一种面向多层MAP的HMIPv6网络双向接入认证方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线移动网络接入安全领域，特别涉及一种面向多层MAP的HMIPV6网 络双向接入认证方法。
【背景技术】
[0002] 计算机网络的快速发展极大地改变了人们的生活方式，互联网正向支持大范围移 动性方向发展，人们对网络也提出了更高的要求。随着宽带无线接入技术和移动终端技术 的飞速发展，移动设备数量和接入网络需求的不断增加，移动IPv6 (MIPv6)将成为下一代 移动通信的重要支撑协议。为进一步提升MIPv6的适用性以及移动节点在外地网络中的切 换效率，IETF对MIPv6进行了扩展，制定了层次型移动IPv6协议（HMIPv6)，在外地网络中 引入移动锚点对移动节点实施区域化移动管理，以降低移动节点切换延时，但缺乏安全性 方面的考虑。当移动节点接入外地网络时，需要同外地网络相互认证身份，这是安全通信的 基本需求。另外，移动节点的切换和认证往往同时发生，为保障实时应用，认证机制应与切 换过程同步进行，尽可能保证切换效率。针对HMIPv6的高效双向接入认证机制成为研究热 点。
[0003] 近年来，研究者们将基于身份的密码学应用于移动IPv6接入认证过程，以保证移 动网络的接入安全。文献"A secure IPv6_based urban wireless mesh network"设计了 一种新的地址构造方式将移动用户的身份信息添加到IP地址中，同时采用快速分层的网 络架构，运用基于身份密码学保证其身份信息的安全性，但更改后的IP地址在生成和管理 过程中都比较特殊，不具有普遍适应性。文献"Experimental evaluation of proxy mobile IPv6:An implementation perspective"提出了使用代理移动IPv6方案对移动实体进行 接入认证，但是代理移动实体之间的通信距离通常很远，通信延时大，降低了切换认证的效 率，而且需要相关实体频繁地更换密钥，增加了通信开销。文献"节点证书与身份相结合的 HMIPv6网络接入认证机制"提出了层次化的签名方案，并设计了节点证书与身份相结合的 认证机制，简化了公钥基础设施的复杂密钥管理过程，实现了用户与接入网络的双向接入 认证，消除了接入网络与家乡网络间的消息交互。但是，该签名方案缺乏对HMIPv6扩展协 议的研究，在多层MAP的网络环境下，该方案只是支持简单扩展的网络环境，并且移动终端 在多层MAP的网络环境下缺乏灵活性。经典的基于身份的签名方案一般随着签名次数的增 加，签名长度也随之增加。或者签名长度固定，但是安全性却过度依赖困难假设。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种面向多层MAP的HMIPv6网络双向接入 认证方法。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] -种面向多层MAP的HMIPv6网络双向接入认证方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤1 :r〇〇t PKG服务器作为可信第三方，与各层PKG服务器、AR路由器之间建立 可信信道；
[0008] 步骤2 :r〇〇t PKG服务器生成公共参数并生成私钥；
[0009] 步骤3 :r〇〇t PKG服务器根据各层PKG服务器的身份信息为其颁发私钥，每层PKG 服务器根据该层的AR路由器的身份信息为其分配私钥；
[0010] 步骤4 :当移动终端MN离开家乡网络首次接入到HMIPv6网络中的某个MAP下的 AR路由器时，进行初始双向接入认证：当移动终端丽接入HMIPv6网络中时，向root PKG服 务器注册自己的信息并进行双向身份认证；
[0011] 步骤5 :当移动终端丽在当前接入的外地网络中，由当前MAP域中的AR路由器切 换到另一个MAP域或AR路由器时，进行切换认证。
[0012] 步骤4按如下步骤进行：
[0013] 步骤4. 1 :移动终端丽进行移动注册：
[0014] 步骤4. 2 :要接入的MAP下的AR路由器向移动终端丽发送证书认证请求消息；
[0015] 步骤4. 3 :当root PKG服务器验证移动终端MN的证书，如果验证成功，root PKG 服务器检查移动终端MN的节点类型：如果为移动节点，则根据域内绑定更新消息LBU临时 更新绑定缓存，root PKG服务器向AR路由器回送证书认证确认消息CVA和域内绑定确认 消息LBA ;如果不是移动节点，则取消身份认证过程；如果验证不成功，则MN身份认证失败， 不能接入到HMIPv6网络中；
[0016] 步骤4. 4 :AR路由器收到证书认证确认消息CVA后，从移动终端丽的证书中提取 移动终端MN的身份信息对MN进行身份认证：如果身份认证成功，发送认证成功消息VA给 当前MAP通知认证结果，同时AR路由器对域内绑定确认消息LBA进行签名并发送给移动终 端MN ;
[0017] 步骤4. 5 :当前要接入的MAP收到认证成功消息VA后正式更新绑定缓存，将认证 成功消息VA逐层转发给root PKG服务器，向root PKG服务器通知已经对移动终端MN认 证成功；
[0018] 步骤4. 6 :r〇〇t PKG服务器收到认证成功消息VA后更新绑定缓存，对移动终端MN 身份消息注册成功；同时发送证书列表更新消息CLU至所有MAP域及MAP域内所有AR路由 器，通知对移动终端MN的成功认证，所述证书列表更新消息CLU消息携带移动终端MN的证 书；
[0019] 步骤4. 7 :AR路由器转发远程绑定确认消息RBA给移动终端丽并更新证书列表 CL，将移动终端MN的证书加入证书列表；
[0020] 步骤4. 8 :移动终端丽检查TS2的新鲜性并对RBA进行HMAC认证，同时利用AR路 由器的证书对AR路由器进行认证，如果全部认证成功，则完成移动注册，双向接入认证结 束。
[0021] 步骤4. 1按如下步骤进行：
[0022] 步骤4. 1. 1 :移动终端MN分别对远程绑定更新消息RBU和域内绑定更新消息LBU 进行HMAC保护和短签名；
[0023] 步骤4. 1. 2 :移动终端丽验证要接入的MAP下的AR路由器的证书，即验证该证书 中的签名：如果验证成功，则移动终端丽从该AR路由器的证书中提取该AR路由器的身份 信息，否则，移动终端MN取消与该AR路由器之间的双向认证。
[0024] 步骤4· 2按如下步骤进行：
[0025] 步骤4. 2. 1 :AR路由器检查时间戳TS^新鲜性，若新鲜，则执行步骤4. 2. 2,否则； 取消对MN证书的身份认证；
[0026] 步骤4. 2. 2 :AR路由器检查证书列表，若证书列表不存在当前移动终端MN的证书， 则当前移动终端MN为初次接入，AR路由器逐层向root PKG服务器发送证书认证请求消息， 请求对移动终端MN的证书进行认证，然后执行步骤4. 3,否则直接执行步骤4. 3。
[0027] 所述切换认证的过程具体如下：
[0028] 当前MAP域收到移动终端MN的证书并认证成功时，向HMIPv6网络中所有MAP和 AR路由器发送证书列表更新消息CLU更新每一个MAP和AR路由器的证书列表CL ;当移动 终端MN再次在树状MAP域内移动切换时，接入的AR路由器则直接对该移动终端MN进行认 证，无需再对当前MAP进行身份认证请求。
[0029] 有益效果：
[0030] 本发明提出了一种基于节点证书分级身份短签名方案，其安全性是基于h-CDH问 题，而最大的优势在于随着分级级数的增加，私钥长度随之缩减，并且，签名长度不依赖于 分级级数。不仅如此，此方案所依赖的安全模型更具有一般性，它是适应性选择身份的安全 模型假设。
[0031] 本发明的签名方案是基于身份的层次化短签名机制，实现了丽与接入网络身份 的双向认证，在签名方案中，公共参数与已有的方案相比，略有增多，然而由签名方案可以 看出，本方案的私钥长度随着身份级数的增加而减小，并且签名长度为一常数，仅仅含有3 个群元素。由于双线性对與約，岛)可以预先计算，所以验证算法仅需3个双线性对运算，这 一方面是非常有效率的。另外，本方案的安全性是基于h-CDH困难假设而不是其他更强的 假设，并且其安全性不依赖于随机预言机。
【附图说明】
[0032] 图1为本发明【具体实施方式】的多层MAP嵌套下的双向接入认证的HMIPv6网络架 构框架图；
[0033] 图2为本发明【具体实施方式】的面向多层MAP的HMIPv6网络双向接入认证机制示 意图；
[0034] 图3为本发明【具体实施方式】的一种面向多层MAP的HMIPv6网络双向接入认证方 法流程图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0036] HMIPv6网络架构如图1所示，分为三部分：第一部分为可信第三方即root PKG服 务器，是系统默认的根服务器，负责生成系统参数并为下层PKG服务器颁发私钥；第二部分 为多个PKG服务器并组成多个MAP域；第三部分为AR路由器和移动终端MN。当移动终端 MN移动并接入某外地域时，将产生初始接入认证过程；当移动终端MN在外地域内移动并改 变接入点时，将产生切换认证过程。
[0037] -种面向多层MAP的HMIPv6网络双向接入认证方法，如图3所示，包括如下步骤：
[0038] 步骤1 :r〇〇t PKG服务器作为可信第三方，与各层PKG服务器、AR路由器之间建立 可信信道，采用IPSec安全机制保护各层PKG服务器之间和PKG与AR之间的通信；
[0039] 步骤2 :r〇〇t PKG服务器生成公共参数并生成私钥；
[0040] 公共参数 params = (g, gi, g2, g3, u。，Hi，…Hh, U)。root PKG 服务器随机选取 a e zp，选取g2a为主密钥；
[0041] 设最大分级级数为h，root PKG服务器随机选取阶为素数p的群G和生成元g以及 一些元素 hvgrgpivUie G，其中i = 1，…，h，j = 1，…，η ;，1 = 1，…，nM。另外，设呒= 0?)及 U = (ιΟ，root PKG 服务器输出公共参数 params 为：params = (g，g!，g2, g3, u。，Η!，… Hh，U)。root PKG服务器随机选取a e Zp，选取域为主密钥，并计算沿=ga。
[0042] j_l层PKG服务器向上一层PKG服务器输入其身份ID」(Vl，v2，…，Vj J及对应 的私钥'，…4)，其中V]1代表j_l层PKG服务器的身份信息，d' h代表j-1 层PKG服务器的私钥，第j层PKG服务器的身份IDf (Vl，v2，…，v])，v]e Z p，对应的私钥 =H，K+1，…4)。可通过以下方式计算：随机选取7 e Z"
[0047] 随机选取y e Zp，计算：
[0050] 其中t = j+1,…，h，设广=f + .rf，由此可得
[0052] 步骤3 :r〇〇t PKG服务器根据各层PKG服务器的身份信息为其颁发私钥，每层PKG 服务器根据该层的AR路由器的身份信息为其分配私钥；
[0053] 步骤4 :当移动