工业物联网下认证密钥协商方案研究.pdf

摘要

工业物联网作为全球工业体系智能化改革的重要推手，中国战略性新兴产业的重要

组成部分，正在逐步改变人们的生产方式，能够直接通过网络访问智能设备收集的数据。

然而，由于用户在公开信道完成远程访问和数据传输，如何确保用户合法性和数据安全

性成为制约工业物联网发展的重要因素。认证密钥协商技术的提出不仅实现了用户认证，

而且能够协商会话密钥，为数据的安全传输提供保证。因此，研究工业物联网环境下的

认证密钥协商具有重要的理论价值和实际意义。本文面向工业物联网深入研究认证密钥

协商方案。研究成果如下：

(1)针对工业物联网环境下公开信道上同时实现实体认证和数据安全传输，以及用

户同时访问多个智能设备效率低问题，结合椭圆曲线密码学、三因子认证和中国剩余定

理，提出工业物联网中一对多认证密钥协商方案，用于一个用户和多个智能设备之间的

安全认证。安全性分析表明，在真实或随机模型下证明所提方案满足会话密钥不可区分

性。性能分析表明，与相关方案相比所提方案取得更高的安全性、支持更多的功能，同

时取得较低的计算和通信代价。

(2)针对工业物联网环境下网关完全可信假设强不易实现，以及多个用户同时访问

多个智能设备效率低问题，利用椭圆曲线密码学、三因子认证和对称同态加密技术，提

出工业物联网中多对多认证密钥协商方案，用于多个用户和多个智能设备之间的安全认

证。安全性分析表明，在真实或随机模型下证明所提方案满足会话密钥不可区分性。性

能分析表明，与相关方案相比所提方案具有更低的计算和通信代价。

关键字：工业物联网，认证，密钥协商，椭圆曲线密码学，隐私保护

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Abstract

Asanimportantpromoteroftheintelligentreformoftheglobalindustrialsystemandan

importantpartofChina’sstrategicemergingindustries,IndustrialInternetofThingsis

graduallychangingtheproductionwayofpeople,andcandirectlyaccessthedatacollectedby

smartdevicesthroughthenetwork.However,sinceusersrealizeremoteaccessanddata

transmissionthroughopenchannels,howtoensureuserlegitimacyanddatasecurityhas

becomeanimportantfactorrestrictingthedevelopmentofIndustrialInternetofThings.The

proposedauthenticationkeyagreementtechnologynotonlyrealizesuserauthentication,but

alsoagreessessionkeys,whichguaranteessecuretransmissionofdata.Therefore,theresearch

ofauthenticationkeyagreementinIndustrialInternetofThingsenvironmenthasimportant

theoreticalvalueandpracticalsignificance.Inthispaper,theauthenticationkeyagreement

schemeinIndustrialInternetofThingsisstudieddeeply.Theresearchresultsareasfollows:

(1)Duetotherealizationofentityauthenticat