;否则,服务器S进行如下运算,
选择随机数r2,r2∈Z* n,计算R2=r2·P,KS=r2·R1,R3=dS·R1,h1=h(S||IDA||R1||R2||R3||KS),式中S表示服务器的身份标识,最后由服务器S把消息<R2,h1>发送到用户UA;
步骤3.3:当用户UA接收到来上一步来自服务器S的消息<R2,h1>后,进行运算KU=r1·R2=r1·r2·P,以及计算h1 *=h(S||IDA||R1||R2||r1·PS||KU),验证h1 *与收到来自服务器的h1是否保持一致,如果不一致,则用户UA终止进行协议进程;否则,用户UA计算h2=h(IDA||S||r1·PS||KU||PWA),然后将h2发送给服务器S,并且用户UA计算一个密钥SK=h(IDA||S||R1||R2||r1·PS||KU||PWA);
步骤3.4:服务器S从本地认证数据库中提取步骤2中计算获得的WA,并进行计算WA⊕h(IDA||dS)得到服务器端计算得到的PWA *,然后计算h(IDA||S||R3||KS||PWA *),得到的计算结果与上一步中收到的h2进行对比验证,看是否保持一致,如果不一致,则用户UA对服务器的认证请求失败,终止协议;否则,服务器S认可用户UA的合法身份,并且服务器S计算一个密钥SK=h(IDA||S||R1||R2||R3||KS||PWA *)。
用户UA可进行口令修改,包括以下步骤,
步骤4.1:用户UA和服务器S首先执行密钥SK;
步骤4.2:假如上一步成功,则用户UA通过客户端输入新的口令PWAnew;
步骤4.3:用户UA通过客户端计算PWD=h(KU||SK)⊕PWAnew和
W=h(KU||SK||PWAnew),并把消息<PWD,W>发送至服务器S;
步骤4.4:当服务器S收到来自于用户UA的请求修改口令的消息<PWD,W>后,首先进行如下式子的计算,
PWAnew *=PWD⊕h(KS||PWAnew),
然后对比验证W是否等于h(KS||SK||PWAnew *),假如不相等,服务器需要计算h3=h(SK||KS||“Refused”)并将消息<“Refused”,h3>发送给用户,拒绝更改口令;如果两者相等,则进行计算h4=h(SK||KS||“Accepted”),并将消息<“Accepted”,h4>发送给用户,允许其变更口令;最后服务器将计算新的WA *来替换原来的WA并保存到认证数据库,其中WA *的计算式为WA *=h(IDA||dS)⊕PWAnew *;
步骤4.5:如果用户UA收到消息<“Refused”,h3>,并且经验证h3等于h(SK||KU||“Refused”),则可以确定是服务器S发送的消息拒绝更改口令;而如果收到消息<“Accepted”,h4>,并且经过验证h4等于h(SK||KU||“Accepted”),则用户UA可以确定是服务器S发送的消息接收了变更口令请求。
本发明具有的有益效果:
本发明可以抵抗重放攻击。本发明是一种三消息挑战-响应模式的认证协议,只有合法用户才能正确的应答挑战信息R2,同时也只有合法的服务器才能正确的响应新鲜值R1,所以本发明能够有效的抵御重放攻击。
本发明可以抵抗离线口令猜测攻击。本发明能够有效地抵抗离线口令猜测攻击,假设以下两种情形:
1)假设攻击者捕获了WA,但是由于其无法或者服务器的私钥dS,所以无法进行离线口令猜测攻击;
2)攻击者不能够从h2发动离线口令猜测攻击,这是因为假如攻击者要计算h2,则必须同时计算出KU或者KS,而计算KU或者KS则需要根据R1,R2来计算,这又归结为椭圆曲线计算Diffie-Hellman问题。
本发明能够抵抗身份冒充攻击。攻击者在不知道PW的情况下,是不能构造出正确的第3条回应消息的,所以攻击者就无法冒充用户身份。同时,攻击者也无法正确的通过计算得出dS·R1和回应消息,因为如果要构造该值,则需要知道r1或者dS,而假如通过R1来计算得到r1或者通过PS计算得到dS都将面临椭圆曲线离散对数难题。
本发明能够提供双向认证。从上面的认证和密钥协商过程可以清楚的看到,本协议提供了双向认证。第2条响应消息只有拥有合法身份的服务器才能构造出来;而第3条响应消息只有除了服务器之外的合法用户才能构造出来。所以该认证协议提供了双向认证。
本发明能够提供前向安全性。本发明是基于椭圆曲线Diffie-Hellman机制,攻击者如果强行从R1和R2来计算SK将面临椭圆曲线离散对数难题,从而提供了前向安全性。
附图说明
图1为用户注册流程图;
图2为认证和密钥协商流程图;
图3为口令修改流程图。
具体实施方式
本发明基于椭圆曲线密码算法实现,在***初始化子协议中,用户同服务器协商好以后认证需要使用的椭圆曲线密码***参数;
(一)用户注册子协议:
在注册初始时,由用户UA自己选择身份标识和用户口令PWA,然后通过安全方式提交给服务器S;
服务器S收到新用户UA注册提交的身份标识IDA和用户口令PWA;后,进行计算WA=h(IDA||dS)⊕PWA,然后把数据(IDA,WA)保存在服务器的认证数据库中,前述式中,dS表示服务器的私钥,h表示单向哈希函数。
(二)认证和密钥协商子协议:
1)用户UA首先输入自己的身份标识IDA和用户口令PWA;用户自由选择一个随机数r1,r1∈Z* n,Z* n表示整数模n的剩余类,然后进行运算R1=r1·P,P表示群G的生成元,把消息<IDA,R1>发送给服务器S;
2)服务器S接收到上一步来自用户UA的消息<IDA,R1>后,根据自己的认证数据库中存储的数据对用户IDA进行合法性检验;如果在数据库中未找到该IDA,则服务器S终止协议的进程;否则,服务器S进行如下运算,
选择随机数r2,r2∈Z* n,计算R2=r2·P,KS=r2·R1,R3=dS·R1,h1=h(S||IDA||R1||R2||R3||KS),式中S表示服务器的身份标识,最后由服务器S把消息<R2,h1>发送到用户UA;
3)当用户UA接收到来上一步来自服务器S的消息<R2,h1>后,进行运算KU=r1·R2=r1·r2·P,以及计算h1 *=h(S||IDA||R1||R2||r1·PS||KU),验证h1 *与收到来自服务器的h1是否保持一致,如果不一致,则用户UA终止进行协议进程;如果一致,那么服务器是合法的,通过用户的认证。在这里的依据是,只有合法的服务器才能给出正确的R3,接下来用户UA计算h2=h(IDA||S||r1·PS||KU||PWA),然后将h2发送给服务器S,并且用户UA计算一个密钥SK=h(IDA||S||R1||R2||r1·PS||KU||PWA);
4)服务器S从本地认证数据库中提取步骤2中计算获得的WA,并进行计算WA⊕h(IDA||dS)得到服务器端计算得到的PWA *,然后计算h(IDA||S||R3||KS||PWA *),得到的计算结果与上一步中收到的h2进行对比验证,看是否保持一致,如果不一致,则用户UA对服务器的认证请求失败,终止协议;否则,服务器S认可用户UA的合法身份,并且服务器S计算一个密钥SK=h(IDA||S||R1||R2||R3||KS||PWA *)。
通过以上步骤,用户和服务器之间完成了认证,这种认证是双向的,保证了用户和服务器双方的合法身份,并且协商好共同的密钥SK。
(三)口令修改子协议:
用户UA可进行口令修改,包括以下步骤,
1)用户UA和服务器S首先执行会话密钥SK;
2)假如上一步成功,则用户UA通过客户端输入新的口令PWAnew;
3)用户UA通过客户端计算PWD=h(KU||SK)⊕PWAnew和
W=h(KU||SK||PWAnew),并把消息<PWD,W>发送至服务器S;
4)当服务器S收到来自于用户UA的请求修改口令的消息<PWD,W>后,首先进行如下式子的计算,
PWAnew *=PWD⊕h(KS||PWAnew),
然后对比验证W是否等于h(KS||SK||PWAnew *),假如不相等,服务器需要计算h3=h(SK||KS||“Refused”)并将消息<“Refused”,h3>发送给用户,拒绝更改口令;如果两者相等,则进行计算h4=h(SK||KS||“Accepted”),并将消息<“Accepted”,h4>发送给用户,允许其变更口令;最后服务器将计算新的WA *来替换原来的WA并保存到认证数据库,其中WA *的计算式为WA *=h(IDA||dS)⊕PWAnew *;
5)如果用户UA收到消息<“Refused”,h3>,并且经验证h3等于h(SK||KU||“Refused”),则可以确定是服务器S发送的消息拒绝更改口令;而如果收到消息<“Accepted”,h4>,并且经过验证h4等于h(SK||KU||“Accepted”),则用户UA可以确定是服务器S发送的消息接收了变更口令请求。
Claims (4)
1.一种基于口令的远程认证协议方法,其特征在于:基于椭圆曲线密码算法实现,包括如下步骤:
步骤1:在***初始化子协议中,用户同服务器协商好以后认证需要使用的椭圆曲线密码***参数;
步骤2:新用户UA通过用户注册子协议进行注册,选择身份标识和用户口令PWA;
步骤3:用户UA希望登陆***并进行会话密钥协商时,首先输入自己的身份标识IDA和用户口令PWA;,然后通过身份认证和密钥协商子协议,与服务器进行双向认证并且协商在以后通信中使用的密钥SK。
2.根据权利要求1所述的基于口令的远程认证协议方法,其特征在于:步骤2中,服务器S收到新用户UA注册提交的身份标识IDA和用户口令PWA;后,进行计算WA=h(IDA||dS)⊕PWA,然后把数据(IDA,WA)保存在服务器的认证数据库中,前述式中,dS表示服务器的私钥,h表示单向哈希函数。
3.根据权利要求2所述的基于口令的远程认证协议方法,其特征在于:步骤3中,具体包括以下步骤,
步骤3.1:用户UA首先输入自己的身份标识IDA和用户口令PWA;用户自由选择一个随机数r1,r1∈Z* n,Z* n表示整数模n的剩余类,然后进行运算R1=r1·P,P表示群G的生成元,把消息<IDA,R1>发送给服务器S;
步骤3.2:服务器S接收到上一步来自用户UA的消息<IDA,R1>后,根据自己的认证数据库中存储的数据对用户IDA进行合法性检验;如果在数据库中未找到该IDA,则服务器S终止协议的进程;否则,服务器S进行如下运算,
选择随机数r2,r2∈Z* n,计算R2=r2·P,KS=r2·R1,R3=dS·R1,h1=h(S||IDA||R1||R2||R3||KS),式中S表示服务器的身份标识,最后由服务器S把消息<R2,h1>发送到用户UA;
步骤3.3:当用户UA接收到来上一步来自服务器S的消息<R2,h1>后,进行运算KU=r1·R2=r1·r2·P,以及计算h1 *=h(S||IDA||R1||R2||r1·PS||KU),验证h1 *与收到来自服务器的h1是否保持一致,如果不一致,则用户UA终止进行协议进程;否则,用户UA计算h2=h(IDA||S||r1·PS||KU||PWA),然后将h2发送给服务器S,并且用户UA计算一个密钥SK=h(IDA||S||R1||R2||r1·PS||KU||PWA);
步骤3.4:服务器S从本地认证数据库中提取步骤2中计算获得的WA,并进行计算WA⊕h(IDA||dS)得到服务器端计算得到的PWA *,然后计算h(IDA||S||R3||KS||PWA *),得到的计算结果与上一步中收到的h2进行对比验证,看是否保持一致,如果不一致,则用户UA对服务器的认证请求失败,终止协议;否则,服务器S认可用户UA的合法身份,并且服务器S计算一个密钥SK=h(IDA||S||R1||R2||R3||KS||PWA *)。
4.根据权利要求3所述的基于口令的远程认证协议方法,其特征在于:用户UA可进行口令修改,包括以下步骤,
步骤4.1:用户UA和服务器S首先执行密钥SK;
步骤4.2:假如上一步成功,则用户UA通过客户端输入新的口令PWAnew;
步骤4.3:用户UA通过客户端计算PWD=h(KU||SK)⊕PWAnew和
W=h(KU||SK||PWAnew),并把消息<PWD,W>发送至服务器S;
步骤4.4:当服务器S收到来自于用户UA的请求修改口令的消息<PWD,W>后,首先进行如下式子的计算,
PWAnew *=PWD⊕h(KS||PWAnew),
然后对比验证W是否等于h(KS||SK||PWAnew *),假如不相等,服务器需要计算h3=h(SK||KS||“Refused”)并将消息<“Refused”,h3>发送给用户,拒绝更改口令;如果两者相等,则进行计算h4=h(SK||KS||“Accepted”),并将消息<“Accepted”,h4>发送给用户,允许其变更口令;最后服务器将计算新的WA *来替换原来的WA并保存到认证数据库,其中WA *的计算式为WA *=h(IDA||dS)⊕PWAnew *;
步骤4.5:如果用户UA收到消息<“Refused”,h3>,并且经验证h3等于h(SK||KU||“Refused”),则可以确定是服务器S发送的消息拒绝更改口令;而如果收到消息<“Accepted”,h4>,并且经过验证h4等于h(SK||KU||“Accepted”),则用户UA可以确定是服务器S发送的消息接收了变更口令请求。
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