專利名稱：填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線寬帶城域網(wǎng)技術(shù)，尤其是涉及一種完成對(duì)寬帶無線城域網(wǎng)媒體接入層即MAC層的安全技術(shù)，包括身份雙向鑒權(quán)(Authentification)，信息完整性保護(hù) (informationlntegrity protection),密鑰分配(Key Allocation)禾口信息力口、角軍密(Data Encryption, Decryption)技術(shù)。
背景技術(shù)：
無線寬帶城域網(wǎng)的典型是IEEE802. 16系列標(biāo)準(zhǔn)，用戶接入基站時(shí)，首先要向基站進(jìn)行鑒權(quán)，獲取鑒權(quán)密鑰；然后根據(jù)鑒權(quán)密鑰使用算法推導(dǎo)出會(huì)話加密密鑰，使用會(huì)話加密密鑰進(jìn)行保密通信。鑒權(quán)的過程實(shí)際上就是通過用戶站的數(shù)字證書實(shí)現(xiàn)基站對(duì)用戶站的鑒權(quán)，用戶站證書的頒發(fā)者是一個(gè)可信的第三方。在目前的IEEE802. 16中，引入了一個(gè)認(rèn)證服務(wù)器代替基站對(duì)用戶站進(jìn)行認(rèn)證。當(dāng)用戶站向基站進(jìn)行鑒權(quán)時(shí)，其具體的鑒權(quán)流程如下1)用戶站向基站發(fā)送證書報(bào)文，該報(bào)文包括用戶站的數(shù)字證書。該報(bào)文僅用于通知基站有關(guān)該用戶站的信息，基站可以忽略該報(bào)文。2)用戶站向基站發(fā)送注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求報(bào)文，該信息包括用戶站的數(shù)字證書，支持會(huì)話算法和用戶站的連接標(biāo)識(shí)等信息。3)基站驗(yàn)證用戶站證書的合法性(通過認(rèn)證服務(wù)器來驗(yàn)證)，然后發(fā)送注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求確認(rèn)消息給用戶站，該消息包括基站對(duì)用戶站授權(quán)的一系列安全關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)、授權(quán)密鑰、 鑒權(quán)密鑰以及確認(rèn)的會(huì)話算法等。認(rèn)證完成之后，用戶站和基站可以利用鑒權(quán)密鑰協(xié)商出會(huì)話加密密鑰。產(chǎn)生會(huì)話加密密鑰的協(xié)商過程如下1)用戶站向基站發(fā)送會(huì)話加密密鑰協(xié)商請(qǐng)求報(bào)文，該報(bào)文包括安全關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)和所要協(xié)商的會(huì)話加密密鑰的標(biāo)識(shí)信息；2)基站向用戶站發(fā)送會(huì)話加密密鑰協(xié)商請(qǐng)求確認(rèn)報(bào)文，該報(bào)文包括安全關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)、所要協(xié)商的會(huì)話加密密鑰的標(biāo)識(shí)信息、會(huì)話加密密鑰和其生命周期。通信中使用會(huì)話加密密鑰來保證用戶站和基站之間傳輸信息的安全。以上認(rèn)證機(jī)制中所有的密鑰都是由基站提供的，使用可信的第三方提供的數(shù)字證書來證明用戶站的合法性。信息交互通過公鑰加密算法加密通信信息，以保證信息的機(jī)密性。因?yàn)槭褂脝蜗蛘J(rèn)證，基站認(rèn)證用戶站，用戶站不認(rèn)證基站，因而上述認(rèn)證機(jī)制容易受到偽基站的攻擊。由于使用公鑰加密，其運(yùn)算速度遠(yuǎn)低于對(duì)稱加密技術(shù)，在鑒權(quán)和密鑰協(xié)商過程中傳輸了數(shù)字證書、鑒權(quán)密鑰和會(huì)話加密密鑰，占用了很多無線帶寬。在實(shí)際運(yùn)用中，可以發(fā)現(xiàn)，由于受公共信道承載能力和認(rèn)證密鑰信息長度的影響，通常需要對(duì)鑒權(quán)信息進(jìn)行分段傳輸，并且占用過多的無線資源也會(huì)加劇網(wǎng)絡(luò)中的碰撞情況。如果發(fā)生碰撞會(huì)話加密密鑰丟失，將會(huì)導(dǎo)致密鑰不同步，通信無法正常進(jìn)行。同時(shí)由于密鑰更新的時(shí)間由基站管理，若用戶站無法與基站同步也將導(dǎo)致密鑰失效造成通信中斷。更加嚴(yán)重的是，一旦密鑰丟失后，基站和用戶站將無法通過自啟動(dòng)方式回復(fù)通信。值得注意的是，相同的鑒權(quán)方式、控制信令或數(shù)據(jù)信息通過會(huì)話加密密鑰加密后得到傳輸?shù)母袷蕉家恢拢舯粋谓K端捕捉到該信息后，雖然其無法破譯信息內(nèi)容，但采用重復(fù)發(fā)送攻擊方式也會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。所以，在設(shè)計(jì)加密鑒權(quán)協(xié)議的時(shí)候，即要考慮密鑰同步問題，同時(shí)也需要防止泛洪攻擊。中國專利CN101707773A公開一種WLAN接入網(wǎng)關(guān)、移動(dòng)網(wǎng)與無線寬帶網(wǎng)的融合方法和系統(tǒng)，涉及通信領(lǐng)域。其中一種移動(dòng)網(wǎng)與無線寬帶網(wǎng)的融合方法包括:WLAN接入網(wǎng)關(guān)接收用戶設(shè)備發(fā)送的接入無線寬帶網(wǎng)的注冊(cè)請(qǐng)求，注冊(cè)請(qǐng)求中包括插入用戶設(shè)備中的用戶識(shí)別卡的用戶標(biāo)識(shí)碼和X_CT_Timnel信息；WLAN接入網(wǎng)關(guān)向用戶設(shè)備返回隨機(jī)數(shù)；用戶設(shè)備基于用戶識(shí)別卡根據(jù)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行接入鑒權(quán)，生成鑒權(quán)碼；用戶設(shè)備將鑒權(quán)碼和隨機(jī)數(shù)發(fā)送給WLAN接入網(wǎng)關(guān)；WJVN接入網(wǎng)關(guān)根據(jù)鑒權(quán)碼和注冊(cè)請(qǐng)求的信息，與移動(dòng)網(wǎng)中的認(rèn)證服務(wù)器完成用戶設(shè)備的接入認(rèn)證；WLAN接入網(wǎng)關(guān)根據(jù)認(rèn)證結(jié)果，響應(yīng)用戶設(shè)備的注冊(cè)請(qǐng)求。該發(fā)明基于WLAN接入網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)網(wǎng)與寬帶互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)融合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種填充序列長度可變的無線媒體接入(MAC)層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法。本發(fā)明包括以下步驟1)初始化用戶站和基站使用共同的16比特的隨機(jī)加密參數(shù)和128比特的密鑰加密密鑰，由密鑰導(dǎo)出算法導(dǎo)出控制信息加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式；2)基站向用戶站周期性地發(fā)送廣播消息，用戶站解析廣播消息，得到基站的MAC 地址等信息；當(dāng)用戶站鑒權(quán)基站合法時(shí)，自動(dòng)生成注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息，若信息長度不足傳輸數(shù)據(jù)塊的最大長度，則使用填充算法計(jì)算出填充序列后補(bǔ)足到該數(shù)據(jù)塊的末尾，再使用控制信息加密密鑰和相應(yīng)的加密方式加密該信息，通過公共控制信道傳遞給基站；3)基站收到用戶站的注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息后，通過公共信道的控制信息加密密鑰、 加密方式和填充算法解析出該信息，發(fā)送注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求信息給注冊(cè)鑒權(quán)模塊，注冊(cè)鑒權(quán)模塊從數(shù)據(jù)庫中檢索對(duì)應(yīng)的用戶站的MAC地址，若沒找到，則認(rèn)為該用戶站不合法；反之，認(rèn)為合法；不論用戶站是否合法注冊(cè)鑒權(quán)模塊都要生成注冊(cè)鑒權(quán)確認(rèn)消息給基站；基站根據(jù)來自注冊(cè)鑒權(quán)模塊的注冊(cè)鑒權(quán)確認(rèn)信息生成不同的注冊(cè)鑒權(quán)回復(fù)信息，經(jīng)過加密后，通過公共控制信道傳遞到用戶站；4)用戶站利用公共信道的控制信息加密密鑰、加密方式和填充算法解析來自基站的注冊(cè)鑒權(quán)回復(fù)信息，首先讀取允許注冊(cè)的標(biāo)志位，若有效，則從該消息中抽取出用戶站的網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)號(hào)號(hào)、加密隨機(jī)參數(shù)、基站的MAC地址，導(dǎo)入到密鑰生成算法得到相應(yīng)的控制信息加密密鑰，業(yè)務(wù)信息加密密鑰和加密方式；反之，不做任何處理同時(shí)關(guān)閉周期注冊(cè)定時(shí)器等待新的小區(qū)配置廣播信息；5)在周期注冊(cè)時(shí)，基站會(huì)根據(jù)密鑰計(jì)時(shí)器對(duì)密鑰進(jìn)行周期性的更新，當(dāng)更新密鑰信息部能及時(shí)傳遞給用戶站時(shí)，基站仍可以使用舊的密鑰信息來解密用戶站的信息，只有當(dāng)基站能用備用的密鑰信息正確解密信息的時(shí)候，才替代正在使用的密鑰信息，從而保證在沒有握手機(jī)制的條件下(即減少控制信息交互條件下)，進(jìn)行密鑰信息的同步更新；6)使用推導(dǎo)出來的控制信息加密密鑰、隨機(jī)加密參數(shù)和加密方式對(duì)控制信息進(jìn)行加密，使用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法算法對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。在步驟2)中，所述廣播消息可包括基站MAC地址、配置信息內(nèi)容和資源調(diào)度信息寸。所述基站和用戶站發(fā)送的所有消息都是經(jīng)過加密的，包括廣播消息，注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息，注冊(cè)確認(rèn)消息等消息。所述基站和用戶站由共同的16比特的隨機(jī)加密參數(shù)和128比特的密鑰加密密鑰通過密鑰導(dǎo)出算法計(jì)算出控制信息加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式這三個(gè)參數(shù)， 因此加密密鑰的協(xié)商是由基站和用戶站使用算法分別計(jì)算出來的，不用通過無線信道的傳輸，避免了被竊聽的危險(xiǎn)。并且使用多種的加密算法對(duì)控制信息進(jìn)行加密。所述基站和用戶站發(fā)送的控制信息長度未達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)塊長度時(shí)，使用填充序列算法生成填充比特串，補(bǔ)足到控制信息的尾部。引入填充算法的目的，一是檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性，接收方解密接收的信息之后，使用填充序列算法計(jì)算出原信息的填充序列，然后和接收到的信息中的填充序列進(jìn)行比較，如果不一樣就說明信息在傳輸過程中被篡改了。另一個(gè)是防止泛洪攻擊，若有個(gè)偽終端截獲該信息不斷地重發(fā)將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。所以在進(jìn)行填充算法過程的時(shí)候，將填充得到的序列和前一次得到填充序列進(jìn)行比較，若相同則通過取反算法獲得新的填充序列。在接收端， 對(duì)每種接收控制信息都存放對(duì)應(yīng)的填充序列信息，若解密后的填充序列信息與前一次解密的填充序列信息相同，則認(rèn)為該信息為攻擊信息直接丟棄。所述基站使用三套密鑰解析來自用戶站的消息，一個(gè)是當(dāng)前使用的密鑰，一個(gè)是備用的密鑰，一個(gè)是初始化的密鑰。若當(dāng)前使用的密鑰解析錯(cuò)誤，則用備用的密鑰解析；若備用密鑰可以正確解析，則用備用密鑰替換當(dāng)前使用的密鑰。這樣既可以減少交互的次數(shù)又保證了密鑰的及時(shí)更新。為了保證用戶站重新初始化注冊(cè)，同時(shí)也需要保存初始化密鑰對(duì)信息進(jìn)行解析。引入備用密鑰的機(jī)制，可以減少握手機(jī)制。當(dāng)密鑰在無線鏈路傳輸過程中丟失，基站也不需要立刻重新發(fā)送更新的隨機(jī)加密參數(shù)信息。而是使用先前的密鑰進(jìn)行解密，等到下次用戶站注冊(cè)鑒權(quán)的時(shí)候再次發(fā)送更新密鑰信息。這樣不僅減少回復(fù)確認(rèn)機(jī)制信息的傳遞減少網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，而且也保證密鑰的同步更新。所述基站周期性的發(fā)送加密之后的廣播包給用戶站，用戶站解析廣播包后更新關(guān)于基站的相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)當(dāng)前的注冊(cè)狀態(tài)判斷是否發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求。用戶站的注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息中包含了用戶站的MAC地址，用戶站注冊(cè)時(shí)所處狀態(tài)標(biāo)志和當(dāng)前所處的基站的MAC 地址。所述基站收到用戶站的注冊(cè)請(qǐng)求信息之后，發(fā)送一個(gè)驗(yàn)證用戶站合法性的請(qǐng)求消息給注冊(cè)鑒權(quán)模塊，由注冊(cè)鑒權(quán)模塊判斷用戶站是否合法。注冊(cè)鑒權(quán)模塊可以是一臺(tái)專門的認(rèn)證服務(wù)器，認(rèn)證服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫中請(qǐng)求注冊(cè)用戶站的記錄，如果不存在則認(rèn)為該用戶站非法，拒絕其注冊(cè)。如果用戶站合法，返回一個(gè)合法的響應(yīng)信息。驗(yàn)證用戶站合法性的請(qǐng)求消息包括基站的MAC地址、用戶站的MAC地址。基站發(fā)送給用戶站的注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息包含用戶站的MAC地址、是否允許注冊(cè)標(biāo)志、隨機(jī)加密參數(shù)、用戶站的網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)號(hào)號(hào)、基站的MAC地址。當(dāng)從認(rèn)證服務(wù)器得到基站合法的響應(yīng)信息之后，使用確認(rèn)信息的隨機(jī)數(shù)和密鑰導(dǎo)
6出算法計(jì)算出加密密鑰控制信息加密密鑰，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式。本發(fā)明的技術(shù)方案包括1、進(jìn)行用戶站和基站雙向注冊(cè)鑒權(quán)分析，包括(1)需要用戶站和基站都有注冊(cè)鑒權(quán)和密鑰分配列表，注冊(cè)鑒權(quán)表用于存放合法的基站信息；密鑰分配表存放公共信道，廣播信道的16比特的隨機(jī)加密參數(shù)和128比特的密鑰加密密鑰的初始化信息，鑒權(quán)的第一步是用戶站向基站發(fā)出鑒權(quán)請(qǐng)求，請(qǐng)求中包含了用戶站的唯一識(shí)別號(hào)；(2)基站回復(fù)給用戶站的注冊(cè)確認(rèn)信息中，包含用戶站在基站注冊(cè)的網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)號(hào)， 隨機(jī)加密參數(shù)等注冊(cè)鑒權(quán)加密信息；這樣縮短了信息長度保證在一個(gè)幀內(nèi)傳遞完成；(3)基站內(nèi)存放兩個(gè)計(jì)數(shù)器，一個(gè)是記錄用戶站注冊(cè)持續(xù)時(shí)間，另一個(gè)是記錄用戶站隨機(jī)加密參數(shù)修改時(shí)間，前者的作用當(dāng)該計(jì)算器超時(shí)，基站會(huì)把用戶站注銷，取回網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)號(hào)；后者的作用周期性為注冊(cè)用戶站進(jìn)行隨機(jī)加密參數(shù)的修改，增強(qiáng)加密性能；(4)基站管理密鑰分配，當(dāng)基站更新隨機(jī)加密參數(shù)的時(shí)候，不是立刻更新隨機(jī)加密參數(shù)，而是將其暫時(shí)存放到將要使用隨機(jī)加密參數(shù)的緩存中，若用戶站沒有及時(shí)更新隨機(jī)加密參數(shù)導(dǎo)致密鑰更新失步，就會(huì)把信息按照先前的加密方式進(jìn)行加密，這個(gè)時(shí)候基站應(yīng)保留先前的隨機(jī)加密參數(shù)，這樣基站還能正確解密，同時(shí)也減少交互隨機(jī)加密參數(shù)的握手過程；2、控制信息填充算法分析，包括(1)隨機(jī)加密參數(shù)和控制信息進(jìn)行異或，移位等操作后，計(jì)算出填充序列補(bǔ)充到數(shù)據(jù)塊中未填滿控制信息的部分，再使用控制信息加密密鑰對(duì)其進(jìn)行加密，這樣就可以防止控制信息在傳遞的過程中被篡改；(2)對(duì)相同控制信息進(jìn)行填充的時(shí)候，需要保證填充序列以一定規(guī)律進(jìn)行變化。比如，相鄰的兩個(gè)相同信息，對(duì)填充序列取反，接收端再根據(jù)填充序列的變化情況決定對(duì)控制信息進(jìn)行接收；這樣就能很好地抵制偽終端重復(fù)發(fā)送截獲信息的泛洪攻擊；3、加密算法分析，包括(1)對(duì)A3A8算法進(jìn)行改進(jìn)，把隨機(jī)加密參數(shù)和密鑰加密密鑰作為該算法的輸入， 輸出為控制信息加密密鑰，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式(數(shù)據(jù)的排序方式)；(2)數(shù)據(jù)按照不同的字節(jié)交換方式構(gòu)成不同加密方式，多變的加密方式增加破譯信息的難度。本發(fā)明通過認(rèn)證鑒權(quán)的方式，基站為注冊(cè)的用戶站分配私有密鑰，然后雙方把共有的密鑰通過加密算法對(duì)控制或數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密的通信過程。本發(fā)明采用雙向注冊(cè)鑒權(quán)來完成相互認(rèn)證，在保障密鑰及時(shí)更新條件下減少基站和用戶站交互的握手狀態(tài)數(shù)目。利用可變長的填充比特算法代替直接傳遞證書機(jī)制從而防止傳遞信息被篡改，也達(dá)到阻止泛洪攻擊的目的。同時(shí)采用傳遞隨機(jī)加密參數(shù)代替長的密鑰信息來減少加密鑒權(quán)信息的長度，減少數(shù)據(jù)的分段，降低碰撞。為了簡化密鑰的管理，把所有的管理機(jī)制都設(shè)置在基站處， 保證密鑰同步更新。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)本發(fā)明的協(xié)議采用雙向鑒權(quán)的方式，不僅防止偽終端對(duì)基站的接入問題，而且避免偽基站對(duì)終端的竊聽、錯(cuò)誤操作的危險(xiǎn)。(2)使用控制信息填充算法對(duì)控制信息的不足比特進(jìn)行填充，進(jìn)而利用該填充序列實(shí)現(xiàn)信息的完整性驗(yàn)證和抵抗泛洪攻擊。(3)控制信息加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式都是通過密鑰導(dǎo)出算法計(jì)算出來的，不需要在無線信道上傳輸，既節(jié)省了帶寬資源又避免了被竊聽的危險(xiǎn)。(4)密鑰的所有管理機(jī)制都設(shè)置在基站側(cè)，同時(shí)增加密鑰存放空間，既保存當(dāng)前更新密鑰也保存當(dāng)前使用密鑰。一旦隨機(jī)加密參數(shù)在注冊(cè)鑒權(quán)確認(rèn)過程中丟失，基站仍可以采用當(dāng)前使用密鑰解析出正確的信息，保持正常的通信。用戶站只需要通過周期性注冊(cè)獲得更新密鑰的信息。當(dāng)基站能通過更新密鑰解密信息的時(shí)候，就會(huì)把更新密鑰代替當(dāng)前使用密鑰，而不需要添加復(fù)雜的握手機(jī)制得到更新密鑰，減少傳遞狀態(tài)，增加工程上的實(shí)現(xiàn)性。(5)使用對(duì)稱加密技術(shù)，提高了加解密的速度，減輕基站和用戶站的負(fù)擔(dān)。本發(fā)明提供了多種的控制信息加密算法，并且使用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法加密業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，極大的提高了通信的安全性。


圖1是本發(fā)明所述的基站和用戶站注冊(cè)鑒權(quán)流程圖。圖2是本發(fā)明所述的加密密鑰導(dǎo)出算法圖。圖3是本發(fā)明所述的隨機(jī)序列填充算法圖。圖4是本發(fā)明所述的加密過程圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的一種填充序列長度可變的無線通信MAC層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，主要內(nèi)容包括用戶站、基站的雙向鑒權(quán)和加密密鑰的協(xié)商。其步驟詳細(xì)介紹如下步驟(1)初始化時(shí)，用戶站和基站從各自的配置文件中獲得注冊(cè)和加密的相應(yīng)信息(即合法注冊(cè)用戶信息，包括公共信道，廣播信道的16比特的隨機(jī)加密參數(shù)和128比特的密鑰加密密鑰的初始化信息)，并將隨機(jī)加密參數(shù)和密鑰加密密鑰由密鑰導(dǎo)出算法導(dǎo)出控制信息初始加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)初始加密密鑰和初始加密方式，并將上述的密鑰加密信息存放起來。步驟( 用戶站通過廣播信道的控制信息加密密鑰解析出廣播信道上的小區(qū)配置信息，把獲得基站信息和注冊(cè)配置信息相比較。若認(rèn)為該基站為合法基站，首先利用填充算法把計(jì)算出來的填充信息補(bǔ)充到數(shù)據(jù)塊中未填滿注冊(cè)鑒權(quán)信息控制信息的部分，利用控制信息加密密鑰和加密方式對(duì)其進(jìn)行加密，通過公共信道傳遞到基站，并啟動(dòng)周期注冊(cè)鑒權(quán)定時(shí)器。步驟(3)基站通過當(dāng)前公共信道使用的控制信息加密密鑰，加密方式和填充算法解析出相應(yīng)的用戶站注冊(cè)鑒權(quán)信息，然后發(fā)送注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求信息給注冊(cè)鑒權(quán)模塊。注冊(cè)鑒權(quán)模塊收到來自基站的注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息后解析出該消息中的用戶站識(shí)別號(hào)。從數(shù)據(jù)庫中檢索該用戶站識(shí)別號(hào)。如果該用戶站識(shí)別號(hào)存在則認(rèn)為此用戶站是合法的，允許其進(jìn)行注冊(cè)鑒權(quán)。如果數(shù)據(jù)庫中不存在該用戶站識(shí)別號(hào)則認(rèn)為此用戶站不是合法用戶，通知基站拒絕該用戶站的注冊(cè)請(qǐng)求。步驟(4)基站收到來自注冊(cè)鑒權(quán)模塊的注冊(cè)鑒權(quán)確認(rèn)信息。若注冊(cè)成功，基站為該用戶站分配網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)號(hào)，同時(shí)重新生成新的隨機(jī)加密參數(shù)封裝到注冊(cè)鑒權(quán)回復(fù)信息中。 若注冊(cè)不成功，基站不對(duì)該用戶站做任何操作只是在注冊(cè)鑒權(quán)回復(fù)信息中把注冊(cè)成功標(biāo)識(shí)設(shè)置為不成功。然后先使用填充算法補(bǔ)足控制信息，再使用當(dāng)前的控制信息加密密鑰和相應(yīng)的加密方式加密該信息，通過公共信道傳遞給用戶站。同時(shí)對(duì)注冊(cè)成功的用戶站，基站開啟修改隨機(jī)加密參數(shù)計(jì)數(shù)器和注冊(cè)持續(xù)定時(shí)器。步驟( 用戶站通過當(dāng)前公共信道使用的控制信息加密密鑰，加密方式和填充算法解析出相應(yīng)的注冊(cè)鑒權(quán)確認(rèn)信息。若注冊(cè)失敗，用戶站只能繼續(xù)接收廣播信息獲得其它基站的接入權(quán)。若注冊(cè)成功，用戶站從注冊(cè)鑒權(quán)確認(rèn)信息中取出網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)號(hào)號(hào)，隨機(jī)加密參數(shù)和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的基站的識(shí)別號(hào)。把隨機(jī)加密參數(shù)帶入密鑰導(dǎo)出算法得到相應(yīng)的控制信息加密密鑰，業(yè)務(wù)信息加密密鑰和加密方式，并保存到用戶站的注冊(cè)緩存中以便后續(xù)傳遞控制信息使用。步驟(6)用戶站注冊(cè)鑒權(quán)成功后，修改當(dāng)前的狀態(tài)為注冊(cè)狀態(tài)，等待周期注冊(cè)定時(shí)器超時(shí)則重新發(fā)起注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求。當(dāng)基站接收到重新注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求信息，重新修改注冊(cè)持續(xù)定時(shí)器的時(shí)間和增加隨機(jī)加密參數(shù)計(jì)數(shù)器的值。當(dāng)計(jì)算器的值到達(dá)一定數(shù)值的時(shí)候， 基站就會(huì)更新隨機(jī)加密參數(shù)。若基站在很長一段時(shí)間沒有收到用戶站的重新注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求信息，當(dāng)注冊(cè)持續(xù)定時(shí)器超時(shí)就刪除大部分和該用戶站相關(guān)的信息，只保留控制信息初始加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)初始加密密鑰和初始加密方式。步驟(7)基站更新隨機(jī)加密參數(shù)的時(shí)候，不是立刻同時(shí)更新正在使用的加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式。而是把更新后加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式存放到備用的空間中。只有當(dāng)基站能用備用的密鑰信息正確解密信息的時(shí)候，才替代正在使用的密鑰信息。在沒有握手機(jī)制的條件下(即減少控制信息交互條件下)，保證密鑰信息的同步更新。步驟(8)對(duì)相同控制信息通過填充算法得到相同的填充信息，若有個(gè)偽終端截獲該信息不斷地重發(fā)將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。所以在進(jìn)行填充算法過程的時(shí)候，將填充得到的序列和前一次得到填充序列進(jìn)行比較，若相同則通過取反算法獲得新的填充序列。在接收端， 對(duì)每種接收控制信息都存放對(duì)應(yīng)的填充序列信息，若解密后的填充序列信息與前一次解密的填充序列信息相同，則認(rèn)為該信息為攻擊信息直接丟棄。步驟(9)對(duì)于分段的控制信息，由于前幾段控制信息沒有多余的空間進(jìn)行填充， 只能把填充的序列放置最后一段。接收端在接收完整的信息后再計(jì)算填充序列進(jìn)行比較。至此，使用推導(dǎo)出來的控制信息加密密鑰加密控制信息，使用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰加密業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，根據(jù)加密方式加密控制信息和基站進(jìn)行通信。使用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法算法對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，完成了系統(tǒng)控制信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的加密過程。名詞解釋控制信息加密密鑰控制信息加密密鑰，專門用來加密控制信息；業(yè)務(wù)信息加密密鑰業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰；認(rèn)證服務(wù)器認(rèn)證服務(wù)器，認(rèn)證用戶站和基站的合法性。
權(quán)利要求
1.填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，其特征在于包括以下步驟1)初始化用戶站和基站使用共同的16比特的隨機(jī)加密參數(shù)和128比特的密鑰加密密鑰，由密鑰導(dǎo)出算法導(dǎo)出控制信息加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式；2)基站向用戶站周期性地發(fā)送廣播消息，用戶站解析廣播消息，得到基站的MAC地址等信息；當(dāng)用戶站鑒權(quán)基站合法時(shí)，自動(dòng)生成注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息，若信息長度不足傳輸數(shù)據(jù)塊的最大長度，則使用填充算法計(jì)算出填充序列后補(bǔ)足到該數(shù)據(jù)塊的末尾，再使用控制信息加密密鑰和相應(yīng)的加密方式加密該信息，通過公共控制信道傳遞給基站；3)基站收到用戶站的注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息后，通過公共信道的控制信息加密密鑰、加密方式和填充算法解析出該信息，發(fā)送注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求信息給注冊(cè)鑒權(quán)模塊，注冊(cè)鑒權(quán)模塊從數(shù)據(jù)庫中檢索對(duì)應(yīng)的用戶站的MAC地址，若沒找到，則認(rèn)為該用戶站不合法；反之，認(rèn)為合法；不論用戶站是否合法注冊(cè)鑒權(quán)模塊都要生成注冊(cè)鑒權(quán)確認(rèn)消息給基站；基站根據(jù)來自注冊(cè)鑒權(quán)模塊的注冊(cè)鑒權(quán)確認(rèn)信息生成不同的注冊(cè)鑒權(quán)回復(fù)信息，經(jīng)過加密后，通過公共控制信道傳遞到用戶站；4)用戶站利用公共信道的控制信息加密密鑰、加密方式和填充算法解析來自基站的注冊(cè)鑒權(quán)回復(fù)信息，首先讀取允許注冊(cè)的標(biāo)志位，若有效，則從該消息中抽取出用戶站的網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)號(hào)號(hào)、加密隨機(jī)參數(shù)、基站的MAC地址，導(dǎo)入到密鑰生成算法得到相應(yīng)的控制信息加密密鑰，業(yè)務(wù)信息加密密鑰和加密方式；反之，不做任何處理同時(shí)關(guān)閉周期注冊(cè)定時(shí)器等待新的小區(qū)配置廣播信息；5)在周期注冊(cè)時(shí)，基站會(huì)根據(jù)密鑰計(jì)時(shí)器對(duì)密鑰進(jìn)行周期性的更新，當(dāng)更新密鑰信息部能及時(shí)傳遞給用戶站時(shí)，基站仍可以使用舊的密鑰信息來解密用戶站的信息，只有當(dāng)基站能用備用的密鑰信息正確解密信息的時(shí)候，才替代正在使用的密鑰信息，從而保證在沒有握手機(jī)制的條件下，進(jìn)行密鑰信息的同步更新；6)使用推導(dǎo)出來的控制信息加密密鑰、隨機(jī)加密參數(shù)和加密方式對(duì)控制信息進(jìn)行加密，使用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)算法算法對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
2.如權(quán)利要求1所述的填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，其特征在于所述基站和用戶站發(fā)送的所有消息都是經(jīng)過加密的，包括廣播消息、注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息、注冊(cè)確認(rèn)消息。
3.如權(quán)利要求1或2所述的填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，其特征在于所述廣播消息包括基站MAC地址、配置信息內(nèi)容和資源調(diào)度信息。
4.如權(quán)利要求1所述的填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，其特征在于所述基站和用戶站由共同的16比特的隨機(jī)加密參數(shù)和128比特的密鑰加密密鑰通過密鑰導(dǎo)出算法計(jì)算出控制信息加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式這三個(gè)參數(shù)， 加密密鑰的協(xié)商由基站和用戶站使用算法分別計(jì)算出來。
5.如權(quán)利要求1所述的填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，其特征在于所述基站和用戶站發(fā)送的控制信息長度未達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)塊長度時(shí)，使用填充序列算法生成填充比特串，補(bǔ)足到控制信息的尾部。
6.如權(quán)利要求1所述的填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，其特征在于所述基站使用三套密鑰解析來自用戶站的消息，一個(gè)是當(dāng)前使用的密鑰，一個(gè)是備用的密鑰，一個(gè)是初始化的密鑰；若當(dāng)前使用的密鑰解析錯(cuò)誤，則用備用的密鑰解析；若備用密鑰可以正確解析，則用備用密鑰替換當(dāng)前使用的密鑰。
7.如權(quán)利要求1所述的填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，其特征在于所述基站周期性的發(fā)送加密之后的廣播包給用戶站，用戶站解析廣播包后更新關(guān)于基站的相關(guān)參數(shù)，并根據(jù)當(dāng)前的注冊(cè)狀態(tài)判斷是否發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求。
8.如權(quán)利要求1所述的填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，其特征在于用戶站的注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息中包含用戶站的MAC地址、用戶站注冊(cè)時(shí)所處狀態(tài)標(biāo)志和當(dāng)前所處的基站的MAC地址。
9.如權(quán)利要求1所述的填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，其特征在于所述基站收到用戶站的注冊(cè)請(qǐng)求信息之后，發(fā)送一個(gè)驗(yàn)證用戶站合法性的請(qǐng)求消息給注冊(cè)鑒權(quán)模塊，由注冊(cè)鑒權(quán)模塊判斷用戶站是否合法。
10.如權(quán)利要求9所述的填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法， 其特征在于所述注冊(cè)鑒權(quán)模塊是一臺(tái)專門的認(rèn)證服務(wù)器，認(rèn)證服務(wù)器查詢數(shù)據(jù)庫中請(qǐng)求注冊(cè)用戶站的記錄，若不存在，則認(rèn)為該用戶站非法，拒絕其注冊(cè)；若用戶站合法，則返回一個(gè)合法的響應(yīng)信息；驗(yàn)證用戶站合法性的請(qǐng)求消息包括基站的MAC地址、用戶站的MAC地址； 基站發(fā)送給用戶站的注冊(cè)鑒權(quán)請(qǐng)求消息包含用戶站的MAC地址、是否允許注冊(cè)標(biāo)志、隨機(jī)加密參數(shù)、用戶站的網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)號(hào)號(hào)、基站的MAC地址。
全文摘要
填充序列長度可變的無線媒體接入層鑒權(quán)和密鑰協(xié)商方法，涉及一種無線寬帶城域網(wǎng)技術(shù)。提出對(duì)控制信息進(jìn)行可變長度填充的方案，利用該方案實(shí)現(xiàn)信息的完整性驗(yàn)證和抵抗泛洪攻擊。同時(shí)，利用加密密鑰導(dǎo)出算法導(dǎo)出加密控制信息的控制信息加密密鑰、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)加密密鑰和加密方式。在周期注冊(cè)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)加密密鑰的更新。此協(xié)議可以更好地保證鑒權(quán)和通信的可靠性和安全性，從而提高系統(tǒng)安全。該方法更加全面地考慮了基站和客戶端的鑒權(quán)認(rèn)證安全。
文檔編號(hào)H04W12/06GK102413463SQ20111030862
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者傅建新, 張潤福, 翁躍鑫, 郭丹, 高子龍, 黃聯(lián)芬 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)