基于IBC的物联网密钥管理机制研究及系统实现

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随着物联网应用的日益广泛,物联网安全成为一个非常重要的研究方向。由于算力和资源有限,PKI数字证书机制难以应用到小型物联网设备。基于身份的密码体制(Identity-Based Cryptography,IBC)将身份信息作为公钥,可以解决数字证书的验证和存储问题。SM9作为我国自主研究设计IBC算法,被推广应用于物联网安全领域中存在重大的研究意义。在SM9中,用户的私钥由生成中心PKG(Private Key Generator)产生,一般托管于第三方。该机制带来了用户私钥托管、私钥安全分发等问题,也缺乏对SM9在物联网芯片上实现方案。本文围绕以上问题进行研究,完成的主要工作如下:(1)基于无证书密码体制构造了 SM9无证书体制加密算法和签名算法,物联网节点参与密钥生成过程,有效解决了托管可能导致的密钥泄露问题。(2)利用安全芯片和MIRACL库以硬件和软件两种方式在常用物联网芯片上实现了 SM9算法,并测试验证了实际运行效率。(3)在改进算法的基础上,引入注册中心将应用密钥分级管理,在满足物联网应用的安全需求前提下提高了密钥更新的效率。(4)基于企业委托项目,结合SM9密钥管理机制设计数字车锁系统,并使用MQTT通信协议模拟实现了系统中车辆、手机和后台的安全通信和认证过程。本文的方案完善了物联网SM9密钥管理中密钥生成、分发、使用机制,在两款常用物联网芯片上做了实际部署与测试,对性能数据做了详细的比较分析。
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