CN112887981B - 一种电力无线专网终端接入的认证方法及*** - Google Patents

一种电力无线专网终端接入的认证方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力无线专网终端接入的认证方法，包括从数据库中获取所有候选终端标识和共享秘钥，构建候选终端标识集和共享秘钥集；遍历共享秘钥集中的所有共享秘钥，将本轮共享秘钥分别与候选终端标识集中各候选终端标识组合，验证本轮从终端侧接收的验证信息；其中，验证信息包括终端侧安全参数和伪随机数；伪随机数根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的伪随机函数计算获得；响应于遍历结束，仅有一个候选终端标识通过所有轮次验证，则对应的终端接入认证通过。同时公开了相应的***。本发明使用共享的伪随机函数获得伪随机数，进行验证信息验证，可以快速过滤过滤掉错误的候选终端标识，从而提高了终端的搜索效率。

Description

一种电力无线专网终端接入的认证方法及***
技术领域
本发明涉及一种电力无线专网终端接入的认证方法及***，属于终端身份认证领域。
背景技术
电力无线专网终端接入(即接入基站)通常需要进行身份认证。低成本的电力无线专网中，基于成本考虑，使用对称密码算法进行认证，这种方法存在一个矛盾：一方面，为了确保终端的匿名性，认证方式不发送明文；另一方面，终端和基站之间需要共享密钥。因此，在一组终端中，基站很难找到与某个终端相对应的密钥，通常需使用穷举搜索法来确定终端的密钥。该方法的计算复杂度是线性的，并且与终端数量相关，因此在大规模终端接入的情况下，效率较低。
发明内容
本发明提供了一种电力无线专网终端接入的认证方法及***，解决了现有方法在大规模终端接入的情况下效率较低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种电力无线专网终端接入的认证方法，包括，
从数据库中获取所有候选终端标识和共享秘钥，构建候选终端标识集和共享秘钥集；
遍历共享秘钥集中的所有共享秘钥，将本轮共享秘钥分别与候选终端标识集中各候选终端标识组合，验证本轮从终端侧接收的验证信息；其中，验证信息包括终端侧安全参数和伪随机数；伪随机数根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的伪随机函数计算获得；
响应于遍历结束，仅有一个候选终端标识通过所有轮次验证，则对应的终端接入认证通过。
根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的确定性伪随机函数，计算伪随机数z＝f(a,b)，其中，f为确定性伪随机函数，a、b分别为基站侧安全参数和终端侧安全参数。
在一轮验证过程中，响应于f(a,b)＝z不成立，将参与验证的候选终端标识从候选终端标识集中剔除；响应于f(a,b)＝z成立，将参与验证的候选终端标识保留。
根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的概率性伪随机函数，计算伪随机数
Figure GDA0003800617870000021
其中，a、b分别为基站侧安全参数和终端侧安全参数，ε为随机噪音，
Figure GDA0003800617870000022
为概率性伪随机函数。
在一轮验证过程中，响应于
Figure GDA0003800617870000023
不成立，将参与验证的候选终端标识对应的错误计数加1，根据预设规则，将该候选终端标识保留或从候选终端标识集中剔除；响应于
Figure GDA0003800617870000024
成立，参与验证的候选终端标识对应的错误计数不变，将该候选终端标识保留。
预设规则为，响应于错误计数超过阈值，将该候选终端标识从候选终端标识集中剔除，响应于错误计数不超过阈值，将该候选终端标识保留。
响应于遍历结束，多个或没有候选终端标识通过所有轮次验证，则终端接入认证失败。
一种电力无线专网终端接入的认证***，包括，
获取模块：从数据库中获取所有候选终端标识和共享秘钥，构建候选终端标识集和共享秘钥集；
遍历验证模块：遍历共享秘钥集中的所有共享秘钥，将本轮共享秘钥分别与候选终端标识集中各候选终端标识组合，验证本轮从终端侧接收的验证信息；其中，验证信息包括终端侧安全参数和伪随机数；伪随机数根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的伪随机函数计算获得；
结果模块：响应于遍历结束，仅有一个候选终端标识通过所有轮次验证，则对应的终端接入认证通过。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行电力无线专网终端接入的认证方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行电力无线专网终端接入的认证方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明使用共享的伪随机函数获得伪随机数，进行验证信息验证，可以快速过滤过滤掉错误的候选终端标识，从而提高了终端的搜索效率；同时本发明在发送信息中没有身份信息，保证了认证的保密性。
附图说明
图1为本发明的第一种一轮认证流程；
图2为本发明的第二种一轮认证流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种电力无线专网终端接入的认证方法，包括以下步骤：
步骤1，从数据库中获取所有候选终端标识和共享秘钥，构建候选终端标识集和共享秘钥集。
步骤2，遍历共享秘钥集中的所有共享秘钥，将本轮共享秘钥分别与候选终端标识集中各候选终端标识组合，验证本轮从终端侧接收的验证信息；其中，验证信息包括终端侧安全参数和伪随机数；伪随机数根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的伪随机函数计算获得。
伪随机数的计算有以下两种：
1、采用共享的确定性伪随机函数，计算伪随机数z＝f(a,b)；
其中，f为确定性伪随机函数，a、b分别为基站侧安全参数和终端侧安全参数；
在一轮验证过程中，响应于f(a,b)＝z不成立，将参与验证的候选终端标识从候选终端标识集中剔除；响应于f(a,b)＝z成立，将参与验证的候选终端标识保留。
2、采用共享的概率性伪随机函数，计算伪随机数
Figure GDA0003800617870000041
其中，
Figure GDA0003800617870000042
为概率性伪随机函数，a、b分别为基站侧安全参数和终端侧安全参数，ε为随机噪音，服从参数为η的伯努利分布；
在一轮验证过程中，响应于
Figure GDA0003800617870000043
不成立，将参与验证的候选终端标识对应的错误计数加1，根据预设规则，将该候选终端标识保留或从候选终端标识集中剔除；响应于
Figure GDA0003800617870000044
成立，参与验证的候选终端标识对应的错误计数不变，将该候选终端标识保留。
预设规则：响应于错误计数超过阈值，将该候选终端标识从候选终端标识集中剔除，响应于错误计数不超过阈值，将该候选终端标识保留。
步骤3，响应于遍历结束，仅有一个候选终端标识通过所有轮次验证，则对应的终端接入认证通过；响应于遍历结束，多个或没有候选终端标识通过所有轮次验证，则终端接入认证失败。
假设数据库中记录有n个候选终端标识ID1,…,IDn和s个共享秘钥，基站和接入终端之间共享一个一位输出确定性伪随机函数(即共享的确定性伪随机函数)和s个密钥(即共享密钥)。
整个认证过程共执行s轮，每一轮都使用一个不同的共享密钥，以第i轮为例，如图1所示：
11)基站向终端发送基站侧安全参数a；
12)终端接收a，根据a和终端侧安全参数b，计算z＝f(a,b)，将(b，z)发送给基站；
13)基站接收(b，z)，根据将本轮共享秘钥ki分别与候选终端标识集中各候选终端标识(简称ID)组合，验证f(a,b)＝z是否成立，若验证通过，ki对应的ID保留，否则从候选终端标识集中剔除。
第一轮验证时，所有候选终端标识均参与验证，后续验证，仅仅候选终端标识集保留的候选终端标识参与验证。
执行s轮后，如果只有一个候选终端标识被保留下来，则接入终端为合法终端，认证成功；如果有多个候选终端标识被保留下来，则表示终端输出冲突，认证失败；如果保留数为0，则认证失败，终端为非法终端。
很容易看出，正确的候选终端标识始终可以成功进行认证，而不会受到对手的干扰。但是对于不正确的候选终端标识，也有一定的可能性通过认证。假设函数f(·)是均匀的，则错误的候选终端标识通过某一轮的概率为2-1，并且通过所有轮次的概率为2-s。对于有多个候选终端标识的情况，假设***中的终端数为n，当去掉一个正确的终端之后，其余n-1个终端通过认证的概率为：Pcollision＝(n-1)2-s。不难看出，对于不同的n，只要s足够大，发生冲突的可能性就非常小。
假设数据库中记录有n个候选终端标识ID1,…,IDn和s个共享秘钥，基站和接入终端之间共享一个一位输出概率性伪随机函数(即共享的概率性伪随机函数)和s个密钥(即共享密钥)。
由于采用概率性伪随机函数，不需要基站对终端的响应是完全一致的。该响应允许一定的误差，只要总误差不超出限定的范围。
整个认证过程共执行s轮，每一轮都使用一个不同的共享密钥，以第i轮为例，如图2所示：
11)基站向终端发送基站侧安全参数a；
12)终端接收a，根据a和终端侧安全参数b，计算
Figure GDA0003800617870000061
将(b，z)发送给基站；
13)基站接收(b，z)，根据将本轮共享秘钥ki分别与候选终端标识集中各候选终端标识(简称ID)组合，验证
Figure GDA0003800617870000062
是否成立，若验证通过，参与验证的候选终端标识对应的错误计数不变，将该候选终端标识保留，若验证不通过将参与验证的候选终端标识对应的错误计数加1，根据预设规则，将该候选终端标识保留或从候选终端标识集中剔除。
预设规则：响应于错误计数超过阈值，将该候选终端标识从候选终端标识集中剔除，响应于错误计数不超过阈值，将该候选终端标识保留。
执行s轮后，如果只有一个候选终端标识被保留下来，则接入终端为合法终端，认证成功；如果有多个候选终端标识被保留下来，则表示终端输出冲突，认证失败，但是这种情况发生的概率非常小，可以忽略不计；如果保留数为0，则认证失败，终端为非法终端。
很容易看出，即使对于合法的终端，基站也有一定的概率使终端认证失败，而且，失败概率与噪声参数η有关，并且η越大，基站识别出合法终端的概率越低。
上述方法使用共享的伪随机函数获得伪随机数，进行验证信息验证，可以快速过滤过滤掉错误的候选终端标识，从而提高了终端的搜索效率；同时本发明在发送信息中没有身份信息，保证了认证的保密性。
一种电力无线专网终端接入的认证***，包括，
获取模块：从数据库中获取所有候选终端标识和共享秘钥，构建候选终端标识集和共享秘钥集；
遍历验证模块：遍历共享秘钥集中的所有共享秘钥，将本轮共享秘钥分别与候选终端标识集中各候选终端标识组合，验证本轮从终端侧接收的验证信息；其中，验证信息包括终端侧安全参数和伪随机数；伪随机数根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的伪随机函数计算获得；
结果模块：响应于遍历结束，仅有一个候选终端标识通过所有轮次验证，则终端接入认证通过。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行电力无线专网终端接入的认证方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行电力无线专网终端接入的认证方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种电力无线专网终端接入的认证方法，其特征在于：包括，
从数据库中获取所有候选终端标识和共享秘钥，构建候选终端标识集和共享秘钥集；
遍历共享秘钥集中的所有共享秘钥，将本轮共享秘钥分别与候选终端标识集中各候选终端标识组合，验证本轮从终端侧接收的验证信息；
其中，验证信息包括终端侧安全参数和伪随机数；
伪随机数计算包括：
根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的确定性伪随机函数，计算伪随机数z＝f(a,b)，其中，f为确定性伪随机函数，a、b分别为基站侧安全参数和终端侧安全参数；在一轮验证过程中，响应于f(a,b)＝z不成立，将参与验证的候选终端标识从候选终端标识集中剔除；响应于f(a,b)＝z成立，将参与验证的候选终端标识保留；
或者，
根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的概率性伪随机函数，计算伪随机数
Figure FDA0003800617860000011
其中，ε为随机噪音，
Figure FDA0003800617860000012
为概率性伪随机函数；在一轮验证过程中，响应于
Figure FDA0003800617860000013
不成立，将参与验证的候选终端标识对应的错误计数加1，根据预设规则，将该候选终端标识保留或从候选终端标识集中剔除；响应于
Figure FDA0003800617860000014
成立，参与验证的候选终端标识对应的错误计数不变，将该候选终端标识保留；预设规则为：响应于错误计数超过阈值，将该候选终端标识从候选终端标识集中剔除，响应于错误计数不超过阈值，将该候选终端标识保留；
响应于遍历结束，仅有一个候选终端标识通过所有轮次验证，则对应的终端接入认证通过。
2.根据权利要求1所述的一种电力无线专网终端接入的认证方法，其特征在于：响应于遍历结束，多个或没有候选终端标识通过所有轮次验证，则终端接入认证失败。
3.一种电力无线专网终端接入的认证***，其特征在于：包括，
获取模块：从数据库中获取所有候选终端标识和共享秘钥，构建候选终端标识集和共享秘钥集；
遍历验证模块：遍历共享秘钥集中的所有共享秘钥，将本轮共享秘钥分别与候选终端标识集中各候选终端标识组合，验证本轮从终端侧接收的验证信息；
其中，验证信息包括终端侧安全参数和伪随机数；
伪随机数计算包括：
根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的确定性伪随机函数，计算伪随机数z＝f(a,b)，其中，f为确定性伪随机函数，a、b分别为基站侧安全参数和终端侧安全参数；在一轮验证过程中，响应于f(a,b)＝z不成立，将参与验证的候选终端标识从候选终端标识集中剔除；响应于f(a,b)＝z成立，将参与验证的候选终端标识保留；
或者，
根据终端侧安全参数和基站侧安全参数，采用共享的概率性伪随机函数，计算伪随机数
Figure FDA0003800617860000021
其中，ε为随机噪音，
Figure FDA0003800617860000022
为概率性伪随机函数；在一轮验证过程中，响应于
Figure FDA0003800617860000023
不成立，将参与验证的候选终端标识对应的错误计数加1，根据预设规则，将该候选终端标识保留或从候选终端标识集中剔除；响应于
Figure FDA0003800617860000031
成立，参与验证的候选终端标识对应的错误计数不变，将该候选终端标识保留；预设规则为：响应于错误计数超过阈值，将该候选终端标识从候选终端标识集中剔除，响应于错误计数不超过阈值，将该候选终端标识保留；
结果模块：响应于遍历结束，仅有一个候选终端标识通过所有轮次验证，则对应的终端接入认证通过。
4.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至2所述的方法中的任一方法。
5.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器以及一个或多个存储器，一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至2所述的方法中的任一方法的指令。
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