一種5g網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法【專利摘要】本發(fā)明公開了一種5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，請(qǐng)求用戶端點(diǎn)和目標(biāo)用戶端點(diǎn)分別發(fā)送他們的交互式臨時(shí)公鑰以及相關(guān)信息給對(duì)方；請(qǐng)求用戶端點(diǎn)和目標(biāo)用戶端點(diǎn)終止交互后，協(xié)商出主密鑰；每當(dāng)請(qǐng)求用戶端點(diǎn)需要和目標(biāo)用戶端點(diǎn)進(jìn)行通信，在主密鑰加密下協(xié)商出域內(nèi)會(huì)話密鑰或跨域會(huì)話密鑰，對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)。本發(fā)明在不涉及各安全域安全體制的情況下，僅需要一次端到端的主密鑰協(xié)商，就能在用戶通信時(shí)安全協(xié)商出會(huì)話密鑰，使得信息所經(jīng)由的傳輸設(shè)備不能夠獲取明文信息；同時(shí)，監(jiān)管部門應(yīng)該能夠解密所傳輸?shù)男畔?，以?shí)現(xiàn)監(jiān)管、反恐等目的；可用于在5G通信中實(shí)現(xiàn)信息同一域內(nèi)或跨域端到端的安全傳輸?！緦＠f(shuō)明】一種5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明屬于通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]隨著無(wú)線通信技術(shù)的高速發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)的用戶體驗(yàn)速率飛速增長(zhǎng)。5G網(wǎng)絡(luò)作為第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，其最高理論傳輸速度可達(dá)每秒數(shù)十Gb，這比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)百倍。面對(duì)無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展以及多種無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的泛在共存，用戶對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)傳輸性能的需求不斷提升，同時(shí)也對(duì)安全性能提出了越來(lái)越高的要求。無(wú)線安全的威脅主要來(lái)自于無(wú)線鏈路的脆弱性，因其天然的開放性和廣播性特點(diǎn)，極易受到竊聽和干擾等安全威脅。這一問(wèn)題在3G、4G系統(tǒng)正逐步改善，但是采用的安全手段還是沿用有線通信中的高層加密認(rèn)證機(jī)制，對(duì)彌補(bǔ)無(wú)線通信的短板沒(méi)有直接作用。在傳統(tǒng)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，其安全性通常都是依靠認(rèn)證和密碼技術(shù)，在通信協(xié)議棧的上層來(lái)解決，這就使得“水桶效應(yīng)”越來(lái)越明顯，目前仍缺少結(jié)合無(wú)線傳輸特點(diǎn)的有效解決方案。近年來(lái)，從物理層的角度對(duì)無(wú)線通信安全性的研究正蓬勃發(fā)展，物理層安全技術(shù)已成為無(wú)線通信領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。無(wú)線通信系統(tǒng)經(jīng)歷了前四代的發(fā)展歷程，已經(jīng)向著全I(xiàn)P的下一代無(wú)線通信系統(tǒng)逐步演進(jìn)。無(wú)線安全問(wèn)題變得尤為重要，一直是業(yè)界研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，并且隨著各種無(wú)線通信技術(shù)及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)共存、融合的趨勢(shì)，未來(lái)無(wú)線通信系統(tǒng)的安全問(wèn)題將變得復(fù)雜，5G所面臨的安全壓力和負(fù)荷比以往更大，安全威脅更加多樣化。因此，有必要在5G通信技術(shù)的研究起步之初，兼顧通信和安全的雙重需求，在研究高頻譜效率、高吞吐率的無(wú)線傳輸技術(shù)的同時(shí)，同步開展針對(duì)無(wú)線傳播特點(diǎn)的安全防護(hù)機(jī)制研究，力求在不顯著降低通信效率的前提下實(shí)現(xiàn)消息的源端到目的端的身份認(rèn)證及密鑰協(xié)商，對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)，使得信息所經(jīng)由的傳輸設(shè)備不能夠獲取明文信息。在2014年第九屆Internat1nalConferenceonBroadbandandWirelessComputing,Communicat1nandApplicat1n中，會(huì)議論文《ASecureEnd-to-EndMobileChatScheme》中提出了一種安全的移動(dòng)端到端傳輸方式。該傳輸方式通過(guò)密碼的身份認(rèn)證，為端到端之間提供相同的認(rèn)證，從而阻止密碼猜測(cè)攻擊以及未被檢測(cè)到的在線密碼猜測(cè)攻擊。這種方法可以保障不同安全域之間端到端傳輸?shù)陌踩?，但是只針?duì)于移動(dòng)智能設(shè)備提出，適用于交互頻繁的端到端操作，不能直接應(yīng)用于空間信息網(wǎng)，因?yàn)槠渫負(fù)浣Y(jié)構(gòu)具有高動(dòng)態(tài)性，端到端之間不適合頻繁交互?！禝nternat1nalJournalofSecurityandItsApplicat1n》在2014年8月發(fā)表的《End-to-EndAuthenticat1nProtocolsforPersonaI/PortableDevicesoverCognitiveRad1Networks》一文針對(duì)端到端傳輸?shù)陌踩?，提出了兩種基于本地認(rèn)證的協(xié)議，它使用本地信息認(rèn)證作為安全憑證，減少了端與端之間的交互，并且該協(xié)議可以整合進(jìn)現(xiàn)有的可擴(kuò)展協(xié)議中來(lái)。這種方法在端到端傳輸過(guò)程中交互動(dòng)作較少，滿足空間信息網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高動(dòng)態(tài)性以及結(jié)點(diǎn)能力有限的特點(diǎn)，但是該方法只關(guān)注個(gè)人便攜式設(shè)備以及在無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，無(wú)法完成多個(gè)域間的安全協(xié)同，不適用于空間信息網(wǎng)中多安全域并存的狀態(tài)。2015年I月第12屆IBCAST的會(huì)議記錄《SecureEnd-to-EndSMSCommunicat1noverGSMNetworks》一文提出了一種使用對(duì)稱密鑰和身份認(rèn)證技術(shù)進(jìn)行加密和密鑰認(rèn)證的方式，它可以在信息傳輸中斷、泄漏以及被檢測(cè)的情況下保障端到端的安全性。這種方法在端到端傳輸過(guò)程中需要的交互動(dòng)作較少，同時(shí)延遲時(shí)間短，滿足空間信息網(wǎng)結(jié)點(diǎn)距離遠(yuǎn)以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，但是該僅限于特定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境以及特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時(shí)也未考慮空間信息網(wǎng)周期性運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。[0003]現(xiàn)有的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法不能直接應(yīng)用于空間信息網(wǎng)，只關(guān)注個(gè)人便攜式設(shè)備以及在無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，無(wú)法完成多個(gè)域間的安全協(xié)同，不適用于空間信息網(wǎng)中多安全域并存的狀態(tài)，未考慮空間信息網(wǎng)周期性運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。【
發(fā)明內(nèi)容】[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，旨在解決現(xiàn)有的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法不能直接應(yīng)用于空間信息網(wǎng)，只關(guān)注個(gè)人便攜式設(shè)備以及在無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，無(wú)法完成多個(gè)域間的安全協(xié)同，不適用于空間信息網(wǎng)中多安全域并存的狀態(tài)，未考慮空間信息網(wǎng)周期性運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的問(wèn)題。[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，所述5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法利用密鑰對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)，使得信息所經(jīng)由的傳輸設(shè)備不能夠獲取明文信息；同時(shí)，監(jiān)管部門應(yīng)該能夠解密所傳輸?shù)男畔?；包?請(qǐng)求用戶端點(diǎn)和目標(biāo)用戶端點(diǎn)分別發(fā)送他們的交互式臨時(shí)公鑰以及相關(guān)信息給對(duì)方;請(qǐng)求用戶端點(diǎn)和目標(biāo)用戶端點(diǎn)終止交互后，協(xié)商出主密鑰;每當(dāng)請(qǐng)求用戶端點(diǎn)需要和目標(biāo)用戶端點(diǎn)進(jìn)行通信，在主密鑰加密下協(xié)商出域內(nèi)會(huì)話密鑰或跨域會(huì)話密鑰，對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)。[0006]進(jìn)一步，所述5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法包括以下步驟:[0007]步驟一，主密鑰協(xié)商階段，目標(biāo)用戶C2作為響應(yīng)者，接收請(qǐng)求用戶Cl發(fā)送的信息，消息中包括公鑰gxVodq、簽名SigA(gxl)、隨機(jī)數(shù)NonceI，身份標(biāo)識(shí)ID1;[0008]步驟二，如果目標(biāo)用戶C2和請(qǐng)求用戶Cl跨域，目標(biāo)用戶C2收到請(qǐng)求用戶Cl的信息后，根據(jù)公鑰gxlmodq和私鑰X2計(jì)算主密鑰Masterkey，并計(jì)算應(yīng)答MIC1，將MIC1、公鑰gx2modq、簽名SigB(gx2)、隨機(jī)數(shù)Nonce2，身份標(biāo)識(shí)ID2—起發(fā)送給用戶Cl;如果目標(biāo)用戶C2和請(qǐng)求用戶Cl在同一域內(nèi)，步驟二上述過(guò)程將SigB(gx2)改為SigA(gx2);[0009]步驟三，請(qǐng)求用戶Cl收到響應(yīng)后，驗(yàn)證應(yīng)答MIC1，根據(jù)公鑰gxVodq和私鑰X1計(jì)算主密鑰Masterkey，并計(jì)算應(yīng)答MIC2，將隨機(jī)數(shù)Nonce2和MIC2發(fā)送給目標(biāo)用戶C2；[0010]步驟四，目標(biāo)用戶C2收到響應(yīng)后，驗(yàn)證應(yīng)答MIC2,如果正確，則用戶Cl和用戶C2在主密鑰協(xié)商階段協(xié)商出新的主密鑰Masterkey后，每當(dāng)用戶Cl和用戶C2進(jìn)行通信時(shí)，執(zhí)行步驟五；[0011]步驟五，會(huì)話密鑰協(xié)商階段，用戶Cl和用戶C2執(zhí)行四步握手協(xié)議，協(xié)商出用于本次通信的域內(nèi)會(huì)話密鑰或者跨域會(huì)話密鑰。[0012]進(jìn)一步，所述步驟一中請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl向目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2發(fā)送主密鑰協(xié)商請(qǐng)求，按如下步驟進(jìn)行:[0013]第一步，請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl計(jì)算隨機(jī)數(shù)Noncel，將請(qǐng)求(Noncel，gxlmodq，SigA(gxl)，ID1)發(fā)送給代理A，其中g(shù)xlmodq表示用戶Cl的公鑰，SigA(gxl)表示第一安全域代理A對(duì)公鑰gxlmodq的簽名，頂表示用戶Cl的身份；[0014]第二步，第一安全域代理A向目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2所在的第二安全域代理B發(fā)送請(qǐng)求消息;[0015]第三步，第二安全域B將消息發(fā)給目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2。[0016]進(jìn)一步，所述步驟二中目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2發(fā)送響應(yīng)，按如下步驟進(jìn)行:[0017]第一步，目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2接收到消息后，解析出隨機(jī)數(shù)Noncel、公鑰gxlmodq、身份標(biāo)識(shí)IDi，其中g(shù)xlmodq表示用戶Cl的公鑰；[0018]第二步，目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2計(jì)算應(yīng)答MICi=Hash(Masterkeygx2modq|SigB(gx2)|Nonce2|Noncel)，其中Masterkey表示主密鑰，gx2modq表示用戶端點(diǎn)C2的公鑰，SigB(gx2)表示第二安全域代理B對(duì)公鑰gx2modq的簽名，Nonce2表示用戶C2計(jì)算的隨機(jī)數(shù)，Noncel表示用戶Cl計(jì)算的隨機(jī)數(shù)；[0019]第三步，目標(biāo)用戶端點(diǎn)02將響應(yīng)化"21110(^力88(8)^)，如1^2，11(:1，102)發(fā)送給請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl。[0020]上述步驟一到步驟三中，如果請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl和目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2在同一域內(nèi)，則將安全域代理A和安全域代理B視為同一個(gè)安全域代理A，并將SigB(gx2)改為SigA(gx2)。[0021]進(jìn)一步，所述步驟三中請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl發(fā)送響應(yīng)，按如下步驟進(jìn)行:[0022]第一步，請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl接收到消息后，解析出隨機(jī)數(shù)Nonce2、公鑰gxVodq，其中g(shù)x2modq表示用戶C2的公鑰；[0023]第二步，請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl計(jì)算MIC1，將計(jì)算出的MIC1與用戶C2發(fā)送的MIC1進(jìn)行對(duì)比，如果兩者相同，驗(yàn)證通過(guò)，否則驗(yàn)證失?。籟0024]第三步，如果通過(guò)，計(jì)算應(yīng)答MIC2=Hash(Masterkey||Nonce2||Noncel)，其中Masterkey表示主密鑰，Nonce2表示用戶C2計(jì)算的隨機(jī)數(shù)，Noncel表示用戶Cl計(jì)算的隨機(jī)數(shù)；[0025]第四步，將響應(yīng)(Nonce2，MIC2)發(fā)送給目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2。[0026]進(jìn)一步，所述步驟四中目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2接收響應(yīng)后，按如下步驟進(jìn)行:[0027]第一步，目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2接收到消息后，解析出隨機(jī)數(shù)Nonce2，應(yīng)答MIC2;[0028]第二步，計(jì)算MIC2,將計(jì)算出的MIC1與用戶Cl發(fā)送的[&進(jìn)行對(duì)比，如果兩者相同，驗(yàn)證通過(guò)，否則驗(yàn)證失??；[0029]第三步，如果正確，則用戶Cl和C2協(xié)商出主密鑰Masterkey，以上主密鑰協(xié)商過(guò)程對(duì)于用戶Cl和用戶C2只運(yùn)行一次；[0030]所述步驟四中用戶端點(diǎn)Cl和C2經(jīng)過(guò)主密鑰協(xié)商后，按如下步驟進(jìn)行:[0031]請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl和目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2執(zhí)行四步握手協(xié)議，協(xié)商出用于本次通信的域內(nèi)會(huì)話密鑰或者跨域會(huì)話密鑰，利用該密鑰對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)；[0032]本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法的智能終端。[0033]本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用所述5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法的通信控制系統(tǒng)。[0034]現(xiàn)有的移動(dòng)通信系標(biāo)準(zhǔn)中的安全機(jī)制只保證了用戶信息在無(wú)線信道上傳輸?shù)臋C(jī)密性與完整性，通信信息在移動(dòng)通信系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備上仍然以明文形式存在，移動(dòng)通信系統(tǒng)尚未提供用戶數(shù)據(jù)的端到端加密傳輸服務(wù)，不能保證用戶數(shù)據(jù)的傳輸安全。我們假定共有2k個(gè)用戶，其中k個(gè)是消息的發(fā)起者，k個(gè)是消息的接受者，每?jī)蓚€(gè)用戶進(jìn)行η次會(huì)話，則主密鑰和會(huì)話密鑰協(xié)商過(guò)程中，消息交互輪數(shù)為(3+4n)k，每個(gè)用戶的計(jì)算量為I次模指+(2η+2)次Hash，代理的計(jì)算量為O。如果一個(gè)安全域里面k值很大，即用戶數(shù)量很大，則要考慮代理的承受能力。移動(dòng)通信網(wǎng)正是具有這個(gè)特點(diǎn)。[0035]另外，考慮到移動(dòng)用戶的漫游需求，可將用戶I和用戶2漫游分三種情況:用戶I或用戶2漫游到其他域，用戶I和用戶2都漫游到不同的域，用戶I和用戶2漫游到相同的域。[0036]無(wú)論哪種情況，如果監(jiān)管部門想獲取用戶的通信內(nèi)容，則用戶I漫游域的代理可以將主密鑰協(xié)商階段的第一條消息發(fā)送給用戶2注冊(cè)域代理，由用戶2注冊(cè)域代理根據(jù)消息中用戶I的公鑰結(jié)合用戶2的私鑰計(jì)算出用戶I和用戶2的主密鑰Masterkey;或者用戶2漫游域的代理將主密鑰協(xié)商階段的第二條消息發(fā)送給用戶I注冊(cè)域代理，由用戶I注冊(cè)域代理根據(jù)消息中用戶2的公鑰結(jié)合用戶I的私鑰計(jì)算出用戶I和用戶2的主密鑰Masterkey。[0037]本發(fā)明提供的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):[0038]I)代理A和B的工作量小，僅僅在用戶I和用戶2注冊(cè)的時(shí)候(可以是在用戶申請(qǐng)SM卡的時(shí)候或者是在用戶入網(wǎng)接入認(rèn)證的時(shí)候)給用戶發(fā)放一對(duì)公私鑰。之后再不參與用戶I和用戶2之間的密鑰協(xié)商。減輕了用戶對(duì)他們的依賴，適合5G網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)量大的場(chǎng)景。[0039]2)本發(fā)明在兩個(gè)用戶通信前僅需要一次端到端的主密鑰協(xié)商，并且該協(xié)商過(guò)程無(wú)安全域代理參與計(jì)算，減輕了代理的負(fù)擔(dān)，保證了后續(xù)會(huì)話密鑰協(xié)商的安全性。[0040]3)本發(fā)明在安全域代理和用戶端點(diǎn)的共同協(xié)助下，僅需一次端到端的主密鑰協(xié)商，就能實(shí)現(xiàn)消息從源端到目的端的身份認(rèn)證及會(huì)話密鑰協(xié)商，利用會(huì)話密鑰對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)。[0041]4)由于安全域代理能夠計(jì)算出用戶之間協(xié)商的主密鑰Masterkey，所以監(jiān)管部門可以獲取用戶間所傳輸?shù)南⒚魑?，以?shí)現(xiàn)監(jiān)管、反恐等目的。[0042]5)當(dāng)前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中，端對(duì)端的通信信息在核心網(wǎng)傳輸過(guò)程中是未經(jīng)過(guò)加密的，存在被截獲、竊取的風(fēng)險(xiǎn)，本發(fā)明利用會(huì)話密鑰對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)，使得信息所經(jīng)由的傳輸設(shè)備不能夠獲取明文信息，信息在發(fā)送端加密后到接收端閱讀解密前的整個(gè)過(guò)程都是以密文形式存在，具有很高的安全性?！靖綀D說(shuō)明】[0043]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法流程圖。[0044]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的跨域網(wǎng)絡(luò)安全模型示意圖。[0045]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全模型示意圖。[0046]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的跨域通信密鑰協(xié)商過(guò)程示意圖。[0047]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的域內(nèi)通信密鑰協(xié)商過(guò)程示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0048]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。[0049]本發(fā)明針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出一種5G網(wǎng)絡(luò)中域內(nèi)或跨域端到端的身份認(rèn)證以及密鑰協(xié)商方法，利用密鑰對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)，使得信息所經(jīng)由的傳輸設(shè)備不能夠獲取明文信息；同時(shí)，監(jiān)管部門應(yīng)該能夠解密所傳輸?shù)男畔?所述5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法請(qǐng)求用戶端點(diǎn)和目標(biāo)用戶端點(diǎn)通過(guò)交換各自的公鑰和相關(guān)信息，協(xié)商出主密鑰，在主密鑰的加密下，通過(guò)四步握手協(xié)議協(xié)商出會(huì)話密鑰。[0050]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。[0051]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法包括以下步驟:[0052]SlOl:請(qǐng)求用戶端點(diǎn)和目標(biāo)用戶端點(diǎn)在注冊(cè)階段接收來(lái)自代理分發(fā)的公私鑰和簽名，當(dāng)請(qǐng)求用戶端點(diǎn)與目標(biāo)用戶端點(diǎn)進(jìn)行第一次通信時(shí)，雙方分別發(fā)送他們的交互式臨時(shí)公鑰以及各自的簽名給以及相關(guān)信息對(duì)方；[0053]S102:請(qǐng)求用戶端點(diǎn)和目標(biāo)用戶端點(diǎn)經(jīng)過(guò)三輪消息交互后，協(xié)商出主密鑰；[0054]S103:每當(dāng)請(qǐng)求用戶端點(diǎn)需要和目標(biāo)用戶端點(diǎn)進(jìn)行通信，在主密鑰加密下，經(jīng)過(guò)四步握手協(xié)議，協(xié)商出域內(nèi)會(huì)話密鑰或跨域會(huì)話密鑰，對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)。[0055]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的說(shuō)明。[0056]參照?qǐng)D2，本發(fā)明所適用的跨域網(wǎng)絡(luò)模型包括第一安全域I和第二安全域2這兩個(gè)安全域。其中第一安全域I有第一安全域代理A和第一用戶端點(diǎn)Cl:第二安全域2有第二安全域代理B和第二用戶端點(diǎn)C2。[0057]安全域有如下特點(diǎn):[0058]I)端到端傳輸?shù)男畔⑺?jīng)過(guò)的傳輸設(shè)備是不可信的，攻擊者可能監(jiān)聽和盜取用戶所傳輸?shù)男畔?。[0059]2)安全域I和安全域2之間相互信任；[0060]3)代理A和代理B分別是安全域I和安全域2中的代理，負(fù)責(zé)用戶的接入認(rèn)證，兩者相互信任；[0061]4)用戶I是安全域I中的用戶，他信任代理A;用戶2是安全域2中的用戶，他信任代理B;[0062]5)代理A和代理B之間已經(jīng)完成了相互身份認(rèn)證，并建立了共享密鑰KAB。用戶I和A完成了相互認(rèn)證，加入到了安全域I中，建立了同A之間的共享密鑰K1;用戶2和B完成了相互認(rèn)證，加入到了安全域2中，建立了同B之間共享的密鑰K2。[0063]6)注冊(cè)階段，若用戶I和用戶2在不同安全域，即用戶在申請(qǐng)SIM卡的時(shí)候，第一安全域代理，即該域的認(rèn)證服務(wù)器Α，計(jì)算交互式臨時(shí)公鑰SI，向該域用戶I發(fā)送如下信息:用戶I的公鑰gxlmodq，用戶I的私鑰X1，第一安全域代理A對(duì)公鑰gxlmodq的簽名SigA(gxl);[0064]類似的，注冊(cè)階段，第二安全域代理B，即該域的認(rèn)證服務(wù)器B，計(jì)算交互式臨時(shí)公鑰S2，向該域用戶2發(fā)送如下信息:用戶2的公鑰gxVodq，用戶2的私鑰X2，第二安全域代理B對(duì)公鑰gx2modq的簽名SigB(gx2)；[0065]其中，計(jì)算交互式臨時(shí)公鑰是借鑒Diffie-Hellman算法，按如下步驟計(jì)算:[0066]第一步，請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)Cl選取大素?cái)?shù)q和其本原根g，其中，大素?cái)?shù)q和其本原根g是兩個(gè)公開的整數(shù)；[0067]第二步，請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)Cl選取一個(gè)隨機(jī)整數(shù)Xl作為臨時(shí)私鑰，其中X1〈q;[0068]第三步，得到交互式臨時(shí)公鑰:Sl=gxlmodq。[0069]用戶接收并存儲(chǔ)密鑰對(duì)信息后，即表示注冊(cè)階段完成；[0070]在上述安全模型中，用戶I和用戶2希望協(xié)商一個(gè)共享密鑰，但A和B能夠獲取該密鑰，以實(shí)現(xiàn)對(duì)通信監(jiān)管的目的。[0071]安全域是由在同一工作環(huán)境中、具有相同或相似的安全保護(hù)需求和保護(hù)策略、相互信任、相互關(guān)聯(lián)或相互作用的實(shí)體組成的網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于每一個(gè)安全域而言，至少存在一個(gè)安全域代理用來(lái)實(shí)現(xiàn)安全域代理與域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)的安全關(guān)聯(lián)以及域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)間的安全關(guān)聯(lián)。同時(shí)，安全域代理也為安全域間或跨域網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)間的安全提供支持。[0072]參照?qǐng)D3，本發(fā)明所適用的域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)模型為第一安全域I。該模型與參照?qǐng)D2相比，不同的地方在于:注冊(cè)階段，若用戶I和用戶2在同一安全域，則只有一個(gè)安全域代理A，向該域用戶I發(fā)送如下信息:用戶I的公鑰gxVodq，用戶I的私鑰X1，第一安全域代理A對(duì)公鑰gxlmodq的簽名SigA(gxl);第一安全域代理A向該域用戶2發(fā)送如下信息:用戶2的公鑰gxVodq，用戶2的私鑰X2，第一安全域代理A對(duì)公鑰gxVodq的簽名SigA(gx2)。[0073]參照?qǐng)D4，本發(fā)明所使用的密鑰協(xié)商過(guò)程如下:[0074]主密鑰協(xié)商階段，用戶Cl和用戶C2交換各自的公鑰和簽名，經(jīng)過(guò)三輪交互，可以計(jì)算出主密鑰。會(huì)話密鑰協(xié)商階段，用戶Cl和用戶C2執(zhí)行四步握手協(xié)議，協(xié)商出本次跨域會(huì)話的密鑰。[0075]參照?qǐng)D5，本發(fā)明所使用的密鑰協(xié)商過(guò)程如下:[0076]主密鑰協(xié)商階段，用戶Cl和用戶C2交換各自的公鑰和簽名，經(jīng)過(guò)三輪交互，可以計(jì)算出主密鑰。會(huì)話密鑰協(xié)商階段，用戶Cl和用戶C2執(zhí)行四步握手協(xié)議，協(xié)商出本次域內(nèi)會(huì)話的密鑰。[0077]本發(fā)明在上述網(wǎng)絡(luò)安全模型下進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)端到端的密鑰協(xié)商包括:主密鑰協(xié)商階段，跨域會(huì)話密鑰協(xié)商，域內(nèi)會(huì)話密鑰協(xié)商階段三部分。[0078]一、主密鑰協(xié)商階段[0079]本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下:[0080]步驟1、請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl作為發(fā)起者，發(fā)送如下信息給目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2:[0081]用戶Cl的公鑰gxlmodq，[0082]第一安全域代理A對(duì)公鑰gxlmodq的簽名SigA(gxl);[0083]隨機(jī)數(shù)Noncel，[0084]用戶Cl身份標(biāo)識(shí)ID1;[0085]步驟2、目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2作為響應(yīng)者，接收請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl發(fā)送的信息，并計(jì)算應(yīng)^MICi=Hash(Masterkeygx2modq|SigB(gx2)|Nonce2|Noncel)，其中MICi包括如下信息:[0086]主密鑰Masterkey=prf(gxlx2)modq,[0087]用戶端點(diǎn)C2的公鑰gxVodq，[0088]第二安全域代理B對(duì)公鑰gxVodq的簽名SigB(gx2)，[0089]隨機(jī)數(shù)Nonce2，[0090]隨機(jī)數(shù)NonceI;[0091]步驟3、如果請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl和目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2跨域，用戶C2發(fā)送如下信息給請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl:[0092]用戶C2對(duì)用戶Cl的應(yīng)答MIC1,[0093]用戶C2的公鑰gxVodq，[0094]第二安全域代理B對(duì)公鑰gxVodq的簽名SigB(gx2)，[0095]隨機(jī)數(shù)Nonce2,[0096]用戶C2身份標(biāo)識(shí)ID2，[0097]如果請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl和目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2在同一域內(nèi)，則上述第二安全域代理B對(duì)公鑰gx2modq的簽名SigB(gx2)改為SigA(gx2);[0098]步驟4、請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl收到目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2返回的信息后，驗(yàn)證應(yīng)答MIC1的有效性并發(fā)送應(yīng)答MIC2。[0099]4a)用戶端點(diǎn)Cl解析收到的消息，得到用戶C2的公鑰gxVodq，第二安全域代理B對(duì)公鑰gxVodq的簽名SigB(gx2)，隨機(jī)數(shù)Nonce2，如果請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl和用戶端點(diǎn)C2在同一域內(nèi)，則上述第二安全域代理B對(duì)公鑰gxVodq的簽名SigB(gx2)改為SigA(gx2);[0100]4b)計(jì)算MIC1，并與收到的用戶C2對(duì)用戶Cl的應(yīng)答犯&進(jìn)行對(duì)比，如果兩者相同，驗(yàn)證通過(guò)，否則驗(yàn)證失??；[0101]4c)如果通過(guò)，計(jì)算應(yīng)答MIC2=Hash(MasterkeyNonce2|Noncel)，其中MIC2包括如下信息:[0102]主密鑰Masterkey=prf(gxlx2)modq,[0103]隨機(jī)數(shù)Nonce2，[0104]隨機(jī)數(shù)NonceI;[0105]步驟5、請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl發(fā)送如下信息給目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2:[0106]用戶Cl對(duì)用戶C2的應(yīng)答MIC2,[0107]隨機(jī)數(shù)Nonce2;[0108]步驟6、目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2收到請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl發(fā)送的信息后，驗(yàn)證應(yīng)答MIC2的有效性。[0109]6a)計(jì)算MIC2,并與收到的用戶Cl對(duì)用戶C2的應(yīng)答MIC2進(jìn)行對(duì)比，如果兩者相同，驗(yàn)證通過(guò)，否則驗(yàn)證失敗。[0110]6b)如果正確，則執(zhí)行步驟(7)。以上主密鑰協(xié)商過(guò)程對(duì)于用戶Cl和用戶C2只運(yùn)行一次。[0111]二、跨域會(huì)話密鑰協(xié)商階段[0112]本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下:[0113]步驟7、在經(jīng)過(guò)主密鑰協(xié)商后，用戶Cl和用戶C2執(zhí)行四步握手協(xié)議，協(xié)商出用于本次通信的跨域會(huì)話密鑰，利用該密鑰對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)。[0114]三、域內(nèi)會(huì)話密鑰協(xié)商階段[0115]本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下:[0116]步驟8、在經(jīng)過(guò)主密鑰協(xié)商后，用戶Cl和用戶C2執(zhí)行四步握手協(xié)議，協(xié)商出用于本次通信的域內(nèi)會(huì)話密鑰，利用該密鑰對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)。[0117]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)?！局鳈?quán)項(xiàng)】1.一種5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，其特征在于，所述5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法利用密鑰對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)，使得信息所經(jīng)由的傳輸設(shè)備不能夠獲取明文信息；同時(shí)，監(jiān)管部門應(yīng)該能夠解密所傳輸?shù)男畔?包括:請(qǐng)求用戶端點(diǎn)和目標(biāo)用戶端點(diǎn)分別發(fā)送他們的交互式臨時(shí)公鑰以及相關(guān)信息給對(duì)方;請(qǐng)求用戶端點(diǎn)和目標(biāo)用戶端點(diǎn)終止交互后，協(xié)商出主密鑰;每當(dāng)請(qǐng)求用戶端點(diǎn)需要和目標(biāo)用戶端點(diǎn)進(jìn)行通信，在主密鑰加密下協(xié)商出域內(nèi)會(huì)話密鑰或跨域會(huì)話密鑰，對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)。2.如權(quán)利要求1所述的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，其特征在于，所述5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法包括以下步驟:步驟一，主密鑰協(xié)商階段，目標(biāo)用戶C2作為響應(yīng)者，接收請(qǐng)求用戶Cl發(fā)送的信息，消息中包括公鑰gxlmodq、簽名SigA(gx1)、隨機(jī)數(shù)Noncel、身份標(biāo)識(shí)IDi;步驟二，如果用戶Cl和用戶C2跨域，目標(biāo)用戶C2收到請(qǐng)求用戶Cl的信息后，根據(jù)公鑰gxlmodq和私鑰X2計(jì)算主密鑰Masterkey，并計(jì)算應(yīng)答MIC1，將MIC1、公鑰gx2modq、簽名SigB(gx2)、隨機(jī)數(shù)Nonce2、身份標(biāo)識(shí)ID2—起發(fā)送給用戶Cl;如果目標(biāo)用戶C2和請(qǐng)求用戶Cl在同一域內(nèi)，步驟二上述過(guò)程需要將SigB(gx2)改為SigA(gx2);步驟三，請(qǐng)求用戶Cl收到響應(yīng)后，驗(yàn)證應(yīng)答MIC1，根據(jù)公鑰gxVodq和私鑰X1計(jì)算主密鑰Masterkey，并計(jì)算應(yīng)答MIC2，將隨機(jī)數(shù)Nonce2和MIC2發(fā)送給目標(biāo)用戶C2；步驟四，目標(biāo)用戶C2收到響應(yīng)后，驗(yàn)證應(yīng)答MIC2,如果無(wú)誤，則用戶Cl和用戶C2在主密鑰協(xié)商階段協(xié)商出新的主密鑰Masterkey，執(zhí)行步驟五；步驟五，會(huì)話密鑰協(xié)商階段，每當(dāng)用戶Cl和用戶C2進(jìn)行通信，用戶Cl和用戶C2執(zhí)行四步握手協(xié)議，協(xié)商出用于本次通信的域內(nèi)會(huì)話密鑰或者跨域會(huì)話密鑰，利用該密鑰對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)。3.如權(quán)利要求2所述的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，其特征在于，所述步驟一中請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl向目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2發(fā)送主密鑰協(xié)商請(qǐng)求，按如下步驟進(jìn)行:第一步，請(qǐng)求用戶端點(diǎn)(31計(jì)算隨機(jī)數(shù)1'101^1，將請(qǐng)求(1'101^1￥11]10(^，318八^1)，IDi)發(fā)送給代理A，其中g(shù)xlmodq表示用戶Cl的公鑰，SigA(gxl)表示第一安全域代理A對(duì)公鑰gxlmodq的簽名；第二步，第一安全域代理A向目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2所在的第二安全域代理B發(fā)送請(qǐng)求消息；第三步，第二安全域代理B將消息發(fā)給目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2;如果請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl和目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2在同一域內(nèi)，則將安全域代理A和安全域代理B視為同一個(gè)安全域代理A。4.如權(quán)利要求2所述的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，其特征在于，所述步驟二中目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2發(fā)送響應(yīng)，按如下步驟進(jìn)行:第一步，目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2接收到消息后，解析出隨機(jī)數(shù)Noncel、公鑰gxlmodq，其中g(shù)xlmodq表示用戶CI的公鑰；第二步，目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2計(jì)算應(yīng)答MICi=Hash(Masterkey|gx2modq||SigB(gx2)|Nonce2|Noncel)，其中Masterkey表示主密鑰，gx2modq表示用戶端點(diǎn)C2的公鑰，SigB(gx2)表示第二安全域代理B對(duì)公鑰gx2modq的簽名，Nonce2表示用戶C2計(jì)算的隨機(jī)數(shù)，Noncel表示用戶Cl計(jì)算的隨機(jī)數(shù)；第三步，目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2將響應(yīng)(gx2modq，SigB(gx2),NoncAMIC1,ID2)發(fā)送給請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl，如果目標(biāo)用戶C2和請(qǐng)求用戶Cl在同一域內(nèi)，需要將發(fā)送的簽名SigB(gx2)改為SigA(gx2);如果請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl和目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2在同一域內(nèi)，則將安全域代理A和安全域代理B視為同一個(gè)安全域代理A。5.如權(quán)利要求2所述的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，其特征在于，所述步驟三中請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl發(fā)送響應(yīng)，按如下步驟進(jìn)行:第一步，請(qǐng)求用戶端點(diǎn)CI接收到消息后，解析出隨機(jī)數(shù)Nοnce2、公鑰gx2mοdq，其中g(shù)x2modq表示用戶C2的公鑰；第二步，請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl計(jì)算MIC1，將計(jì)算出的MIC1與用戶C2發(fā)送的^(^進(jìn)行對(duì)比，如果兩者相同，驗(yàn)證通過(guò)，否則驗(yàn)證失敗；第三步，如果通過(guò)，計(jì)算應(yīng)答MIC2=Hash(MasterkeyNonce2|Noncel)，其中Masterkey表示主密鑰，Nonce2表示用戶C2計(jì)算的隨機(jī)數(shù)，Noncel表示用戶Cl計(jì)算的隨機(jī)數(shù)；第四步，請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl將響應(yīng)(Nonce2，MIC2)發(fā)送給目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2。6.如權(quán)利要求2所述的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，其特征在于，所述步驟四中目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2接收響應(yīng)后，按如下步驟進(jìn)行:第一步，目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2接收到消息后，解析出隨機(jī)數(shù)Nonce2，應(yīng)答MIC2;第二步，目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2計(jì)算MIC2,將計(jì)算出的MIC2與用戶Cl發(fā)送的MIC2進(jìn)行對(duì)比，如果兩者相同，驗(yàn)證通過(guò)，否則驗(yàn)證失??；第三步，如果正確，則請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl和目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2協(xié)商出主密鑰Masterkey，以上主密鑰協(xié)商過(guò)程對(duì)于用戶Cl和用戶C2只運(yùn)行一次。7.如權(quán)利要求2所述的5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法，其特征在于，所述步驟五中用戶端點(diǎn)Cl和C2經(jīng)過(guò)主密鑰協(xié)商后，按如下步驟進(jìn)行:請(qǐng)求用戶端點(diǎn)Cl和目標(biāo)用戶端點(diǎn)C2執(zhí)行四步握手協(xié)議，協(xié)商出用于本次通信的域內(nèi)會(huì)話密鑰或者跨域會(huì)話密鑰，利用該密鑰對(duì)隨后傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行加密及完整性保護(hù)。8.—種應(yīng)用權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法的智能終端。9.一種應(yīng)用權(quán)利要求1-7任意一項(xiàng)所述5G網(wǎng)絡(luò)中能夠?qū)崿F(xiàn)通信監(jiān)管的端到端安全建立方法的智能終端?！疚臋n編號(hào)】H04W12/02GK105848140SQ201610153473【公開日】2016年8月10日【申請(qǐng)日】2016年3月17日【發(fā)明人】李興華,紀(jì)韜,張俊偉,馬建峰,張?jiān)骑w,鐘焰濤,雷藝學(xué),鄭倩【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué),宇龍計(jì)算機(jī)通信科技(深圳)有限公司,西安同友信息技術(shù)有限公司