基于智能卡的雙向身份認證方案

摘 要：計算機網絡的普及使更多的資源和應用可以利用網絡遠程獲得，所以身份認證問題成為網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。結合密碼學和智能卡技術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越性也在文中得到體現。

　　0 引言

　　隨著計算機網絡的普及和電子商務的發展，越來越多的資源和應用都是利用網絡遠程獲得的。如何確保特定資源只被合法、授權的用戶訪問，即如何正確地鑒別出用戶的身份是確保通信網和數據安全的首要條件。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。結合密碼學技術，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部攻擊。2002 年，文獻[5]作者也在單向哈希函數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、計數器、時戳等參數來實現有效地、安全地雙向認證。但遺憾的是，這些方案均會出現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和芯片技術的發展而產生的設想。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的基礎上，在智能卡中引入了公鑰密碼算法，可靠地實現了通信雙方的身份認證，能夠抵御多數類型攻擊，具有很強的安全性。

　　1 術語定義

　　下面定義在文中所用到的符號：

　　U 表示認證協議中的用戶；S 表示認證協議中的認證服務器；
ID 為用戶的身份標識；PW 為用戶登陸口令；Ti 為時戳；hv·w為單向哈希函數；⊕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hvPWw，通過安全信道提交給認證服務器S，即US：ID，hvPWw，Ku，ku。

　　R2：服務器產生自己的私鑰ks 和公鑰Ks，并將自己的公鑰Ks 發布出去，將ks 保存好，把用戶的公鑰Ku 存入數據庫。同時服務器計算Vi=hvID⊕ksw，Ri=hvID⊕ksw⊕hvPWw，然后將信息{Ri，hv·w，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SU：Card{Ri，hv·w，Ks，ku，公鑰算法}。