[发明专利]动态更新密钥的身份认证和密钥协商方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络终端用户的身份认证及密钥协商技术，尤其涉及一种 动态更新密钥的身份认证和密钥协商方法及系统。

背景技术

认证与密钥分配(AKA，Authentication and Key Agreement)和扩展认证协 议的认证与密钥分配(EAP-AKA，Extensible  Authentication Protocol-Authentication and Key Agreement)是基于挑战-应答机制和对称密码机 制的技术，是无线局域网(WLAN，Wireless Local Area Networks)的认证和密 钥分配协议。基于AKA或EAP-AKA的认证与密钥分发协议需要移动站(MS， Mobile Station)、访问位置寄存器(VLR，Visitor Location Register)和归属位置 寄存器(HLR，Home Location Register)三方参与。EAP-AKA协议由VLR发 起，VLR首先向MS发送一个EAP请求，然后开始执行认证与密钥分配的过程， 详细的协议描述如下：

1)MS→VLR：国际移动用户识别码(IMSI，International Mobile Subscriber Identity)，HLR；

2)VLR→HLR：IMSI；

3)HLR→VLR：认证向量(AV，Authentication Vector)＝随机数(RAND)|| 期望响应(XRES，Expected Response)||加密密钥(CK，Cipher Key)||完整 性密钥(IK，Integrity Key)||认证令牌(AUTN，Authentication Token)；

4)VLR→MS：RAND||AUTN；

5)MS→VLR：认证响应(RES，Response)。

其中，IMSI为用户永久身份识别，AUTN＝序列号(SQN，Sequence Number) 匿名密钥(AK，Anonymous Key)||认证管理域(AMF，Authentication Management Filed)||消息认证码(MAC，Message Authentication Code)，AUTN 中包含SQN可以使MS免受重传攻击。“||”表示串接；表示采 用AK对SQN进行逐位异或的加密操作，用以在AUTN中隐藏SQN，因为SQN 可能会暴露用户的身份和位置信息。

RAND由伪随机数生成函数f0产生，MAC＝f1_K(SQN，RAND，AMF)， XRES＝f2_K(RAND)，CK＝f3_K(RAND)，IK＝f4_K(RAND)，AK＝f5_K(RAND)。f0～f5是 第三代数字通信(3G，The 3rd Generation)安全结构定义的密码算法，f0算法 用于在认证中产生随机数RAND，f1算法用于产生MAC，f2算法用于在消息 认证中计算XRES，f3算法用于产生CK，f4算法用于产生IK，f5算法用于产 生AK。其中，各算法中的K表示MS与HLR之间的共享密钥。

在上述的协议描述中，当HLR收到VLR的认证请求后，发送N个认证向 量组给VLR；在VLR中，每个用户的N个认证向量组按照先入先出(FIFO， First In First Out)的规则发送给MS，用于鉴权认证。VLR初始化一个认证过 程，并选择一个认证向量组，发送其中的RAND和AUTN给MS；MS收到来 自VLR的RAND||AUTN后计算期望的消息认证码(XMAC，Expected Message Authentication Code)，并将计算的XMAC与AUTN中的MAC进行比较，如果 两者不相同，则MS向VLR发送拒绝认证消息，认证失败；如果两者相同，则 MS进一步验证SQN是否新鲜，如果不能通过验证，则MS向VLR发送同步 接收失败消息，认证失败；如果通过验证，则MS向VLR发送RES。VLR接 收到RES后，比较XRES和RES，如果两者不同，则认证失败；如果两者相同， 则认证成功完成。