Python简单模拟蓝牙车钥匙协议

本文设计一个简单的蓝牙车钥匙协议,协议包含DH密钥协商和基于RSA的身份认证功能,以及防重放与消息完整性验证。

  1. 密钥协商过程:
  • 设定 DH 参数:素数 p 和生成元 g。

  • 发送方(Alice)生成 DH 的私钥 a 并计算公钥 A = g^a mod p。

  • 接收方(Bob)生成 DH 的私钥 b 并计算公钥 B = g^b mod p。

  • Alice 和 Bob 交换各自的公钥 A 和 B。

  • Alice 和 Bob 分别根据对方的公钥计算出共享密钥:Alice 的共享密钥 S_Alice = B^a mod p,Bob 的共享密钥 S_Bob = A^b mod p。

  1. 身份认证过程:
  • Alice 生成 RSA 密钥对,私钥 Private_Alice 和公钥 Public_Alice。

  • Alice 将 Public_Alice 发送给 Bob。

  • Bob 生成 RSA 密钥对,私钥 Private_Bob 和公钥 Public_Bob。

  • Bob 将 Public_Bob 发送给 Alice。

  • Alice 使用 Bob 的公钥 Public_Bob 对消息进行加密,确保只有 Bob 能够解密看到该消息。

  • Bob 使用自己的私钥 Private_Bob 对消息进行解密和验证。

  1. 防重放与消息完整性验证:
  • 在通信过程中,每条消息附带一个唯一的序列号或时间戳。

  • 在接收方收到消息后,会比较序列号或时间戳,并使用哈希函数计算消息的散列值。

  • 接收方会保存已收到的序列号或时间戳,以及对应的散列值。

  • 如果接收到重复的序列号或时间戳,或者消息的散列值不匹配,接收方将丢弃该消息。

这只是一个基本示例,实际应用中可能需要更复杂的协议设计和安全验证措施。

下面用Python实现该蓝牙钥匙协议的核心功能:

```python

import hashlib

import secrets

from Crypto.PublicKey import RSA

from Crypto.Cipher import PKCS1_OAEP

from Crypto.Signature import pkcs1_15

from Crypto.Hash import SHA256

密钥协商

def key_exchange():

生成DH参数

p = 8124599 # DH的素数p

g = 7 # DH的生成元g

生成私钥和公钥

private_key = secrets.randbelow(p-1) + 1

public_key = pow(g, private_key, p)

发送公钥给对方

...

接收对方的公钥

...

计算共享密钥

shared_key = pow(public_key, private_key, p)

return shared_key

身份认证

def authenticate(shared_key):

生成RSA密钥对

key = RSA.generate(2048)

Alice进行签名

signature_alice = sign_data("Alice", key)

将密钥和签名发送给Bob

...

Bob验证签名并生成自己的签名

signature_bob = sign_data("Bob", key)

将签名发送给Alice

...

Alice验证Bob的签名

verify_signature("Bob", signature_bob, key)

完成身份验证

...

签名数据

def sign_data(data, key):

signer = pkcs1_15.new(key)

digest = SHA256.new(data.encode('utf-8'))

signature = signer.sign(digest)

return signature

验证签名

def verify_signature(data, signature, key):

verifier = pkcs1_15.new(key.publickey())

digest = SHA256.new(data.encode('utf-8'))

try:

verifier.verify(digest, signature)

print("Signature is valid.")

except (ValueError, TypeError):

print("Signature is invalid.")

防重放和消息完整性验证

def verify_replay_attack(message, nonce, mac, shared_key):

检查重放攻击,验证nonce是否已经使用过

...

计算消息和共享密钥的HMAC

computed_mac = hashlib.sha256((message + str(shared_key)).encode('utf-8')).hexdigest()

验证MAC是否匹配

if computed_mac == mac:

print("Message integrity is confirmed.")

else:

print("Message integrity is compromised.")

示例用法

shared_key = key_exchange()

authenticate(shared_key)

message = "Hello, Bob!"

nonce = "123456"

mac = "f1a4142e8d0e2b33a22bcc8bec062105019bcf1bdee96eb76f6fe354e610ca3d"

verify_replay_attack(message, nonce, mac, shared_key)

```

参考如上代码,可以根据具体需求,将发送公钥、签名发送以及验证签名的操作加入到适当的位置。同样,防重放和消息完整性验证的实现可能需要根据具体需求进行修改。以上示例中的密钥大小、消息哈希算法以及消息完整性验证机制仅供参考,读者需要根据自己的需求选择合适的算法和参数。

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