WiMAX数据传输加密方案设计与实现

递增的整数i构造，长16个字节即128 b。函数如下：ctr preload为数组名，该数组用于存放生成的计数块；modu为指向PDU数据的指针；pn vector为PN；i为递增的整数，每计算一次计数块后加1。

    3．2 算法模块应用方法设计和实现

    算法模块的应用方法主要根据TEK(传输加密密钥)和CID(连接标志)的对应关系设计。在802．16协议中每一个CID都对应惟一的密钥资源，因此可以根据CID找到对应的密钥。在系统中创建两个表，一个是TEK表：用于存放加密密钥；另一个是CID表：用于存放CID值和对应密钥索引。CID表中记录结构如图7所示。Type字段表示使用的加密方法，O表示DES-CBC，1表示AES-CCM；Key index字段值表示该CID标志对应的密钥信息，在TEK表中的索引位置；CID字段表示CID标志值。

    3．3 算法测试

    测试密钥Key和数据PDU如下：

    发送端加密后的密文，一共包含3个部分。起始的10个字节为6个字节的PDU报头和4个字节的PN；从末尾算起的4个字节为32 b的CRC校验码；其余分别是33个字节的净荷密文和8个字节的分组链接模式校验码密文。

    接收端解密后的PDU起始10个字节为报头和PN；其后的33个字节和明文P的33个字节的数据净荷相同；最后的4个字节为CRC校验码，用于接收端的CRC校验。

    第44个到51个字节为解密后的8个字节的分组链接模式校验码。在CCM解密程序中，对解密后得到的PDU，计算分组链接模式校验码，将计算结果和解密所得的分组链接模式校验码相比较，若相同则表示密文在传输过程中没有被篡改破坏，这样可以校验传输数据的完整性。

    上述结果表明本文设计的AES-CCM模块和模块应用方法，能正常工作，能满足WiMAX设备的实际需要。

   4 方案比较

    当前，WiMAX设备方案提供商，对数据加密模块主要有2种实现方案：

    (1)采用专门的硬件算法模块；

    (2)采用高速DSP芯片。

    方法(1)的优点是速度快，价格便宜但可扩展性和可升级性不强；方法(2)既有速度快的优点，也有很好的可扩展性和可升级性，但成本比较高。在采用这2种方案的设备中，通常需要一个额外的嵌入式系统来控制通信设备的运行，因此系统会比较复杂，成本较高。

    本文的设计方法，将算法设计成嵌入式系统的一个软件模块，使用时只需直接调用即可。优点是：使用方便，而且由于系统没有外接独立的加密模块，可以有效地降低系统的复杂度和成本。缺点是：加密工作由主控CPU来完成，会占用相当一部分系统资源，因此适用于那些没有复杂功能的通信设备，例如端口较少的无线接入设备或WiMAX网卡等。

    5 结 语

    目前在IEEE 802.16和802.11i协议中，都采用AES-CCM算法为数据加密算法，并被包含在RFC3610中。在这种情形下，本文在对该算法深入分析后，对AES算法和CCM模式的隐患给出了改进，并给出了嵌入式WiMAX开发板平台下的AES-CCM算法实现和应用方法的设计及实现。