基于口令的认证密钥交换协议_王天芹
一种实现双向认证动态口令身份认证措施
一种实现双向认证的动态口令身份认证方案 来源：网店装修 https://www.360docs.net/doc/7717155819.html, 摘要本文在分析现有动态身份认证系统的基础上，结合使用国际标准加密算法设计了双向通信协议、动态密码生成算法、以及动态重调机制，解决了目前动态身份认证系统只能实现服务器对客户端的单向认证的缺陷，和以牺牲口令随机度来解决“失步”问题的不足。 关键词双向身份认证、动态口令、同步重调，动态身份认证系统 身份认证技术是信息安全理论与技术的一个重要方面，它是网络安全的第一道防线，用于限制非法用户访问受限的网络资源，是一切安全机制的基础。这也就使之成为黑客攻击的主要目标。因此使用一个强健有效的身份认证系统对于网络安全有着非同寻常的意义。 就国内外身份认证技术的发展情况来看，最传统的身份认证方式是帐号——口令方式；新兴的身份认证方式包括：生物特征识别法、动态口令<又称一次性口令）认证法等。本文中主要展开对动态口令认证法的讨论和研究。 1 背景知识介绍 1.1 PKI体系 PKI PKI的基础技术包括加密、数字签名、数据完整性机制、数字信封、双重数字签名等。完整的PKI系统必须具有权威认证机构(CA>、数字证书库、密钥备份及恢复系统、证书作废系统、应用接口 IKE协议(因特网密钥交换协议) 因特网密钥交换协议（IKE）是一份符合因特网协议安全（IPSec）标准的协议。它常用来确保虚拟专用网络VPN（virtual private network）与远端网络或者宿主机进行交流时的安全。对于两个或更多实体间的交流来说，安全协会（SA）扮演者安全警察的作用。每个实体都通过一个密钥表征自己的身份。因特网密钥交换协议（IKE）保证安全协会（SA）内的沟通是安全的。因特网密钥交换协议（IKE）是结合了两个早期的安全协议而生成的综合性协议。它们是：Oakley协议和SKEME协议。因特网密钥交换协议（IKE）是基于因特网安全连接和密钥管理协议ISAKMP（Internet Security Association and Key Management Protocol）中TCP/IP框架的协议。因特网安全连接和密钥管理协议ISAKMP包含独特的密钥交换和鉴定部分。Oakley协议中指定了密钥交换的顺序，并清楚地描述了提供的服务，比如区别保护行为和鉴定行为。SKEME协议说明了密钥交换的具体方法。尽管没有要求因特网密钥交换协议（IKE）符合因特网协议安全（IPSec）的内容，但是因特网密钥交换协议（IKE）内的自动实现协商和鉴定、否则重发服务（请参考否则重发协议）、凭证管理CA（Certification Authority）支持系统和改变密码生成方法等内容均得益于因特网协议安全（IPSec）。 Intenet密钥交换协议(IKE)是用于交换和管理在VPN中使用的加密密钥的.到目前为止,它依然存在安全缺陷.基于该协议的重要的现实意义,简单地介绍了它的工作机制,并对它进行了安全性分析;对于抵御中间人攻击和DoS攻击,给出了相应的修正方法;还对主模式下预共享密钥验证方法提出了新的建议;最后给出了它的两个发展趋势:JFK和IKEv2. Internet key exchange (IKE) is the protocol used to set up a security association in the IPsec protocol suite, which is in turn a mandatory part of the IETF IPv6 standard, which is being adopted (slowly) throughout the Internet. IPsec (and so IKE) is an optional part of the IPv4 standard. But in IPv6 providing security through IPsec is a must. Internet密钥交换（IKE）解决了在不安全的网络环境（如Internet）中安全地建立或更新共享密钥的问题。IKE是非常通用的协议，不仅可为IPsec协商安全关联，而且可以为SNMPv3、RIPv2、OSPFv2等任何要求保密的协议协商安全参数。 一、IKE的作用当应用环境的规模较小时，可以用手工配置SA；当应用环境规模较大、参与的节点位置不固定时，IKE可自动地为参与通信的实体协商SA，并对安全关联库（SAD）维护，保障通信安全。二、IKE的机制IKE属于一种混合型协议，由Internet安全关联和密钥管理协议（ISAKMP）和两种密钥交换协议OAKLEY与SKEME组成。IKE创建在由ISAKMP定义的框架上，沿用了OAKLEY 的密钥交换模式以及SKEME的共享和密钥更新技术，还定义了它自己的两种密钥交换方式。IKE使用了两个阶段的ISAKMP：第一阶段，协商创建一个通信信道（IKE SA），并对该信道进行验证，为双方进一步的IKE通信提供机密性、消息完整性以及消息源验证服务；第二阶段，使用已建立的IKE SA建立IPsec SA（如图1所示）。 认证方式比较 1.认证方式总述 我们日常工作中设置的各种认证保护措施，都可以归纳为三种：他知道的内容、他持有的证明和他就是这个人。他知道的内容可以是一个密码，个人的身份证号或者母亲的姓名等，通过他知道的内容的方式进行认证是最经济的，但同时也是最不安全的；他持有的证明可以是证书、钥匙和门卡等，这种认证方式很容易丢失；他就是这个人指的是生物认证识别，可以唯一标识出你就是这个人。上面的三种方式单独一种都有各自的制约条件，因此出现一种加强认证，加强认证至少包含上面三项认证方式中的任意两项。 2.分类说明 用于身份认证的加密方式大致分为：静态口令、动态口令（令牌）、数字证书、生物识别和智能卡。 2.1静态口令 静态口令的实际就是一个口令字，口令字是一个受保护的字符串，通常用于个人身份的认证，口令字属于上面三种方式中的“他知道的内容”。口令字是日常使用最为普遍的一种认证方式，但是安全性也是最脆弱的一种认证方式，口令字很容易被别人偷窥或者通过猜测你的名字、生日、配偶的名字等猜测出来，复杂的口令字用户很难记住，因此常常会将口令写到便签纸上，这样就很容易给别人可乘之机。 2.2动态口令 动态口令也叫做一次性口令字，它比静态口令安全的多，用户在一次应用中使用一个动态口令，在操作完成以后将废除这个口令字，因此黑客即使获得了动 态口令也是没有用的。动态口令一般分为两种：同步和异步，主要是通过与服务器通讯的硬件令牌产生。同步的动态口令是硬件令牌与服务器端的进行同步的设置，这种同步可以是基于时间的同步，也可以是基于事件的同步，根据同步的类型硬件令牌生成一次性口令字，同时服务器端也可以认证这个口令的有效性；异步的动态口令是硬件令牌通过与服务器完成质询/应答的过程进行认证口令的。 2.3数字证书 数字证书其本质是利用公私钥的数据加解密技术来实现身份认证的技术。数字证书技术是一种完全区别于口令字的一种认证方式，它是一种非对称算法实现的一种公钥机制，它可以完成数据的通明加解密和签名验签。用户的公钥将暴露给外面的任何人，私钥只能由自己保存不能外泄，这样就保证了别人用我的公钥加密后只能由我解密获得信息，这种加解密技术主要是运用数学中的大数分解的原理，因此很难被破解。 2.4生物识别 生物识别的种类大致可以分为：指纹、手掌扫描、手形扫描、视网膜扫描、虹膜扫描等。生物识别技术是最不容易被仿冒和破译的一种认证方式，它可以代表一个真实的主体。对于生物识别技术的应用目前还是在很少的范围内，原因有两个：一是技术还不够成熟，二是生物识别的造价过高。等误判率（crossover error rate，CER）是衡量一种生物识别技术好坏的重要参数，它是两种错误判断的一个比例值，一是错误接收，另一个是错误拒绝。生物识别技术安全系数最高，几乎无法被仿冒和破译，但是由于它的造价过高和CER指数的过高导致了这种技术的应用还不够广泛。 2.5智能卡 由于智能卡本身就是一个微处理器和集成电路，所以智能卡有处理信息的能力。由于智能卡能够处理存储在其中的信息，因而它提供了双因子认证，这是因为他需要用户输入PIN码才能打开智能卡。这就意味着用户必须提供“他知道的 The X3DH Key Agreement Protocol X3DH密钥协商协议 原作者：Moxie Marlinspike 原编辑：Trevor Perrin 中文版翻译：pior 原文版本：Revision 1, 2016-11-04 中文译本：V0.1, 2020-04-27 目录 1 简介 (3) 2 预备知识 (3) 2.1 X3DH参数 (3) 2.2 密码符号 (3) 2.3 角色 (4) 2.4 密钥 (4) 3 X3DH协议 (5) 3.1 概述 (5) 3.2 发布密钥 (5) 3.3 发送初始消息 (6) 3.4 接收初始消息 (8) 4 安全要素 (8) 4.1 身份认证 (8) 4.2 协议重放 (9) 4.3 重放与密钥重用 (9) 4.4 可否认性 (9) 4.5 签名 (10) 4.6 密钥泄露 (10) 4.7 服务器信任 (11) 4.8 身份绑定 (11) 5 知识产权 (11) 6 致谢 (11) 7 参考 (12) 1简介 本文描述了“X3DH”（也称为“扩展的三重Diffie-Hellman”）密钥协商协议。X3DH协议基于公私钥认证，在通信两方之间建立共享密钥。X3DH协议提供了转发保密性和加密可否认性。X3DH协议是为异步通信而设计的，若“Bob”离线，用户“Alice”也可使用“Bob”已向服务器发布的一些信息向其发送加密数据，并为将来的通信建立共享密钥。 2预备知识 2.1X3DH参数 使用X3DH协议的应用程序必须确定几个参数，见表1： 表 1 X3DH参数表 名称定义 椭圆曲线类型 25519 or X448 散列函数 一个256位或512位的散列函数（例如：SHA-256、SHA-512） 信息 标识应用程序的ASCII字符串 例如，应用程序可以选择椭圆曲线X25519、散列函数SHA-512和信息“MyProtocol”，应用程序还必须定义一个编码函数encode（PK），以便将 X25519或X448的公钥PK编码为字符串。建议的编码函数由一些表示椭圆曲线类型的单字节常量组成，然后是u坐标的小尾数编码[1]。 2.2密码符号 本文在描述X3DH协议时，将使用以下符号： ●X||Y，表示字符串X和Y的连接。 ●DH（PK1,PK2），表示由椭圆曲线Diffie-Hellman函数输出的密钥，参 数PK1和PK2表示两个不同密钥对的公钥。椭圆曲线Diffie-Hellman 函数可选X25519或X448函数，具体取决于椭圆曲线参数。 ●Sig（PK,M），表示用公钥PK对应的私钥对消息M进行签名，如XEdDSA 数字签名机制，可用公钥PK进行签名验证。XEdDSA的签名和验证功能 新一代动态密钥协商协议IKEv2的研究与分析 周耀鹏1,2,李志华1 (1.江南大学信息工程学院，2.无锡科技职业学院,江苏无锡 214122) 摘要: IKE协议作为IPSec体系中动态密钥协商机制，极大地增强了IPSec体系的安全性。而IEKv2作为IKE的替代者，对原有的IKE协议进行了诸多方面的改进。本文首先简单介绍了IKE协议，然后重点分析了IKEv2具体协商过程，最后阐述了IKEv2的发展趋势。 关键词：IP安全(IPSec)；Internet动态密钥交换(IKE)；IKE第二版本（IKEv2）；动态密钥协商 中图分类号：TP393.08 文献标识码：A Research and Analysis about the New Generation Dynamic Key Negotiation Protocol IKEv2 Zhou Yao-peng,Li Zhi-hua (1.Jiangnan University,School of Information Technology,2.Wuxi Professional College of Science and Technology,Jiangsu,Wuxi 214028，China) Abstract: As the dynamic key negotiation mechanism in the IPSec system,IKE improves the safety of the IPSec system greatly.Being a substitute,IKEv2 makes IKE be improved in many aspects.This paper introduces the IKE protocol in brief, and emphatically analyzes the concrete negotiation process of IKEv2,finally elaborates the IKEv2 trend of development. Key words:IP Security（IPSec）；Internet Key Exchange（IKE）；version 2 of Internet Key Exchange（IKEv2）；dynamic key negotiation 引言 目前网络安全的重要性日益突出，IKE协议作为IPSec体系的组成部分，极大地增强了网络通讯的安全性。但是IKE协议具有很多缺陷，为此新的IKEv2协议在IKE的基础之上进行了大量的改进，从而进一步增强IPSec体系的安全性，为上层网络的安全性提供了保障。 1 IKE简介 IKE协议属于整个IPSec体系结构中的动态密钥协商部分，它是多种动态密钥交换机制之一，也是目前事实上的工业标准。IKE协议主要用于进行虚拟专用网VPN的认证与SA会话密钥的协商。它可以动态地建立安全关联，为通信双方提供IPSec安全通信所需的相关信息，例如加密算法、会话密钥、通信双方身份认证等。 IKE机制协商的目的是产生一个通过验证的密钥和提供双方同意的安全服务，即最终提供IPSec 安全关联（IPSec SA），使进行通讯的IPSec VPN之间能够建立安全的数据通讯隧道。IKE主要通过两个阶段的协商过程来建立IPSec安全关联（IPSec SA）。第一阶段建立ISAKMP SA，第二阶段利用第一阶段得到的ISAKMP SA进一步协商从而建立IPSec SA。 IKE是一种混合型协议，其复杂性一直受到业界广泛的批评。另外，IKE还存在很多问题。 36卷 第7期 ol.36 No.7 2010年4月 A 对一个口令认证协议的可攻击性分析及改进 柯芳芳，唐西林，章启恒 (华南理工大学理学院数学系，广州 510640) 摘 要：Rhee H S 等人(Computer Standards & Interfaces, 2009, No.1)提出的协议使用移动设备代替智能卡记忆数据降低风险和成本，但该协议仍存在一些不足。针对该问题，基于Chan-Cheng 攻击案例，指出该协议难以抵抗假冒攻击和离线口令猜测攻击，为克服这些缺陷，给出一种改进方案，通过实验证明了该方案可以有效抵抗上述2种攻击，并能保证其口令的秘密性及身份认证的安全性。 关键词：口令认证；智能卡；假冒攻击；离线口令猜测攻击 Attack Analysis and Improvement of Password Authentication Protocol KE Fang-fang, TANG Xi-lin, ZHANG Qi-heng (Department of Mathematics, School of Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640) 【Abstract 】Thel protocol proposed by Rhee H S et al(Computer Standards & Interfaces, 2009, No.1) uses mobile equipment to replace smart card to reduce risk and cost, but it exists some demerits. Aiming at this problem, based on Chan-Cheng attack case, it points out that the protocol can not resist impersonation attack and off-line password guessing attack. In order to overcome these drawbacks, it gives the improved scheme. Experimental results show this scheme is strongly resistant to both of these attacks, which keeps the password secret and authenticating ID. 【Key word 】password authentication; smart card; impersonation attack; off-line password guessing attack 计 算 机 工 程 Computer Engineering 第V pril 2010 术· 文章编号：1000—3428(2010)07—0142—02 文献标识码：A 中图分类号：N945 ·安全技1 概述 口令认证协议是远程用户登录系统中必不可少的一个方面。早在20世纪80年代，动态口令认证协议被广泛应用于各种远程登录系统中。口令认证协议发展至今，远程用户登录系统一般分为3个阶段：(1)注册阶段。用户提供身份证明和口令给服务器进行注册，成为合法用户。(2)登录阶段。用户输入口令，提交登录请求和登录信息。(3)验证阶段。服务器验证用户合法性，验证通过后并向用户提交双向认证信息。随着口令认证协议的发展，对于口令认证协议的发展，相应的口令认证协议的攻击也发展起来。对于口令认证协议的攻击有几种：离线口令猜测攻击，假冒攻击，窃取凭证攻击，拒绝服务器攻击，重放攻击等。在传统的口令认证方案中，服务器储存相应的二元对(,)i i ID PW ，用户登录是输入口令与其匹配即可。但这种储存用户口令的方法容易遭受窃取凭证的攻击。此后的诸多协议中，虽然将二元对改为验证因子列表保存，这仍然难以抵抗诸多攻击方法且保存用户口令数据的问题认未解决。在ElGamal 签名认证方案[1]和基于身份认证签名方案[2]的基础上，文献[3]提出一个智能卡口令认证方案，它具有以下意义：(1)用户可以随意修改密码；(2)远程认证系统不再储存口令相关的验证因子列表；(3)运用时间戳方案，系统可以抵抗重放攻击。为减少风险和降低成本，许多协议多使用智能卡保存一些数据，以此不再增加服务器的存储负担。现存的口令认证协议基本上是与智能卡结合使用，可惜智能卡成本较高且限制申请对象。文献[4]协议是在现有智能卡口令认证协议的基础上进行改进，使其协议能配合移动设备使用，降低成本。移动设备虽然成本较低，但不具备良好的防篡改性。文献[4]协议指出了Fan-chan-zhang 协议难以抵抗假冒攻击以及khan-zhang 协议不能抵抗假冒攻击和离线口令猜测攻击，并以安全的移动设备代替智能卡从而降低 成本。而本文则认为文献[4]协议仍然存在一些不足，依然难以抵抗假冒攻击和离线口令猜测攻击。 2 文献[4]协议 本文用到的符号如下：U 表示用户；S 表示服务器；i i ID 表示用户身份证明；i PW 表示用户口令；p 为一个大素数； ()H ?, ()h ?为函数；Hash s x 为服务器密钥；e 为服务器公钥；为阶为G p 的群。 2.1 注册阶段 注册阶段的步骤为：(1)通过安全信道提交i U i ID 和i PW 给服务器。(2)接收到S S i ID 和i PW 后，S 产生一个随机数并计算：，其中，,, i r 12(,)i i i Y Y Y =i r G ∈1()mod i s r x i i Y I i D H PW p =?2i Y =mod i r i ID p 。(3)通过安全信道将写入用户的移动设备保存。 S ((),(),,)i H h p Y ??i U 2.2 登录阶段 如果用户要登录服务器，将移动设备插入终端，输入他的身份i ID 和口令i PW 。移动设备执行以下操作：(1)选取随机数,a b G ∈。(2)计算1 mod () i i i Y Y p H PW ′= 及12()a i C Y == ()mod i r a i ID p od 。(3)计算()m i i M H Y T ID p ′=⊕⊕, 22()a i C Y =? mod M p , ，其中，T 为 当前时间戳。(4)发送到服务器，同 32()()mod i r b b i i C Y ID ==p 2123(,,,,,)i i C ID Y C C C T =S 基金项目：国家自然科学基金资助项目(10571061) 作者简介：柯芳芳(1984－)，女，硕士研究生，主研方向：密码学； 唐西林，教授；章启恒，硕士研究生 收稿日期：2009-10-10 E-mail ：285797713@https://www.360docs.net/doc/7717155819.html, —142 — 一种实现双向认证动态口令身份认证方案 摘要在分析现有动态身份认证系统的基础上，结合使用国际标准加密算法设计了双向通信协议、动态密码生成算法、以及动态重调机制，解决了目前动态身份认证系统只能实现服务器对客户端的单向认证的缺陷，和以牺牲口令随机度来解决“失步”咨询题的别脚。关键词双向身份认证、动态口令、同步重调，动态身份认证系统，别可否认基于动态口令的身份认证系统给络安全带来了福音。它的优点，如动态性、一次性、随机性、多重安全性等，从全然上有效修补了传统身份认证系统存在的一些安全隐患。比如，能够有效防止重放攻击、窃听、推测攻击等。但就目前的研究成果、使用事情来看，它同样也存在这别脚，以及技术上的难关。现有的基于动态口令的身份认证系统都只能实现单向认证，即服务器对客户端的认证，如此就别能幸免服务器端的攻击。随着络应用的多样性进展，越来越多的络应用要求可以实现双向认证以确保双发的利益，如电子商务、金融业务等，所以实现双向认证就成为了身份认证的一具必定趋势。关于同步认证技术来说，保证服务器端和客户端的高度同步是必需的。此时怎么保持服务器和众多客户端同步就成了一具技术难关。基于同步认证技术的动态身份认证系统都存在“微小漂浮”咨询题，也即“失步”。目前的解决方法往往是以牺牲口令的随机度来弥补那个缺陷。这无疑给系统带来了很大的安全隐患。固然异步认证技术别存在“极小”咨询题，但是它进行认证的过程比较繁琐，占用通讯时刻太长，效率比较低。针对上面提到的动态口令认证系统的别脚和缺陷设计了一具新方案。该方案采纳双向认证通信协议实现了双向认证，并设计了一种失步重调机制。2.2改进方案2.2.1双向认证通信协议在那个协议中使用了直接信任模型，即客户端和服务器端经过注册时期而建立直接信任关系。（直接信任是最简单的信任形式。两个实体之间无须第三方介绍而直接建立起来的信任关系称为直接信任。）协议中包括两个时期：注册时期、登陆时期。1）注册时期注册时期是为了让Client和Server建立初始信任关系。整个注册过程经过安全信道进行。注册时期中Client和Server交换各自的id和公钥。服务器端将加密后存储。客户端将加密后存储在令牌中。Client将和本次的动态密码用自己的私钥加密，再和，此次产生的随机数R一并用Server的公钥加密后发送给Server。发送完毕后，客户端会将R备份，并启动计时器，若超过一定时刻T后仍无收到Server的应答数据包则丢弃该随机数R；或在T范围之内收到Server应答数据包进行验证后丢弃该随机数R。，，，一种实现双向认证动态口令身份认证方案飞雪 一种基于动态口令的身份认证系统研究 傅德胜1，陈 昕2 (南京信息工程大学 计算机与软件学院, 江苏 南京 210044) 摘 要：身份认证在信息安全中起着非常重要的作用，建立安全的身份认证机制成为终端安全的关键之一。作为一种新型的认证模式，动态口令比传统的静态口令更加安全、可靠。本文阐述了动态口令的原理及现有动态口令方案的缺点，设计了一种新型的身份认证系统，并对其有效性进行了分析。 关键词：动态口令；身份认证；安全性 中图法分类号:TP309文献标识码: A A Study of Authentication System based on Dynamic Password FU De-sheng1, CHEN Xin2 (Department of Computer & software, Nanjing University of Information Science & Technology, Nanjing Jiangsu 210044, China) Abstract: Identity authentication plays a very important role in the system security, establishing a secure authentication mechanism becomes one of the keys in the terminal security. As a new mode of authentication，dynamic password is more secure and reliable than traditional static password. This paper describes the principle of dynamic password and disadvantages of the existing dynamic protocols，designs a new type of authentication system and analyzes the effectiveness of it. Key words: dynamic password; identity authentication; security 0 引言 身份认证是系统安全中最重要的问题，只有在进行安全可靠的身份认证的基础上，各种安全产品才能最有效地发挥安全防护作用；也只有完成了身份认证，网络系统才可能安全、高效地开放和共享各种网络资源、系统资源、信息资源。 目前大部分网络系统所使用的访问控制方法是传统的静态口令认证技术，通过用户名和口令的匹配来确认用户的合法性。但是，随着网络技术的进一步发展，以静态口令为基础的认证方式面临着很多的安全问题，渐渐无法满足用户的需求。动态口令的概念就是在这样的情况下产生的，它采用了基于同步或者异步方式而产生的一次性口令来代替传统的静态口令，从而避免了口令泄密带来的安全隐患。目前，基于动态口令的身份认证系统已应用在电子商务，电子政务，银行，证券等诸多领域。 1 传统的身份认证方式 传统的身份认证方式就是用户名口令核对法：系统为每一个合法用户建立一个ID／PW 对，当用户登录系统时，提示用户输入自己的用户名和口令，系统通过核对用户输入的用户名，口令与系统内已有的合法用户的ID／PW是否匹配，来验证用户的身份。 这种静态口令认证方式存在很多问题，最常见的是网络数据流窃听、截取/重放、暴力破解、窥探等攻击方式。静态口令的不安全因素是信息系统普遍存在的隐患。基于口令认证的身份鉴别的安全性成为信息安全中迫切需要解决的一个问题，动态口令认证方式应运而1傅德胜，男（1950--），教授，主要研究领域：信息安全 2陈昕，女（1984--），在读硕士研究生，主要研究领域：信息安全 动态口令身份认证专利技术分析 动态口令能弥补静态口令技术的大部分安全缺陷，广泛应用于身份认证技术中。文章基于CPRSABS和DWPI数据库，对基于动态口令的身份认证技术相关专利进行了梳理和分析，对涉及动态口令技术的研发有较大帮助。 关鍵词：动态口令（OTP）；身份认证；技术演进；专利 Abstract：The one-time password （OTP）can make up for most of the security defects of static password technology，and is widely used in identity authentication technology. Based on the databases of CPRSABS and DWPI，this paper sorts out and analyzes the patents of identity authentication technology based on dynamic password，which is helpful to the research and development of OTP technology. Keywords：one-time password （OTP）；identity authentication；technology evolution；patent 1 概述 本文以基于动态口令身份认证的专利申请作为分析对象，重点分析全球范围内关于动态口令身份认证专利的四个主要技术分支，研究动态口令身份验证技术的技术发展趋势。 2 技术发展概述 随着网络交易的猛增所带来的安全问题日益突出，动态口令身份认证技术开始受到越来越多人的青睐；美国的RSA公司最早开始本领域的专利申请，2001-2008年动态口令身份认证专利申请量增长显著，2009年其申请量达到一个小高峰，2009年至今整体呈现稳步上升的趋势。本文通过分析专利申请的趋势来梳理动态口令技术的技术发展脉络；总的来说，动态口令身份认证技术专利主要集中在以下几个方面：动态口令的产生、口令的下发、口令表现形式以及动态口令与其他认证方法结合的多重认证技术。 2.1 动态口令的产生 动态口令身份机制需要基于一种密码算法，将用户的身份和某种变动因子作为密码算法的输入参数，输出的结果即为动态口令，不同的变动因子构成了不同的动态口令产生技术。 90年代基于动态口令的身份验证技术开始萌芽，美国RSA公司成功研制了基于时间同步的动态口令认证系统RSA SecureID，RSA于1984年抢先进行了专利布局，申请了基于时间同步的动态口令相关专利（US4720860B），其提供一个用户身份唯一标识码以及动态变量，通过预定的算法生成一个不可预测的码，该 安盟动态口令身份认证系统 产品说明文档 1动态口令身份认证系统原理 在传统的静态口令验证系统中，由于口令为“一次设置，重复使用”，由于口令的重复使用而增加了口令丢失和破解的危险性，降低了系统的安全系数，特别是在互联网环境下，黑客、木马和病毒泛滥，使得静态口令更加容易被泄露，造成企业信息系统和资源的非授权访问，导致直接经济损失和间接的信誉和商誉损失。 所以，除了用户记忆的静态口令外，还需要增加一个物理因素，如令牌，这样采用你所知道的（记忆的静态密码）和你所拥有的（令牌）两个要素构成有效密码，实现严格身份信息验证，而你所拥有的要素必须具有不可复制和篡改的性能。 动态口令认证即是依据上述原理实现的双因素强身份认证系统： 1)本系统以令牌作为信物，实现双因素认证。令牌显示依据种子密钥和时间随机计算的动态口 令，具有不可复制和篡改的性能，而后台认证系统认为，只有持有令牌才可能输入正确的密码，反过来说，只要输入了当前时间点的正确密码，就可以认为持有可信的要素，即令牌。 用户登录时，必须同时验证静态口令（称之为PIN码）和动态口令，只有两者均正确时才能确认用户身份 2)令牌与服务器之间的同步。令牌和认证服务器一般以密钥和时间为基础，每隔一定时间（常 见为60妙）就计算出一个口令，由于令牌和认证服务器双方都共享了对称密钥、时间因子和计算方法，所以计算出来的口令就是同步的和唯一的。 3)一次一密。令牌上显示的密码只有在当前时间点有效，且使用一次即失效，实现高强度的安 全性。 系统的部署结构如下： 解决的主要问题： 1)密码安全管理问题，实现不依赖于客户端安全意识和安全习惯可控的安全性，用户也免于设置复 杂密码、记忆并定期更新之苦。 信息安全 ? Information Security 200 ?电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering ●基金项目：2017年怀化职业技术学院科学研究项目“基于PKC 的无证书群认证密钥协商协议研究”（KY201708）。 【关键词】密钥协商 认证密钥协商协议 安全 近年来，科学技术的发展推动了互联网技术的发展，一些新型技术，如大数据、云计算等先进技术成为当代信息技术发展的主流方向。随着网络的进一步开放，以及网络功能的强大，信息安全的重要性日益凸显。能否处理好信息的收集、加工和加密等方面的安全性，是衡量一个国家科技实力的重要指标，也是国家战略力量的重要组成部分。此外对一个国家，一个民族来讲，还具有重要的政治意义和战略意义。在此形势下为了有效保护信息，要采用密码学的相关知识，发挥出密码学在保护信息完整性、保密性、可用性、可控性和不可否认性等方面的作用。密钥协商作为密码学的一个重要分支，也成为当前信息安全领域的一个非常重要的研究方向。 1 密钥协商协议 Dif?e 和Hellman[1]经过多年的研究，在1976年首次公开了他们的研究成果。其研究成果为给出了密钥协商的具体协议内容，由此开创了公钥密码学这一新概念，推动了密码学的发展。从密匙的协议内容上来看，密匙协商的适用范围为开放性的网络，在开放性网络中，通过两个或多个的参与者，在不为人知的网络信道中进行协商，然后根据各参与者的要求，以协商出一个能够适用于参与之间在未来进行安全通信的会话密钥。在构建出会话密钥以后，会根据密匙协商的协议，将其作为更高级别密钥协商协议的基本模块。 与密钥协商协议相比，认证密钥协商协议的安全性更高，主要原因在于其具备的认证机制，这样不仅允许参与者建立起共享会话密钥，还能够在构建了会话密匙以后，通过认证机制对于参与者的身份进行认证，在认证通过 试论密钥协商协议及其安全性 文/邓飞 以后才能够允许参与者使用会话密匙进行保密 通信。此外认证密匙协商协议的发展对于增强通信网络中的安全性具有重要的意义。得益于认证密匙协议良好的兼容性，认证密匙协议能够发挥出基础的作用，在结合了数字签名、数据加密技术以后，能够形成安全性更高的密码算法，满足数据安全、密钥管理、保密通信等方面的安全通信需要。 2 密钥协商协议的种类和作用 根据构成密匙协商协议的底层协议不同， 密匙协商协议可以从公钥证书、身份、口令三个方面进行区分。首先基于公钥证书的密钥协商协议是指在公开网络中，每一个网络的参与者都可以获得由CA 签发的认证证书，这是每个参与者的独一无二的身份标识。然后当网络中的两个或者多个参与者试图构建通信时，他们则可以根据自己所掌握的长期公钥，在经过认证机制的证书认证以后，会验证长期公匙的真实性。在验证通过以后，参与者们会进行会话密匙的短期交换，在短期交换中所获得的密匙为短期的公钥，然后和参与者所获得的长期公钥共同组成会话密钥，以此保证了网络通信中的信息安全。为了更好的解决长期密匙和短期密匙的构成问题，通常可以在经过CA 认证以后，还可以使用公钥基础设施(简称PKI)进行解决。PKI 是针对公钥密码的不足而改进的一种优化技术。传统的密匙认证，如基于目录的公钥认证框架X.509证书，该类证书认证要求较高，所以无论是建立还是维护都需要耗费大量的时间。鉴于基于公钥证书的密钥协商协议繁多的数字证书和较长的认证过程，Shamir[2] 对PKI 中的并?缓解进行了删减优化，根据用户所认证过的密匙而自动为用户生成私钥，其所提出的这种密匙协商协议则为基于身份的密匙协商协议。基于身份的密匙协商协议是建立在用户的身份信息基础之上，如用户的身份证号码、IP 地址、电子邮件地址等。这些独一无二的信息在经过私钥生成器(简称PKG)以后，会根据个人信息而产生数字签名，然后自动生成生成私钥。为了更好的解决基于身份的密匙协商协议的安全问题，Cocks 和Boneh 和Franklin 基于二次剩余问题，提出利用PKG 代替Cocks 的方案。虽然基于PKG 而自动生成的用户私钥，大大加快了密匙生成的 速度，便利了通信传输，但是这种方式也存在着较为严重的安全隐患。一旦遭到网络攻击或是PKG 计算过程中发生食物，都会导致用户的私钥发生泄漏问题。在推动基于身份的密匙协商协议发展的同时，又产生了密钥托管问题。 为了解决密钥托管问题，Girault 提出了用用户自行决定私钥的概念，即在基于公钥证书的密钥协商协议和基于身份的密匙协商协议基础之上，综合利用两种密匙协商协议的优点，先行经过CA 认证的数字证书，然后公钥由系统自动生成，私钥则由用户根据自己的信息自行选择。这种新提出的解决方案，可以有效规避基于公钥证书的密钥协商协议和基于身份的密匙协商协议中所产生的问题，推动了密匙协商协议的进一步发展。 3 结束语 密匙协商协议的发展较快，市场上存在着种类较多的密匙协商协议。因而在对密匙协商协议进行概括时，具有一定的难度，无法将其完全概括出来。且网络环境较为复杂，密匙协商协议的安全性也会随着网络攻击的变化而变化，不可一一归纳。随着密匙协商协议的日渐成熟，关于密匙协商协议的研究成为热门的研究方向。在新的研究成果的推动之下，密匙协商协议的理论得到了丰富。但也要看到，密匙协商协议的研究中依然存在着不足。如当前的安全模型都没有考虑物理攻击等等问题。还需要继续不断深化研究，才能够使密匙协商协议真正的发展起来。 参考文献 [1]魏振宇,芦翔,史庭俊.基于PKI 体 系的跨域密钥协商协议[J].计算机科学,2017,44(01):155-158. [2]郭瑞.高效的可证明安全无证书公钥密码 体制及其应用[D].北京邮电大学,2014. 作者简介 邓飞（1978-），男，湖南省怀化市人。副教授，网络工程师。研究方向为Web 网络与信息安全。 作者单位 怀化职业技术学院信息与艺术设计系 湖南省怀化市 418000 PKI身份认证和动态口令身份认证技术比较 ?本文将就网络环境下的PKI认证技术和动态口令认证技术从实现原理、算法安全性、密钥安全性、通信安全性、系统风险性和可实施度六个方面进行技术比较。 1. 身份认证系统概述 对于身份认证而言，其目的就是鉴别网上实体的现实身份，即：网上虚拟实体所代表的现实对象。 举例： Authen（我的账号）网上实体 XXX(姓名隐含) 现实实体 ?现实中能够凭借看到、听到、闻到、接触到、感觉到现实实体的特征来判定对象的真实性。但是在网上如何判定虚拟实体的真实性呢？目前采用各种密码算法的身份认证技术，从表现形式而言有：传统静态口令认证技术、特征认证（如指纹、虹膜）技术、基于单钥的智能卡身份认证技术、基于双钥的智能卡身份认证技术、生物识别身份认证技术、动态口令身份认证技术等。 本文仅对基于双钥的PKI身份认证技术和动态口令身份认证技术进行探讨。 2. 两种身份认证技术实现原理 2.1 PKI身份认证技术实现原理 采用PKI技术的身份认证系统其基本认证模型为： 2.2 动态口令身份认证技术实现原理 动态口令认证技术有至少两个因子，一个是常量，即电子令牌瞬间触电的种子值；另一个是变量，即时间值。 采用动态口令技术的基本认证模型为： 3. 算法安全性分析 对于采用上述PKI基本模型的认证技术而言，其算法安全性目前可以说是安全的，但是某些PKI身份认证系统在认证流程中采用了简单的签名技术；其认证模型为： 随着2004年8月17日美国加州圣巴巴拉召开的国际密码学会议（Crypto’2004）上，山东大学王小云教授所作的破译MD5、HAVAL-128、MD4和RIPEMD算法的报告，宣告采用该种算法的身份认证技术已不再安全。 根据王小云教授的密码分析成果，现有的数字签名技术已不再可靠；因此现有的某些采用签名技术的身份认证系统实际上已经不能保证网络实体的唯一性。对于采用PKI基本模型的认证技术而言，Authentication需要强劲的运算能力，特别是网内用户数量较多且并发量较高的网络环境。 采用动态口令技术的身份认证系统在国内市场可见，其安全性依赖于算法的严格保密。 4. 密钥安全性分析 采用PKI认证技术基本模型的系统而言，其私钥的安全保管可谓是系统整体安全的重中之重。为防止私钥文件的复制，目前多采用两种私钥载体保存私钥。一种是将私钥固化在IC芯片中，另一种是将私钥写入U-KEY外形的闪存中。 对于固化有私钥的IC芯片，其本身是个微系统，复制难度较大。 存储私钥的U-KEY介质目前分为两类，一种是带微系统的U-KEY，计算过程在U-KEY内完成，只输出结果；另一种是不带微系统的U-KEY，计算过程在计算机内存中完成。后者（不带微系统的U-KEY）可能在计算机内存中被复制或影响计算过程。 采用动态口令技术的身份认证系统，用户持有的动态令牌，其本身物理封装，内含一块电池；设计为断电后芯片数据销毁工艺。Authentication端为软件，运行在计算机内存中；对于其计算过程能否被复制的问题，如上所述。 动态口令双因素认证及其应用_动态口令认证失败 摘要：身份认证是信息安全技术领域的一个重要部分，文章阐述了身份认证的主要因素和动态口令双因素认证的机制，并详细分析了动态密码双因素认证技术在各种信息系统中的应用。关键词：双因素认证；动态口令；一次性口令；信息安全技术0 引言目前最普遍采用的身份认证机制是结合用户ID和密码的身份认证方案，它已经被广泛的应用于各种网络和系统中。用户的密码过于简单或容易被猜中，用户使用密码存在不良习惯，都可能造成密码的失窃。许多企事业单位开始意识到密码已经不能满足他们对关键信息资源保护的需求，开始着手实施更可靠的身份认证方案来保护他们的信息资源。目前主要采用的强认证方案是动态口令双因素认证方案。 1 双因素身份认证在信息安全领域，对共享信息资源保护的第一步就是实施一种用户身份认证服务。通常这―服务基于指定的用户ID，系统或者网络通过某种方式识别出使用者，这个过程就是身份认证(Authentication)。身份认证是最重要的安全服务，也是其他安全控制的基础，比如访问控制机制基于用户ID来分配信息资源，日志记录机制基于用户ID控制用户的访问和使用信息”。身份认证过程是基于“某种信息片段”如密码、指纹等进行的，这些信息片段被称为认证因素(Authentication factor)。认证因素通常可以分为以下三类：第一类因素是指“你所具备的特征(something you are)”，通常是使用者本身拥有的惟一生物特征，例如指纹、瞳孔、声音等。第二类因素是指“你所知道的事物(something you know)”，通常是需要使用者记忆的身份认证内容，例如密码和身份证号码等。第三类因素是指“你所拥有的事物(Something you have)”，通常是使用者拥有的特殊认证加强机制，例如动态密码卡，IC卡，磁卡等。采IKE协议(因特网密钥交换协议)
认证方式比较口令、动态口令、证书和指纹
X3DH密钥协商协议官方手册(中文版)
动态密钥协商协议IKEv2研究与分析
对一个口令认证协议的可攻击性分析及改进
一种实现双向认证动态口令身份认证方案
基于动态口令的身份认证机制及其安全性分析
动态口令身份认证专利技术分析
安盟动态口令认证系统产品说明书
试论密钥协商协议及其安全性
PKI身份认证和动态口令身份认证技术比较
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