AES加密算法在无线网络安全中的应用

长沙通信职业技术学院学报　第５卷第３期　２００６年９月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｓｈａ　ｌ＇ｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｅａｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｌ＇ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ＣｏＨｅｇｅ　Ｖｏ１．５　Ｎｏ．３　Ｓｅｐｔ．２００６　ＡＥＳ加密算法在无线网络安全中的应用　杨改贞　（黄冈师范学院，计算机科学与技术学院，湖北黄￣１４３８０００）　【摘要】随着无线网络安全机制和技术不断推出，ＡＥＳ（高级加密标准）作为新的分组对称加密算法得到了Ｊ　泛应丌】。　文章从ＡＥＳ算法的加密原理出发，阐述了该算法在ＷＬＡＮ（尤线局域网）安全中的使用情况以及作用过程。　【关键词】ＡＥＳ；ＷＬＡＮ安全：ＷＲＡＰ　【中图分类号】ＴＰ３１２　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１６７１—９５８１（２００６）－０３－ｏ０６２—０３　Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　０ｆ　ＡＥＳ　ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｎ　ＷＬＡＮ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　－‘　－　ＹＡＮＧ　Ｇａｉ－ｚｈｅｎ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｕａｎｇｇａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕａｎｇｇａｎｇ，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ　４３８０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ＷＬＡＮ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｅｎｅｒｙｐｔｉｏｎ　Ｓｔａｎｄａｒｄ）ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｔｈｅ　ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｓ　ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｇｒｏｕｐｉｎｇ　ｓｙｍｍｅｔｉｒｃａｌ　ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｅｍｂａｒｋｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ＡＥＳ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｅｌａｂｏｒａｔｄ　ｔｅｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｗｏｒｋ　ｐｒｃｅｓｏｓ　ｉｎ　ＷＬＡＮ（ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｌｃａｌｏ　ａｒｅａ　ｎｅｔｗｏｒｋ）．　ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＡＥＳ：ＷＬＡＮ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ：ＷＲＡＰ　ｌ　引言　随着ＷＬＡＮ的不断发展，它的安全问题不断受　到广泛的关注．近年来，国内外的研究，一个是以密码　学理论为基础的各种数据加密算法；另一个是以计　算机网络为背景的网络信息安全传输模型的研究。　数据进行加密：通过一个初始置换，将明文分组分成　３２位长的左半部分和右半部分，随后进行１６轮同　密匙结合的完全相同的运算，在每一轮的运算中都　要经历ｓ一盒代替和ｐ一盒置换。这样６４一位的明文从　算法一端输入，６４一位的密文从另一端输出。１９９８年　美国的一台解密机用５６小时破译了５６密匙的　ＤＥＳ，接着推出了新一代加密标准ＡＥＳ。　其中密码学算法已经在实际应用中取得非常好的效　果－９而后者尚在理论探索阶段。２０００年１０月２日，山　比利时设计者Ｊｏａｎ　Ｄａｅｍｅｎ和Ｖｉｎｃｅｎｔ　Ｒｉｊｍｅｎ设计　３　ＡＥＳ工作加密原理　ＡＥＳ可以有三种密钥长度：１２８，１９２，２５６位，但明　文分组长度只能是１２８位，其中，ＡＥＳ的１２８密钥比　ＤＥＳ的５６密钥强１０２１倍。ＡＥＳ算法输入１２８位数　据，密钥长度也是１２８位，要进行１０轮的加密，加密　轮数与密钥长度的关系如表１：　（１字：４　ｂｙｔｅ，１　ｂｙｔｅ＝８位）　的Ｒｉｊｎｄａｅｌ算法以其优秀的性能和抗攻击能力，成　为新一代的加密标准ＡＥＳ，从此一种更高效的算法　将为我们服务在各个领域。　２　ＡＥＳ与ＤＥＳ　ＡＥＳ之前的加密标准是ＤＥＳ（数据加密标　准），ＤＥＳ是一个分组加密算法，它以６４一似分组对　【收稿日期】２００６－０５－２０　【作者简介】杨改贞（１９８２一），女，山西人，毕业于西南师范大学计算机系，研究方向：网络安全、密码学。　６２　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３期　ＡＥＳＪＪＩ蒋彳算法在无线网络安全中的应用　明文分组长度　１２８位　１２８位　１２８位　密匙长度　１２８位　１９２位　２５６位　轮数　１０　１２　１４　每轮密匙长度　扩展密匙长度　１２８位　１２８位　１２８位　１７６字节　２０８字节　２４０字节　每一轮都需要一个与输入分组具有相同长度　新型的无线安全技术，它是ＩＥＥＥ　８０２．１　１ｉ的一个　的扩展密钥Ｅｘｐａｎｄｅｄｋｅｙ（ｉ）的参与，下图是ＡＥＳ　进行一次加密的过程：　ｌ　ａ．￣３ＺＺ　ＩＰ　Ｉ　１ｌｒ　Ｉ　ＩＰ。脚，　Ｉ　一　＼　ｓ．盒蹙瓿　／　订燹换ｌ　１｜ｌ　列变换ｌ　。匙，其中计数模式的核心算法就是ＡＥＳ（高级加　＇｜ｌ　Ｉ　ＩＰ，。脚ｎａｅｄｈ　ｉ）ｌ　’Ｉｒ　＼　ｓ．盒童瓿　／　ｌ行变换ｌ　●　｝ｚＰ”。Ｅ印ａ一　１Ｉｒ　密文　ｄ　Ｉ　围１．ＡＥＳ的力ｎ密流毒呈图　该过程包括四个不同的阶段，山一个混淆和　三个代换组成：　（１）Ｓ一盒变换：是一种字节代　换，用算法的Ｓ一盒完成分组中的按字节代换（２）　行变换：也叫行移位，是一个简单的置换（３）列　变换，也叫列混淆，是一个利用在域ＧＦ（２８）上　的算术特性代换（４）轮密匙加：利用当前分组和　扩展密码的一部分进行按位异或运算。［４】　’接请求、应答和临时密钥Ｋ一起通过密钥产生算　４　ＡＥＳ在ＷＬＡＮ中的使用　随着人们对ＷＬＡＮ安全性的不断研究，推出　了一个又一个安全机制，在２００６年３月１３　Ｕ，　国际标准组织（ＩＳ０４ＥＣ）批准ＩＥＥＥ　８０２．１　ｌｉ为更　安全无线协议的基础。８０２．１　ｌｉ在数据加密方面定　义了ＴＫＩＰ、ＣＣＭＰ和ＷＲＡＰ三种加密机制。　４．１　ＣＣＭＰ中的ＡＥＳ算法　ＣＣＭＰ是一种基于ＡＥＳ加密算法和ＣＣＭ认证　机制，可以大大提高无线网络的安全程度。　ＷＰＡ（无线局域网受保护访问协议）是一种　子集，核心是ＩＥＥＥ　８０２．１ｘ和ＴＫＩＰ，可用以下公　式表示几者之间的关系：　ＷＰＡ＝８０２．１　ｘ十ＥＰＡ十ＴＫＩＰ十ＭＩＣ　其中ＭＩＣ（信息完整性检查码）是ＣＣＭＰ　（Ｃｏｕｎｔｅｒ　ｍｏｄｅ＇ＣＢＣ—ＭＡＣ　Ｐｒｏｔ￣ｏ１）加密技术中　的一个重要组成部分：ＣＣＭＰ首先用ＣＢＣ—ＭＡＣ数　据源认证模式对消息中的明文头、明文头长度和　负载计算出一个ＭＩＣ，然后使用计数模式对负载　（Ｐａｙｌｏａｄ）和ＭＩＣ进行加密，产生１２８比特的密　密标准）。ｆ２　２１４．２　（ＷＲＡＰ）中的ＡＥＳ算法　无线健壮安全认证协议（ＷＲＡＰ），是一种基　于１２８比特ＡＥＳ—ＯＣＢ模式的加密算法。　ＯＣＢ　（Ｏｆｆｓｅｔ　Ｃｏｄｅｂｏｏｋ）是８０２．１　１健壮安全　网络（ＲＳＮ）ＡＥＳ算法所采用的操作模式ＯＣＢ使　用ＡＥＳ算法进行块加密，ＯＣＢ首先把叫文分成ｉｎ　个１２８ｂｉｔ长度的的数据块，然后依次对ｍ个数据　块进行异或和ＡＥＳ加密运算，直到生成ｉｎ个加密　数据块，随后将ｉｎ个加密数据块拼接在一起，与　重放计数器（Ｒｅｐｌａｙ　Ｃｏｕｎｔｅｒ）、ＭＩＣ一起作为加　密数据负载，完成对明文数据的加密。　ＡＥＳ在ＷＲＡＰ中的作用体现在对数据处理过　程中，ＷＲＡＰ的数据封装过程如下：　１）．密钥产生进程：通过８０２．１Ｘ协议建立链　接，构建临时密钥，媒体访问控制　（ＭＡＣ）山联　法生成加密密钥。　２）．加密密钥生成后，初始化连接状态，　ＭＡＣ使用ＷＲＡＰ数据封装算法，利用加密密钥对　所有即将发送的单ＭＡＣ服务数据单元（ＭＳＤＵ，　ＭＡＣ　Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｄａｔａ　Ｕｎｉｔ）进行保护：　（１）在数　据加密之前，传输端根据所要发送的ＭＳＤＵ（是单　播ＭＳＤＵ还是多播　播ＭＳＤＵ数据）选择合适的　封装方式决定使用何种方式保护ＭＳＤＵ：　（２）选　好封装方式后，传输端对ＭＳＤＵ分组个数进行检　验。分组个数为：一・『．　１（其中厂表示　维普资讯 http://www.cqvip.com

长沙通信职业技术学院学报　第５卷　向上取整，ＡＥＳ分组长度为１２８ｂｉｔ）。根据分组个　数，选择合适的重放计数器（主要作用是构造　可见，ＡＥＳ不论是在初始时的数据加密，还　是密钥生成后的解封，都是作为核心算法在其中　Ｎｏｎｃｅ和检测接收到的ＭＳＤＵ是否被重放，占有４　起着关键的作用，使得网络数据传输的安全性更　高。　个字节的字段长度，用来传输ＭＳＤＵ序列号）　（３）ＯＣＢ加密每一条消息的Ｎｏｎｃｅ都没有相互雷　同的，重放计数器、ＱｏＳ通信类别、ＭＳＤＵ源　５结语　ＡＥＳ作为新一代的数据加密标准，具有高安　ＭＡＣ地址和ＭＳＤＵ目的ＭＡＣ地址共同作用构成・　全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点，将　ＯＣＢ　Ｎｏｎｃｅ，来保证Ｎｏｎｃｅ的唯一性，提高消息　的安全性（４）由目的ＭＡＣ地址构造一个相关的　数据分组。　（５）使用ＡＥＳ—ＯＣＢ对ＭＳＤＵ等数据　进行加密：设备使用ＷＲＡＰ临时加密密钥和　Ｎｏｎｃｅ对明文ＭＳＤＵ数据进行加密，产生两个输出　结果：一个ＯＣＢ加密数据串；一个６４比特的　ＯＣＢ标识符。　（６）构造ＭＳＤＵ负载，生成最终的　加密密钥。　３）数据解封进程：一旦加密密钥被生成，初　始化连接状态后，８０２．１ｌ　ＭＡＣ用ＷＲＡＰ数据解　封算法和加密密钥对所有接收来的单捅ＭＳＤＵ进　行解封，丢弃所有未经过数据封装算法保护的　ＭＳＤＵ。其中ＭＳＤＵ数据的解密是通过对Ｎｏｎｃｅ和　ＡＥＳ解密密钥的使用来实现的。　它应用于ＷＬＡＮ中，为无线网络带来更强大的安　全防护。成为取代ＷＥＰ的新一代的加密技术，随　着ＡＥＳ在加密领域应用的扩展，人们将进一步体　会到一个好的算法带来的进步。　［参考文献］　…胡建伟．网络安全与保密［ＭＩ．西安：电子科技大学　版　礼，２００３．　Ｉ２１　Ｉ美】Ｂｒｕｃｅ　Ｓｃｈｎｅｉｅｒ．应用密码学［Ｍ１．北京：机械工业出　版礼，２０００．　１３　Ｉ３ｌ美】Ｄｒ．Ｃｙｒｕｓ　Ｐｅｉｋａｒｉ，Ｓｅｔｈ　Ｆｏｇｉｅ．无线网络安个ＩＭＩ．北　京：电子工业出版社，２００４．　ｌ美Ｉ　Ｗｉｌｌｉａｍ　ｓｔａｌｌｉｎｇｓ．密码编码学与网络安个ＩＭ　Ｉ．北　京：电子：【业出版社，２００４．