面向雾计算的多因子匿名认证机制关键技术研究

Fog computing is a distributed collaboration architecture that has emerged in recent years with the rise of the Internet of things (IoT). It extends cloud services to the edge network. Since data in the IoT is closely related to the user's privacy，it is a great challenge to ensure the data security and user privacy in fog computing. Anonymous authentication scheme is one of the key technologies to achieve data security and privacy protection. It prevents the leakage of user information while ensuring the legitimacy and authenticity of user identity. Multi-factor authentication further enhances the security of authentication protocols. The research topics of this project are listed in the following: 1) to put forward the formal system model and security model of fog-based multi-factor anonymous authentication protocols; 2) to design efficient and provably secure fog-based multi-factor anonymous authentication protocols; 3) to implement NS-3 simulation and a prototype of proposed protocols. The innovative research of this project will promote the theory and application of fog computing and multi-factor anonymous authentication protocols, and provide theoretical basis and technical guarantee for IoT data security and privacy protection.

雾计算是近年来随着物联网兴起而出现的分布式协作架构，它将云服务拓展到边缘网络。由于物联网中数据与用户隐私信息密切相关，如何确保数据安全和用户隐私成为雾计算安全面临的巨大挑战。匿名认证技术是实现数据安全和隐私保护的关键技术之一，它在确保用户身份合法性与真实性的同时，防止用户身份信息的泄露。多因子认证则进一步增强了认证协议的安全性。本课题主要研究面向雾计算的多因子匿名认证协议，具体包括：1）雾计算环境下多因子匿名认证协议的系统模型与安全模型；2）雾计算环境下多因子匿名认证协议的设计和形式化安全证明；3）多因子匿名认证协议的NS-3仿真及原型系统实现。本课题的创新性研究将进一步推动雾计算和多因子匿名认证协议理论发展及应用，为物联网数据安全和隐私保护提供理论基础和技术保障。

雾计算通过在边缘网络部署雾服务器，在远程云数据中心和移动终端设备之间架起桥梁，弥补了云计算在延迟敏感、资源受限的、移动性强的物联网应用中的缺陷。由于边缘网络中包含大量用户隐私信息，如何确保数据安全和用户隐私成为雾计算安全面临的巨大挑战。多因子匿名认证技术采用多种认证因子确保用户身份的合法性，同时防止用户身份信息的泄露，是实现数据安全和隐私保护的关键技术之一。本课题以基于雾计算架构的数据安全与隐私保护为应用背景，着重研究雾计算中的多因子匿名认证协议，取得如下成果：1）建立了雾计算环境下认证协议的系统模型和形式化安全模型 2）口令、智能卡、生物特征等多种认证因子、消息认证码、加密、签名等多种密码学原语和区块链、物理不可克隆函数等多种技术，设计了一系列雾计算环境下的匿名认证协议，并提供了形式化安全证明。3）用Miracl库实现了协议主要流程，对协议的性能进行了评估，并与已有的协议进行了比较。本课题的研究进一步推动雾计算和多因子匿名认证协议理论发展及应用，为物联网数据安全和隐私保护提供理论基础和技术保障。