基于AES算法的身份认证方案在移动通信网络中的运用

2024-10-29

随着移动通信网络的高速发展，所遇到的各种攻击及欺诈行为也更加频繁，而在网络通信环境中，身份认证是非常重要的，高效便捷的身份认证方式是移动通信技术安全性的重要保证，而这就离不开加密算法的应用。下面我们就一起来了解一下基于AES算法的身份认证方案在移动通信网络中的运用。

网络身份认证方式

在网络安全领域，广泛使用的身份认证方式主要有证书认证和口令认证两种方式。

口令认证是一种轻量级的认证方案，口令认证分为静态口令和动态口令两种，静态口令由于存在多种安全问题已逐渐被业界淘汰，动态囗令也已经很难满足目前复杂的网络环境。

证书认证需要权威的第三方证书授权中心（CA)颁发证书，相比于口令认证方式，证书认证方式安全级别更高，能够抵御多种攻击及欺诈方式，但证书认证方式对通信双方资源要求较高，更为复杂，而且需要权威的第三方认证授权中心。

AES算法在身份认证中的优势

首先，AES算法本身的安全性非常高，且可以抵御目前已知的大部分攻击。并且相对于其他加密算法基于前缀码的AES算法更加灵活高效，更适用于移动通信网络。

基于AES算法的身份认证方案

符号标识

O：用户；F：服务器；T：用户标识；MM：口令；+：加法；：异或；H（x）：哈希函数；n：第n次认证；N：表示随机数；Nn：第n次认证的随机数。

认证过程

在注册过程中，用户输入T和MM，生成随机数NO，计算RO=H（T，MMNO），将T和RO传送至服务器F。服务器F使用基于前缀码的AES算法为用户O计算分配共享密钥KAES，同时分配另一共享密钥KOF，用户O保存KAES与KOF，并从此刻起，认证过程所有数据都通过共享密码KAES加密后再传送，收到数据都先通过KAES解密后再处理。
O与F计算整数g、大素数m，O保存与F的共享密钥KOF，m，g，NO。
F存储O的T、R0、KOF、m、g。
O进行第n次登录过程时，O的认证数据有T，MM和Nn，F保存的对应认证数据是Rn。
O进行登录时，生成随机数XU
F收到O的消息后在本地数据库查询T所对应的共享密钥，再用对应的共享密钥解密KOF（YO）得到YO。然后F生成一个随机数Xs
O收到后F返回的数据后用KOF解密得到YF，再使用YF与R做异或运算，将结果与YO比较，不等则认证失败，终止认证登陆，相等就计算Rn=H（T，MMeNn），同时生成另一个随机数Nn+1并保存，O再用Nn+1计算：Rn+1=H（T，MMeNn+1），Mn+1=H（T，Rn+1），其中Rn+1作为下一次的认证数据。用数据Rn、Rn+1和Mn+1计算a=Rn+1④（Mn+1+Rn），β=Mn+1④Rn。
O将a，β和T传送给F。
F收到a，β和T后，从认证数据数据库中取得与T相对应的Rn，然后计算：βeRn=Mn+1eRneRn=Mn+1，得到Mn+1，再用Rn和上式得到的Mn+1计算：a⊕（Mn+1+Rn）=Rn+1⊕（Mn+1+Rn）⊕（Mn+1+Rn）=Mn+1，得到的Rn+1和T计算Mn+1'=H（T，Rn+1）。
F对Mn+1'与Mn+1的值进行比较，若相等，则F通过对O的身份认证，否则拒绝O登录。同时F计算：Kn=（YF）Xomodm并将Kn作为新的会话密钥，加密服务器和用户之间的会话信息。
收到F发送的允许登录消息后，O计算第n次的会话密钥Kn'：Kn'=（YO）XFmodm则有：Kn=（YF）Xomodm=gXFXomodm=（YO）XFmodm=Kn'在用户通过认证登陆服务器后，用Kn做会话密钥建立安全通信信道与服务器通信。

利用AES加密算法的优势，不仅能够保证服务器对用户的身份认证，也能够有效的实现用户对服务器真伪的认证。通过AES算法加密后的会话信道能够保证所有信息在安全环境下传输，并能确保传输信息为原始信息，有效防御中间人攻击及欺诈攻击，使攻击者无法在通信过程中删除消息、注入错误消息、修改消息。

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