計算機網(wǎng)絡的普及使更多的資源和應用可以利用網(wǎng)絡遠程獲得,，所以身份認證問題成為網(wǎng)絡安全研究中的重要課題。當前主要的身份認證方法有以下幾種：基于口令的身份認證,；基于生物特征的身份認證,；基于智能卡的身份認證以及幾種方式的混合認證。結(jié)合密碼學和智能卡技術(shù)的身份認證方案也被多次提出,，許多專家和學者還提出了多種改進的方案,。

　　但是，這些方案均會出現(xiàn)一些不可避免的漏洞,。針對多種方案的漏洞,，該文提出了一種在智能卡中引入公鑰密碼算法的認證方案，并對其安全性進行了分析,，該方案的安全性和優(yōu)越性也在文中得到體現(xiàn),。

　　0 引言

　　隨著計算機網(wǎng)絡的普及和電子商務的發(fā)展，越來越多的資源和應用都是利用網(wǎng)絡遠程獲得的,。如何確保特定資源只被合法,、授權(quán)的用戶訪問，即如何正確地鑒別出用戶的身份是確保通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)安全的首要條件,。目前,，主要的身份認證方法有3 種：基于口令的身份認證；基于生物特征的身份認證和基于智能卡的身份認證,。結(jié)合密碼學技術(shù),，很多專家和學者提出了基于智能卡的身份認證的有效方案。

　　2000 年,，Sun提出了一種基于哈希函數(shù)的智能卡有效遠程認證方案,，但該方案容易遭受密碼猜測攻擊和內(nèi)部攻擊。2002 年,，文獻[5]作者也在單向哈希函數(shù)基礎上提出了一種方案,。隨后，很多專家和學者提出了各自的方案，這些方案通過引入隨機數(shù),、計數(shù)器,、時戳等參數(shù)來實現(xiàn)有效地、安全地雙向認證,。但遺憾的是,，這些方案均會出現(xiàn)一些不可避免的漏洞。

　　在分析以上方案的基礎上,，這里提出了一種新的遠程用戶認證方案,。該方案是隨著電子技術(shù)和芯片技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的設想。文獻[6-8]證明了公鑰密碼算法在智能卡中的應用,。該方案在保留了以上文獻所采用的部分參數(shù)的基礎上,，在智能卡中引入了公鑰密碼算法，可靠地實現(xiàn)了通信雙方的身份認證,，能夠抵御多數(shù)類型攻擊,，具有很強的安全性。

　　1 術(shù)語定義

　　下面定義在文中所用到的符號：

　　U 表示認證協(xié)議中的用戶,；S 表示認證協(xié)議中的認證服務器,；
ID 為用戶的身份標識；PW 為用戶登陸口令,；Ti 為時戳,；h﹙·﹚為單向哈希函數(shù)；⊕為異或運算,；為安全的通信信道,；→為不安全的、普通的通信信道,；E 為加密算法,；D 為解密算法；Ku 為用戶的公鑰,；ku 為用戶的私鑰,；Ks 為服務器的公鑰；ks 為服務器的私鑰,。

　　2 所提出的認證方案

　　該方案由注冊階段,、登陸階段、雙向驗證階段,、密碼修改階段組成。

　　2.1 注冊階段

　　R1：用戶選擇自己的標識ID,、公鑰Ku,、私鑰ku、口令PW 并計算h﹙PW﹚，通過安全信道提交給認證服務器S,，即US：ID,，h﹙PW﹚，Ku,，ku,。

　　R2：服務器產(chǎn)生自己的私鑰ks 和公鑰Ks，并將自己的公鑰Ks 發(fā)布出去,，將ks 保存好,，把用戶的公鑰Ku 存入數(shù)據(jù)庫。同時服務器計算Vi=h﹙ID⊕ks﹚,，Ri=h﹙ID⊕ks﹚⊕h﹙PW﹚,，然后將信息{Ri，h﹙·﹚,，Ks,，ku，公鑰算法}寫入智能卡,。

　　R3: S 把智能卡通過安全信道交給用戶,，即S U：Card{Ri，h﹙·﹚,，Ks,，ku，公鑰算法},。

　　2.2 登陸階段

　　L1：用戶U 把智能卡插入相關(guān)終端設備,，輸入ID、PW,，智能卡與終端設備驗證ID,、PW 的合法性，否則放棄,。

　　L2：記錄系統(tǒng)時戳T1,，智能卡計算Vi=Ri⊕h﹙PW﹚，C1= h﹙T1⊕Vi﹚,，并使用服務器的公鑰Ks 進行加密運算,，ET1=E﹙T1，Ks﹚,，EC1=E﹙C1,，Ks﹚。

　　L3：用戶U 通過一般信道將登陸信息m1{T1,，C1,，ET1,，EC1}發(fā)給服務器S，即：U→S: m1{ T1,，C1,，ET1，EC1},。

　　2.3 雙向驗證階段

　　V1：服務器S 收到m1{ T1,，C1，ET1,，EC1}后,，首先用自己的私鑰ks 進行解密運算：T1*=D﹙T1，ks﹚,，C1*=D（C1,，ks﹚，然后進行比較判斷：T1*與T1 是否相等,，C1*與C1 是否相等,。若不能滿足兩者同時相等，則放棄,；若兩者同時相等,，則進行下面的計算。

　　V2：計算Vi= h﹙ID⊕ks﹚,。

　　V3：驗證h﹙T1⊕Vi﹚是否與C1 相等,，若不相等，則為非法用戶,；若相等,，則為合法用戶。

　　V4：記錄系統(tǒng)時戳T2,，計算C2= h﹙T2⊕Vi﹚,，并使用存儲在數(shù)據(jù)庫中的用戶的公鑰Ku 進行加密運算：ET2=E（T2，Ku﹚,，EC2=E﹙C2,，Ku﹚。

　　V5：服務器S 通過一般信道將反饋信息m2{ T2,，C2,，ET2，EC2}發(fā)給用戶U,。即：S→U: m2{ T2,，C2，ET2,，EC2},。

　　V6：用戶U 收到信息m2{ T2,，C2，ET2,，EC2}后，使用自己的私鑰ku 進行解密運算：T2*=D﹙T2,，ku﹚,，C2*=D﹙C2，k u﹚,，然后進行比較判斷：T2*與T2 是否相等,，C2*與C2 是否相等。若不能滿足兩者同時相等,，則放棄,；若兩者同時相等，則進行下面的計算,。

　　V7：驗證h﹙T2⊕Vi﹚是否與C2 相等,，若不相等，則為非法服務器,；若相等,，則為合法服務器。

　　2.4 密碼修改階段

　　P1：計算Ri*=Ri⊕h（PW）⊕h（PW*）=h（ID⊕ks）⊕h﹙PW*﹚,。

　　P2：用Ri*取代Ri,，并存放在智能卡中。

　　3 安全性分析

　　該方案引入了公鑰密碼體制,，在非安全信道傳遞信息時,，均經(jīng)過加密處理，因此具有很強的安全性,，能抵御多種攻擊,。

　　3.1 重放攻擊

　　假設攻擊者截獲了L3 階段的登錄信息m1{ T1，C1,，ET1,，EC1}，并且更改了明文形式的時戳T1 為T1’,。但是,，在登錄信息中仍然包含了加密后的時戳ET1，在V1 階段,，由于解密出的T1*≠T1’,，攻擊者遭到拒絕。

　　3.2 拒絕服務攻擊

　　在很多文獻中都是利用T2-T1=ΔT 來作為驗證條件,，因此當網(wǎng)絡發(fā)生阻塞或攻擊者故意攔截登錄信息并延遲一段時間后再重新向S 傳遞時,，S 檢測出ΔT 不符合條件,，容易發(fā)生拒絕服務攻擊。文中所提出的方案,，不需要用ΔT 來作為驗證條件,，即使網(wǎng)絡阻塞或攻擊者故意延遲，由于T1 的值沒有改變,，T1= T1*,，故不會引起拒絕服務攻擊。并且系統(tǒng)不需要很嚴格的同步要求,。

　　3.3 ReflectiON Attack 攻擊

　　假設攻擊者截獲L3 階段的信息m1{ T1,，C1，ET1,，EC1}并阻塞該信息的傳輸,，而且假冒S，跳過驗證階段的V1~V4階段,，直接又向用戶U 發(fā)送m1{ T1,，C1，ET1,，EC1},，企圖冒充V5 階段的信息m2{ T2，C2,，ET2,，EC2}。但該方案中,，ET1,、EC1 是用S 的公鑰Ks 加密的，只能用S 的私鑰ks 來解密,，而用戶U 沒有ks ,因此無法計算出T1*和C1*,，故此攻擊不可行。

　　3.4 Parallel Attack 攻擊

　　假設攻擊者截獲V5 階段的信息m2{ T2,，C2,，ET2，EC2},，并假冒用戶U 向S 重新發(fā)送m2,。但在S 端要進行解密計算卻是不可行的，因為ET2,、EC2 是用U 的公鑰Ku 加密的,，而其私鑰k u 在U 端才用，S 端不能進行解密運算,。

　　3.5 智能卡丟失復制攻擊

　　由于攻擊者不知道密碼PW,，故無法得出Ri=h（ID⊕ks）⊕h（PW）,。同樣，即使得知了ID,、PW,，如果沒有智能卡，也無法假冒用戶U,。

　　3.6 真正地雙向認證

　　方案使用了公鑰密碼算法,，U、S 分別使用對方的公鑰加密,，然后發(fā)送信息，使用自己的私鑰解密,，在計算上是平等的,，所以無論攻擊者要假冒哪方都是不可行的，從而實現(xiàn)了真正地雙向認證,。

　　4 結(jié)語

　　從以上分析可以看出,，通過引入公鑰加密體制，文中提出的方案可抵御重放攻擊,、拒絕服務攻擊,、Reflection Attack攻擊、Parallel Attack 攻擊,、智能卡丟失復制攻擊,，并且實現(xiàn)了通信雙方的雙向身份認證。雖然該方案由于公鑰密碼算法的引入占用了部分的計算資源,，但卻大大提高了系統(tǒng)的安全性,，并且隨著電子技術(shù)和芯片技術(shù)的快速發(fā)展，智能卡計算能力和存儲能力的不斷提高,，該方案優(yōu)越性會越來越突出其,。該方案具體采用公鑰密碼算法中的哪種算法如RSA、El-Gamal,、橢圓曲線等,，不在本文討論范圍。