简析无线网络加密算法之CCMP加密算法

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无线网络产品因其灵活、便捷、无线等特点，正在被越来越多的人所使用。但是在我们享受无线网络带给我们诸多好处的同时，安全问题也给我们带来了巨大困惑。为局域网/城域网标准委员会先后给无线网络提出了3个标准的加密算法，即WEP、TKIP、CCMP加密算法，用来保护我们的无线网络。由于CCMP加密算法采用了比TKIP更高级的加密标准CCMP加密算法，CCMP被认为是目前无线网络比较安全和可靠的加密算法。在这里我将对这个加密算法给大家简单介绍一下。

在我们分析CCMP的加密解密过程之前，我们先说明一下CCMP核心加密算法AES，因为MIC和文件加密解密都需要使用该算法。

一、AES加密算法

AES加密算法的具体算法说明可以从NIST的FIPS_PUB197_nAd—vanced_encryptionstandard文档得到的。

∥加密Cipher(bytein(4*Nbj,byteout[4*Nb],wordw[Nb*(Nr+lyyfm）]为原文out[]为密文Begin//_____w[]是由密钥扩展的密钥串bytestate[4,Nb]state=mAddRoundKey(srate,w[0,Nb-1D//与第一行密钥串异或forround=lstepltoNrSubBytes(state)//state的S盒置换ShiftRows(state)//接行移位MixColumns(state)//按列变换AddRoundKey(state,w[round*Nb,(round+lyNb-1])//与第round行密钥串异或endforSubBytes(state)

ShiIIRows(state)AddRoundKey(slaLe,w[NPNb,(Nr+l)*Nb-ll)out=sLateend∥解密InvCipher(bytcm[4*Nb],byteout[4*Nb],wordw[Nb*(Nr+I)Dbeginbyteswe[4,Nb]state=inAddRoundKey(state,w[Nr*Nb,(Nr+l)*Nb-lDforround-Nr-1step-ldownt01InvStuftRows(staLe)//按行移位的逆变换InvSubBytes(state)//S盒置换的逆变换AddRourtdKey(state,w[round*Nb,(round+I)*Nb-1])InvMixColumns(sWe)，，按列变换的逆变换endforInvShitIRows(staLe)InvSubBytes(state)AddRoundKey(state,w[0,Nb-1])out=stateend

目前广泛使用的是rijndnal编写的AES加密算法，这个可以很轻松的从网上得到。

二、CCMP加密算法

了解了AES的加密和解密过程，接下来我们就开始说明CCMP的加密解密以及MIC的生成过程。CCMP的加密:首先我们从mpdu的MAC_Header提取结构AAD以及Nonce。如图１所示。AAD和Nonce提取办法如下：

然后我们计算出MIC,把它加入到数据域后面。生成8字节的CCMPHeader与MACHeader组成加密帧的验证部分，这部分不需要加密。然后对数据域和MIC进行CTR(counter)模式的AES加密，量后加上FCS校验就生成了加密帧。

1、MIC计算

CCMP的MIC计算是MPDUlevel的，与TKIP的MSDUlevel区射，提供更好的完叠性校验。首先把(Nonce，AAD，P(数据域原文)）从左刭右组成一个序列，然后再补上一些D字节，使之成为16字节倍数的序列。然后把它分隔成n个16字节块，用BO，B1，…，Bn表示。接着使用CBC-MAC计算出MIC使用的T(MAC值)，按照下列的算法计算：

x：=AES(k1b0)—k.|-AES(x,xBi)fori=l．，．，，nT:=first-M-bytes(X~.)其中AES(K，B)为密钥K的AES加密。T取X序列的低M个字节。M为MIC的长度。

特别的．B0，B1一......Bn序列中．B0是由Nonee组成的MICIV．Bl．B2是由MACHeader也即AAD组成的MICHEADERI，2；B3从开始就是数据域原文分翻成的16字节块。

Adata位当AAD长度大千0时置l，否列为0。后面3bit为NUC长度域，值为(M-2)，2。最后为信息的长度域，值为1-1.2为信息长度的范围。一般M=8．L=2，列Flag为Ox59．量终的MIC值还需要将个值与后续CTR加密的so值【前M个字节）异或。表示如下：

MIC=T_flrsL-M-bytes(SO).

2、CTR加密取得7MiC之后，就可以对数据域和MIC进行CTR加密．首先把数据城分钠成16个字节块，量后囊余的字节不用朴零．用Ai表示．MIC部分是单独CTR计算的。

Si=AES(K,CTR_PRELOAD(i));//i从O刭mEi=SiAi;UEi为加密好的16字节块

特别的对于数据域量后一个16字节块，可能不满16个字节，只有x(O

对予MIC部分E(MIC)=S0:MLCCTR_PRELOAD(i)的结构如下：Counter从i=0开始不断自增11个字节的Flag域：

只有最后3个bir的信息长度城。当L-2时，Flag值

为Ox01．

3、CCMP的解密从加密的MPDU中得到CCMPHeader与MACHeader．然后计算出AAD．Nonce．算出每个CTRPRELOAD．从而通过ctrR解密得到数据域原文以及rvnc．使用前一节MIC的计算方法算出当前的MIC．与解密后的rvnc比较，进行校验．在这里我们给出CTR解密的过程。

CTRN解密对加密的数据城进行16字节分割，用EI表示。加密的rvnc．FCS前的8个字节，用E(MIC)表示，单独取出进行CTR解密，数据域的原文16宇节块，用Ai表示。则解密过程如下：

si=AES(K,CTI乙PRELOAD(i》;仇从0到mAi=Si7Ei=SiSiAi;

特别的对于加密的数据域最后一个16字节块．可能不满16个字节，只有y(O

对于MJC部分MIC=S0？E(MIC)

通过上面的表述，你基本可以知道CCMP如何操作的。

CCMP的计算还是比较复杂，一方面可能增加了成本，一方面却大大加强了无线网络的安全．目前，它一般会和身份验证服务RADIUS以及密钢管理一起提供一个安全、可靠、可以信赖的无线环境。

小知识之CCMP：

CCMP（CounterCBC-MACProtocol）计数器模式密码块链消息完整码协议。

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THE END

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