用于无线电能传输的口令认证密钥协商方案的研究

摘要

传统充电方式虽然充电效率高，但是不同的电子产品接口可能不一致，而且携带不便甚至有可能漏电；无线电能传输(WPT,Wireless Power Transfer)技术可完全克服上述问题。在一些无线电能传输的实际应用中需要对用户进行认证，WPT的安全认证是其商业化推广的前提，因此对WPT中的认证技术进行研究是很必要的。目前 WPT的研究主要集中在距离、功率、效率和多源多用户等方面。认证密钥协商方案是使得系统能够识别用户的真实身份并为认证双方建立一个共有的会话密钥。所以本文针对认证技术进行了如下几个方面的工作：一、建立WPT用户的标识系统(IDS-WPT,Identification system for WPT)，主要包括用户标识和数据库两个方面。改变了传统的固定方式的单一供电方式，满足智能电网(Smart Grid)中移动用户的用电需求。
　　用户标识：分析了现有用户标识的缺陷，针对 WPT用户标识的安全需求，设计了新的用户标识。该标识具有唯一性、独立性、简单性同时具有一定的扩展性。
　　数据库设计：建立了分层的分布式数据库架构，并对全局数据库、本地数据库、访问数据库的存储内容进行了设计。所建立的数据库不仅具有较高的查找和更新效率而且具有较低的存储开销。通过对认证过程中数据库所消耗的带宽进行分析可知所设计的IDS-WPT系统可满足实际应用。
　　二、漫游用户的认证密钥协商认证方案：通过对Shin、Lee、王颖等人的漫游用户口令认证方案的深入研究，并针对 WPT中用户认证所需要的高安全性，用户友好性和低认证消耗等要求，结合Lee和王颖的方案对Shin方案进行了基于对称加密、RSA、散列函数的匿名认证方案改进。论文不仅对改进方案与现有方案进行安全性证明，而且对时间复杂度和通信消耗等性能进行了仿真对比。结果表明改进方案在安全性上有很大的提高；时间复杂度和通信消耗均优于Lee和王颖方案，适于无线电能传输中移动用户的认证。
　　三、本地用户的认证密钥协商认证方案：通过分析研究Sonwanshi等人、Shin等人和Youngil等人的认证方案，提出了一种基于散列函数满足抗扮演攻击、离线口令猜测攻击、用户匿名性的改进方案，并进行了详细的性能仿真，结果表明相比原方案在S?Ui的通信消耗降低了43％，整体的通信消耗降低了30%，且实现了高性能的安全需求。
　　本文首先设计了WPT的用户标识和相应的解析系统，并针对数据库进行了带宽消耗分析；其次，针对漫游和本地两种环境，提出了改进的用户认证方案，结果表明了改进方案具有更好的性能，是一个更安全的实用认证系统。

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目录

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 研究内容

1.4 论文的章节安排

2 身份认证和密码学基础

2.1 身份认证协议设计的基本原则

2.2 攻击模型

2.3 密钥协商协议的概念

2.4 密码学知识

2.5 本章总结

3 无线电能传输用户的标识框架设计

3.1 标识组成

3.2数据库架构

3.3 数据库的存储设计和标识解析

3.4 数据库带宽分析

3.5 本章小结

4 漫游匿名用户认证方案的研究

4.1 引言

4.2 Shin等人方案的回顾和安全分析

4.3 改进方案和安全性分析

4.4 本章总结

5 本地单服务器匿名认证

5.1 引言

5.2 Sonwanshi等人协议的安全性分析

5.3 改进方案

5.4 本地用户认证的实现

5.5 本章总结

6 总结和展望

6.1 本文总结

6.2 后续研究工作展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的论文与参与项目