wimax数据传输加密方案设计与实现

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1、WiMAX数据传输加密方案设计与实现～教育资源库　　0引言　　在各种通信设备和终端电子产品设计方法中，为使产品具有更强大的功能，越来越多地采用了嵌入式系统，AX无线通信设备亦是如此。因此设计和开发现代网络和通信技术中的安全技术时，必须和嵌入式技术结合在一起。本文提出和实现了一种基于AES-CCM加密算法和ARM+VxAX无线接入设备加密技术解决方案，并给出了算法模块在设备中的应用方法。　　1算法实现原理　　AES对称密码已经广泛应用于数据的保密和数据完整性认证。在具体运用时，都会选择一种具体的工作模式。目前AES算法已有多种工作模式，例如

2、：ECB，CBC，CFB，OFB，CRT，CCM，GCM和AESK(Counterber)在协议中规定用于防止重放攻击，如当前收到的数据包的PN小于前一个数据包的PN时，当前收到的数据包将被丢弃。PN在发第一个包时值为1，以后每发一个包则加1。由于PN和包头都未经加密处理，当窃听者得到一个PDU时，将得到当前PN，并推导出以后各个数据包的PN值。因此引进CCM模式虽然能提高攻击者进行重放攻击的难度和成本，但并不能在技术上彻底防止重放攻击。这里采用对PN进行加密处理来防止由于PN值泄露而遭受可能的重放攻击。加密算法选择AES算法，密钥为80

3、2．16协议中的密钥加密密钥(KEK)。AES，KEK在系统中是用于对传输加密密钥(TEK)进行加密处理的，本身已经存在于系统中，而且被良好地设计，在控制信息交互过程中，KEK定时更新。因此采用该方法不会给系统带来额外的开销，不需要引入新的加密算法，不需要维护密钥。采用该方法PDU加密后结构如图3所示。　　>　　由于对PN进行AES加密处理，因此加密后的PN长度将为16个字节。这降低了传输数据中有效载荷DATA的百分比，不过在实际应用中DATA往往达到上千或上万个字节。因此为提高安全性和抗攻击性，牺牲如此少的传输效率是值得的。　　3AES

4、-CCM算法实现及结果分析　　算法模块基于富士通3400odu为指向PDU数据的指针；pnvector为PN；i为递增的整数，每计算一次计数块后加1。　　3．2算法模块应用方法设计和实现　　算法模块的应用方法主要根据TEK(传输加密密钥)和CID(连接标志)的对应关系设计。在802．16协议中每一个CID都对应惟一的密钥资源，因此可以根据CID找到对应的密钥。在系统中创建两个表，一个是12下一页友情提醒：，特别！TEK表：用于存放加密密钥；另一个是CID表：用于存放CID值和对应密钥索引。CID表中记录结构如图7所示。Type字段表示使用

5、的加密方法，O表示DES-CBC，1表示AES-CCM；Keyindex字段值表示该CID标志对应的密钥信息，在TEK表中的索引位置；CID字段表示CID标志值。　　发送端算法模块调用流程：在数据发送前，系统检测报头中加密控制位的值，如为1则表示该PDU需要加密处理，再根据报头中密钥索引号及加密模式选择位，选择特定的加密算法和密钥，对数据进行加密处理，如加密方法为AES-CCM，则调用CC2M加密模块对数据进行加密。　　接收端算法模块调用流程：当接收到一个PDU数据时，系统先检测报头中的CID标志值是否存在于本地CID表中，如不存在则丢弃

6、该PDU；如存在则找到对应的CID记录，从中读取Type和Keyindex的值，根据Keyindex值，从TEK表中读取解密密钥，然后调用CCM解密模块对PDU进行解密处理。　　3．3算法测试　　测试密钥Key和数据PDU如下：　　发送端加密后的密文，一共包含3个部分。起始的10个字节为6个字节的PDU报头和4个字节的PN；从末尾算起的4个字节为32b的CRC校验码；其余分别是33个字节的净荷密文和8个字节的分组链接模式校验码密文。　　接收端解密后的PDU起始10个字节为报头和PN；其后的33个字节和明文P的33个字节的数据净荷相同；最后

7、的4个字节为CRC校验码，用于接收端的CRC校验。　　第44个到51个字节为解密后的8个字节的分组链接模式校验码。在CCM解密程序中，对解密后得到的PDU，计算分组链接模式校验码，将计算结果和解密所得的分组链接模式校验码相比较，若相同则表示密文在传输过程中没有被篡改破坏，这样可以校验传输数据的完整性。　　上述结果表明本文设计的AES-CCM模块和模块应用方法，能正常工作，能满足AX设备的实际需要。　　4方案比较　　当前，AX设备方案提供商，对数据加密模块主要有2种实现方案：　　(1)采用专门的硬件算法模块；　　(2)采用高速DSP芯片。　

8、　方法(1)的优点是速度快，价格便宜但可扩展性和可升级性不强；方法(2)既有速度快的优点，也有很好的可扩展性和可升级性，但成本比较高。在采用这2种方案的设备中，通常需要一个额外的嵌入式系统来控