基于椭圆曲线密码体制的网络身份认证系统研究.doc

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1、基于椭圆曲线密码体制的网络身份认证系统研究[摘要]本文介绍了椭圆曲线密码体制和身份认证的相关理论，设计了基于椭圆曲线密码体制的网络身份认证系统，给出了系统的总体结构，探讨了认证模块、代理模块、加密模块的实现方法，并且对系统的安全性进行了分析。　　[关键词]椭圆曲线加密网络身份认证　　　　随着互联网和信息技术的不断发展，电子贸易和网上交易已经逐渐成为企业发展的新趋势，越来越多的人通过网络进行商务活动，同时也为企业创造了高效率和高效益的商务环境，其发展前景十分诱人，但有的黑客假冒合法用户的身份在网上进行非法操作，使合法用户或社会蒙受巨大的损失。身份认证是身份识别(identification

2、)和身份认证(authentication)的总称，是查明用户是否具有所请求资源的存储和使用权，即系统查核用户的身份证明的过程。身份认证的关键是准确地将对方辨认出来，同时还应该提供双向认证，即相互证明自己的身份。身份认证是信息系统的第一道关卡，一旦身份认证系统被攻破，那么系统的所有安全措施将形同虚设。传统的口令鉴别方案通过核对登录用户的二元信息(ID,PW)来鉴别用户的合法身份，但其安全性极低。当前许多应用系统都使用的“用户名+口令”的身份认证方式的安全性非常弱，用户名和口令易被窃取，即使口令经过加密后存放在口令文件中，一旦口令文件被窃取，就可以进行离线的字典式攻击。有的系统也采用基于智

3、能卡或生物特征的身份认证方式，但是系统的研制和开发费用昂贵，只适用于安全性要求非常高的场合。本文设计的基于椭圆曲线密码体制的网络身份认证系统，适用于成本不高但具有较高安全性的系统。该系统可以抵抗重放攻击并避开时间戳漏洞，具有安全性高、速度快、灵活性好、适用性强的特点。　　一、椭圆曲线密码体制　　椭圆曲线加密法ECC(EllipticCurveCryptography)是一种公钥加密技术，以椭圆曲线理论为基础，利用有限域上椭圆曲线的点构成的Abel群离散对数难解性，实现加密、解密和数字签名，将椭圆曲线中的加法运算与离散对数中的模乘运算相对应，就可以建立基于椭圆曲线的对应密码体制。椭圆曲线是

4、由下列韦尔斯特拉斯Weierstrass方程所确定的平面曲线:　　E:y2+a1xy+a3y=x3+a2x2+a4x+a6　　椭圆曲线加密算法以其密钥长度小、安全性能高、整个数字签名耗时小，使其在智能终端应用中有很大的发展潜力，比如掌上电脑、移动手机等都能有更好的表现。而在网络中，ECC算法也保证了其协同工作的实时性，使用ECC算法加密敏感性级别较高的数据(如密钥)，速度上能够满足大数据量要求，而且安全性高，能很好地保障系统的安全。　　由于椭圆曲线密码体制的安全性只与椭圆曲线的安全性有关，而椭圆曲线安全性是由ECDLP求解的困难性决定的，因此，为了保证ECDLP是难解的，在选取椭圆曲线的

5、时候除了选择合适的参数(a,b)，使得相应的Weierstrass方程满足非超奇异椭圆曲线的要求外，还要选取合适的有限域GF(q)，使得q满足#E能被一大素数(≥430位的整数)整除，或q本身就是一个大素数。安全的椭圆曲线也就是能抵抗各种已有攻击算法攻击的椭圆曲线。　　1.选取安全椭圆曲线时应该遵循的一些原则　　(1)E选用非超奇异椭圆曲线，而不选取奇异椭圆曲线、超椭圆曲线以及反常椭圆曲线；　　(2)#E不能整除qk-1，1≤k≤20；　　(3)当q=P为素数时，#E应为素数，随机选取椭圆曲线上的一点作为基点；当q=2m时，#E应包含大的素因子，如#E=2n,4n，其中的n是大素数，且m

6、不取合数。随机选取E上一阶为n的点作为基点；　　(4)选择以基点生成循环子域H∈GF(q)上实现ECC，

7、H

8、是#E的最大素因子。　　2.描述一个利用椭圆曲线进行加密通信的过程　　(1)用户A选定一条椭圆曲线Ep(a,b)，并取椭圆曲线上一点作为基点G，选择一个私有密钥k，并生成公开密钥K=kG；　　(2)用户A将Ep(a,b)和点K,G传给用户B；　　(3)用户B接到信息后，将待传输的明文编码到Ep(a,b)上一点M，并产生一个随机整数r(r计算点C1=M+RK；C2=RG；　　(4)用户B将C1、C2传给用户A；　　(5)用户A接到信息后，计算C1-kC2，结果就是点M。　　因为C1

9、-kC2=M+rK-k(rG)=M+rK-r(kG)=M，再对点M进行解码就可以得到明文。　　在这个加密通信中，如果有一个入侵H，他只能看到Ep(a,b)、K、G、C1、C2而通过K、G求k或通过C1、C2求r都是相对困难的。因此H无法得到A、B间传送的明文信息。基于椭圆曲线的密码体制如图1所示。　　二、基于椭圆曲线密码体制的网络身份认证系统　　由于网络具有信息量大的特点，其主要威胁来自于非授权用户的非法访问，因此它对数据完整性的要