微波EDA网,见证研发工程师的成长!
首页 > 硬件设计 > 嵌入式设计 > HMAC认证协议的ZQ032SA单片机实现

HMAC认证协议的ZQ032SA单片机实现

时间:05-04 来源:互联网 点击:

引言

  在开放的通信和计算机系统中,建立安全可靠的电子商务平台是十分重要的。通常需要通过加密的方法对客户的有关信息,如密码、合同等加以保护,使之不被盗取或篡改。当客户提出服务申请时,必须对客户身份的合法性、报文的完整性进行确认。

  HMAC(Keyed-Hashing for Message Authentication)是一个公开的协议。它是一种基于密钥的报文完整性的验证方法,其安全性是建立在Hash算法基础上的。它要求通信双方共享密钥、约定算法、对报文进行Hash运算,如MD5、SHA、RIPEMD等,形成固定长度的认证码。通信双方通过认证码的校验来确定报文的合法性。这个协议可以用来作加密、数字签名、报文验证等。


  利用HMAC协议可以建立一个身份认证的电子商务平台,客户和服务端双方需要预先约定唯一的公钥和加密算法;客户单方面保留自己密码作为密钥,服务端只保留公钥和认证码。这个认证码是密钥经HMAC协议加密得到定长码字。当客户提出服务申请时,应提交钥和密钥的认证码。服务端通过公钥确认客户的基本身份,再检验认证码确定客户的合法性。这样,客户的私密信息在服务端、传输媒介中都是加密隐藏的。

  我们利用服务器建立了服务端的模拟用户数据库,单片机实现客户端的加密算法,电话线作为传输介质,实现了HMAC协议在IP电话计费系统中的应用。

  1 HMAC的算法原理

  1.1 HMAC算法定义

  用公式表示如下:

  HMAC=H(key xor opad,H(key xor ipad,text))

  H(X,Y)代表对X+Y的消息进行一种Hash运算;

  ipad代表重复B次的单字节十六进制常数0x36;

  opad代表重复B次的单字节十六进行常数0x5c;

  key代表64字节的字符串,由密钥组成,不足的补0;

  text代表任意长度文本。

  密钥≥L字节。当大于B时,先经Hash计算形成L字节的秘钥(B是Hash算法中一次迭代运算的数据块字节数;L是Hash算法形成报文摘要的字节数)。

  HMAC协议定义了迭代两次的Hash加密算法,最终形成报文摘要(DIGEST)值就是认证码。基于算法的可靠性、安全性和易于计算机实现特性,先用Hash中的MD5算法实现HMAC,其B=64,L=16。

  1.2 MD5算法定义

  MD5算法以对任意长度消息多次循环迭代的散列运算,最终形成16 Byte报文摘要。这个摘要对文本具有唯一性,可作为认证码。在目标计算机的计算速度下,这个摘要是难于破解的。

  (1)报文填充

  MD5算法要求对任意长度报文进行填充,构成N×64 Byte消息分组,N为整数。其中每一分组又划分为16个4字节子分组。

  填充数据分2步。首先,填充使得数据位长度恰好为(N×64-8)Byte的数,即在报文有效数据后补1个0x1,其它补0x0至满足上述要求。然后,再后补上8字节(64位)的报文数据长度(填充前字节数)。这样,数据就被填充为64Byte(512bit)的整数倍。

  (2)初始化MD5参数

  4个4字节位变量(A、B、C、D)用来作为报文摘要的初始值:

  A=0x01234567

  B=0x89abcdef

  C=0xfedcba98

  D=0x76543210

  (3)算法

  MD5算法是对消息分组依次迭代算法。第1次运算的初始值为ABCD,以后每一次迭代运算的结果都替换ABCD作为下一次的初始值,共经过N次的迭代运算,就得到该消息的报文摘要,如图1所示。

  对每一消息分组的运算方法是相同的。首先把初始值ABCD放入变量abcd,然后进行4轮相似的运算变换,每轮包含16次操作。每次操作对其中的3个变量(4字节)bcd做1次非线性运算,将其结果加上变量a,一个消息子分组Mi,一个常数Ti;将所得结果向环移一个不定的数Si,再加变量b,然后用该结果取代变量a,变换abcd=dabc,进入下一次运算,共16次,如图2所示。4轮运算结束后,把变量abcd与初始ABCD进行“异或”运算,结果作为下一分组的初始值。

  计算公式如下:

  第1轮:SUB_FF(a,b,c,d,Mi,Si,Ti):a=b+((a+F(b,c,d)+Mi+Ti)Si)

  第2轮:SUB_GG(a,b,c,d,Mi,Si,Ti):a=b+((a+G(b,c,d)+Mi+Ti)Si)

  第3轮:SUB_HH(a,b,c,d,Mi,Si,Ti):a=b+((a+H(b,c,d)+Mi+Ti)Si)

  第4轮:SUB_II(a,b,c,d,Mi,Si,Ti):a=b+((a+I(b,c,d)+Mi+Ti)Si)

  数据交换规则:a,b,c,d→d,a,b,c→c,d,a,b, →b,c,d,a

  最终:ABCD=ABCD+abcd

  其中:Mi为16个信息子包,每个4字节;Ti为4字节常数;Si为左移位数;abcd为32位变量;初始值为ABCD。
 
  函数:F(X,Y,Z)=XY|NOT(X)Z

  G(X,Y,Z)=XZ|Ynot(Z)

  H(X,Y,Z)=XxorYxorZ

  I(X,Y,Z)=Yxor(X|not(Z))

  2 HMAC在IP电话计费上的应用

  利用HMAC的认证功能,可对用户的IP储值卡中的金额进行保护。在试验系统中,智能终端相当于认证系统的客户端,如图3所示。

当用户使用时,用户只须直接拨入所叫的电话号码即可。

Copyright © 2017-2020 微波EDA网 版权所有

网站地图

Top