HMAC认证协议的ZQ032SA单片机实现

智能终端则自动拨向IP服务商，待响应后，反终端序列号、主叫电话号码、认证码一同发给服务商。智能终端序列号相当于公钥，用户的密码就是密钥。智能终端对密钥进行HMAC协议的加密运算自动生成认证码。

　　服务曾几何时接收数据码流，根据终端序列号确定用户的基本信息，再通过数据库中存储的认证码与接收到认证码的比较，确认用户的合法身份。如身份无误，则接通话路，计时收费。

　　其中第3步认证码的格式如表1所列。

　　表1 认证码格式

　　16Byte认证码，是经由HMAC加密得到的，其中的KEY值、TEXT值都可以作为用户密码。由于认证码高4bit为为0，所以不可以直接发送DTMF，要把4bit校验码排在认证码之后，共组成132bit数据，一起经过串行左移转化，每3bit构成1组，最后形成44个DTMF。

　　智能终端由单片机、DTMF拨号电话机、液晶显示等芯片构成。MCU不但要承担主控任务，还要实现HMAC的运算。

　　3 HMAC的单片机实现

　　（1）ZQ032SA单片机简介

　　ZQ032SA 是北京中庆公司具有独立知识产权的Flash型MCU，与Motorola 6805系列单片机功能相似，指令兼容。其采用CMOS工艺，工作稳定、功耗低、采用小型表贴封装（SOP28），适合民用设备使用。

　　主要特性有：

　　*8位MCU，兼容增强型6502指令集；

　　*4MHz主频，典型取指周期0.5μs。

　　*16Kbyte片内Flash存储器。

　　*352Byte片内用户RAM，其中包括64Byte的堆栈区；

　　*1个13位的多功能计数器和1个看门狗WDT

　　*20个通用I/O接口；

　　*1个载波调制发生器CMT；

　　*Flash保护机制；

　　*Flash在线程序下载；

　　*2种节电模式。

　　引脚排列和内部模块可参见本刊网络补充版。（http://www.dpj.com.cn）。

　　（2）HMAC算法的实现

　　基于单片机内部可用RAM的大小及实际使用时可能的密码长度，在认证系统中规定了消息长度，key≤64B,text≤58B。这样在本例中，MD5运算的消息分组N=2。在单片机4MHz主频时，经过程序优化，完成HMAC的运算所需时间小于3ms。详细程序网络补充版（http://www.dpj.com.cn）。

　　下面列出主要流程图。

　　其中：MD5_MAIN是MD5运算主程序；

　　MD5_ONE子程序是MD5的一个分组运算；

　　SUB-FF、FBCD、GBCD、HBCD、IBCD分别是MD5运算中相应函数的子程序；

　　SHIFT子程序完成Si的功能；

　　EXCH子程序完成地址4组数据的交换；

　　常数Ti列表于MEM_C，移位Si列表于TABLE_S；

　　消息子分组顺序列表于TABLE_M；

　　KEY键盘程序读入存于MEM_M，TEXT存于MEM_MB。

　　标号MEM1-4的RAM用于中间计算。

　　HMAC流程如图4所示。

　　MD5算法中的一个消息分组的计算程序流程如图6所示。

　　HMAC作为一种认证的协议，可以用于那么需要数字签名、身份认证或报文完整性检验等领域。在家用电子市场、安防、电子商务方面，都有广泛的用途。

　　在单片机可实现HMAC认证的基础上，可以进一步把ZQ032SA的IP核与其它外围逻辑构成ASIC，用于智能卡，将有应用前景。

在HMAC协议的基础上，加入其它成熟的加密算法，如DES，可以进一步提高认证的安全性。