[发明专利]一种基于多因子的工业物联网会话密钥协商方法

说明书

本发明公开一种基于多因子的工业物联网会话密钥协商方法，用户使用智能卡保存个人信息，并通过连接手机或者其他智能终端设备与部署在工业物联网中智能设备以及物联网节点进行通信，实时的获取设备状态信息，并对设备进行远程的管理、监控。本发明基于半可信管理中心的环境，更加符合现实，同时用户的假名由用户、服务器共同产生，且每个密钥协商过程之后，用户的假名会实时的进行更新，这样就确保了用户的身份信息不会被泄露，保证了用户的匿名性的同时，保证了不可链接性和不可追踪性，提高了安全性。本发明采用预分发密钥的方法，基于多因子认证方式，即生物特征，密码，智能卡，主要的加密操作是位运算和哈希函数，降低了密钥协商方案的计算开销和通信开销。

技术领域

本发明属于工业物联网通信技术，具体涉及一种基于多因子的工业物联网会话密钥协商方法。

背景技术

物联网(IoT)，即万物互联，是指以互联网为基础的扩展和扩展的网络。它由许多信息传感设备组成，无论它们位于何处，可以通过互联网随时随地远程访问和控制，以实现用户、机器和物体之间的互连。工业物联网(IIoT)是物联网的主要应用之一。在物联网环境中，大多数物联网设备或节点具有处理信息和通信的能力，并拥有可定位的互联网协议地址(IP地址)，但资源有限。对于不同物联网环境中的物联网设备，用户可以通过网络来访问和控制它们。

工业4.0是指以智能制造为主导的第四次工业革命。工厂将生产设备、无线信号连接和传感器集成到一个生态系统中，以自主监控整个生产过程并执行决策。工业物联网网络的高度自治和资源限制对工业物联网的安全性提出了挑战。身份验证和密钥建立是工业物联网的重要组成部分，密钥协商必须考虑安全和性能等因素。

如图1所示，现有工业系统模型包括用户、工业服务器Server、区域网关和智能设备。网关作为区域管理设备，与区域智能设备部署在相应的工作环境中。网关和设备都是半信任的。工业服务器Server部署在我们认为完全可信的物理安全环境中。合法用户可以向服务器Server发送访问请求，通过服务器Server与智能设备建立联系。在认证和密钥协商过程中，用户和设备可以获得会话密钥。隐私、消息完整性和用户身份验证在IIoT环境中至关重要，因为对手可以窃听、修改和伪造通信消息。在工业物联网中，用户与服务器Server的通信，服务器Server与设备的通信都是在开放式的无线网络环境下进行的，因此很容易被攻击者攻击，从而导致用户信息(如用户身份、密码、位置信息等)被泄露。因此，有必要采用适当的安全方案来保护通信链路。

在大多数密钥协议方案中，要么是密钥协议流程不够轻量化，无法满足资源约束较多的设备或传感器节点的需求，要么是无法满足物联网环境中足够的安全性。在功能方面，大多数方案都不能满足更理想的功能特征，如撤销用户、动态添加设备、动态更改个人相关密钥信息(包括生物特征和密码)等。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于多因子的工业物联网会话密钥协商方法。

技术方案：本发明的一种基于多因子的工业物联网会话密钥协商方法，包括工业物联网系统初始化、认证和密钥协商以及系统更新；

步骤(1)、工业物联网系统初始化

(1.1)服务器Server初始化：选择生物特征概率生成函数Gen(·)和确定性复原函数Rep(·)，为各个物联网工作环境设置长160bit的服务器Server私钥S，并建立私钥列表；同时为各个物联网工作环境建立各种信息表，如设备信息表，用户信息表；选择单向哈希函数H(·)；