引言

隨著地軌衛(wèi)星網絡和高通量衛(wèi)星等新型通信手段的出現(xiàn)，物聯(lián)網正逐步邁向“地-天-空”一體化的模式。作為促進物聯(lián)網設備間通信的下一代網絡，相較傳統(tǒng)地面物聯(lián)網，融合衛(wèi)星和物聯(lián)網特征的衛(wèi)星物聯(lián)網(Satellite Internet of Things, SIoT)，能夠有效克服偏遠地區(qū)網絡覆蓋能力不足的局限性，實現(xiàn)更大范圍的實時、有效通信［1］。由于終端設備計算和能源等資源的限制，如何實現(xiàn)物聯(lián)網環(huán)境中信息交互的安全性和實用性成為一個亟待解決的問題。無證書公鑰加密技術(Certificateless Public Key Cryptography, CL-PKC)的提出［2］，避免了傳統(tǒng)公鑰基礎設施(Public Key Infrastructure, PKI）密碼體制中的密鑰托管和證書管理問題，在提供安全性保障的同時，有效減輕了終端設備的計算和存儲負擔，成為當前物聯(lián)網領域研究的熱點。例如，Kumari等人［3］基于無證書公鑰加密技術設計了一種適用于物聯(lián)網的認證協(xié)議，實現(xiàn)了對物聯(lián)網終端的安全認證。Deng等人［4］針對電力物聯(lián)網環(huán)境，提出了一種無證書公鑰加密技術的安全認證和密鑰交換協(xié)議，在對終端完成安全認證的基礎上，通過協(xié)商的安全會話密鑰實現(xiàn)了設備與服務商之間的安全通信。考慮到物聯(lián)網中終端有限的計算資源，Cui等人［5］設計了一種基于橢圓曲線的無證書公鑰加密方案，該方案利用橢圓曲線的點乘運算代替復雜的雙線性配對操作，有效減輕了終端在認證過程中的計算負擔。然而，上述的方案均側重于物聯(lián)網環(huán)境中的單邊安全性，即關注作為數(shù)據(jù)發(fā)送方的終端設備的安全性。此外，也有部分方案采用信號加密和屬性基加密等方式解決物聯(lián)網中的安全交互問題。信號加密結合加密和簽名技術，以公鑰驗簽的方式實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)發(fā)送方的真實性保障［6］，而基于屬性的加密方案雖然能夠實現(xiàn)對接收方的細粒度訪問，但通常不支持對數(shù)據(jù)發(fā)送方的訪問控制［7］。因此，需要一種能夠在物聯(lián)網環(huán)境中進行雙邊訪問控制的方法，提升數(shù)據(jù)的安全保障和控制能力。匹配加密（Matchmaking Encryption, ME）能夠為發(fā)送方和接收方提供雙邊訪問控制［8］。ME允許發(fā)送方為接收方設定一個訪問域，同時使接收方能驗證密文是否源自合法的發(fā)送方。然而，在當前研究方案中［9-10］，加密、解密過程仍大多完全依賴于計算資源受限的終端設備，并不適用于作為下一代物聯(lián)網范式的衛(wèi)星物聯(lián)網環(huán)境。鑒于此，本文提出了一種面向衛(wèi)星物聯(lián)網的無證書雙邊訪問控制方案，主要貢獻如下：

（1）基于無證書加密和匹配加密技術，在避免傳統(tǒng)加密方案密鑰托管和證書管理問題的基礎上，實現(xiàn)了發(fā)送端和接收端的雙邊訪問控制，確保只有滿足條件的發(fā)送端和接收端才能進行有效的數(shù)據(jù)交互，提升了物聯(lián)網環(huán)境中的數(shù)據(jù)安全保障和控制能力。

（2）不同于傳統(tǒng)基于雙線性配對的方案，本方案采用橢圓曲線加密技術減少終端的計算負擔，并在此基礎上將終端的部分加解密工作外包給邊緣服務器，進一步減輕了終端設備的計算開銷。

（3） 基于標準困難假設的安全分析證明了本方案的安全性；而性能分析則表明，相較于現(xiàn)有方案，本方案中終端設備承擔的計算開銷更小，具有更高的實用性。

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作者信息：

張華樂，陸俊，林航，顏申

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