CN100581171C - 一种适合超宽带网络的握手协议方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适合超宽带网络的握手协议方法，本发明所提供的适合超宽带网络的握手协议方法，响应者收到第1条消息后，如果主密钥标识MKID和PKID都是合法的，那么生成随机数R-Nonce并构造第2条消息发送给发起者，没有任何计算量，也就是说，即使攻击者伪造不同的第1条消息发送给响应者，响应者也不用消耗计算资源，从而使Dos攻击难以实现，安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合超宽带网络的握手协议方法。
背景技术
ECMA368(欧洲电脑厂商协会，European Computer ManufacturersAssociation，ECMA)标准描述的是超宽带网络(Ultra Wideband)物理层和MAC层规范。超宽带网络是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的正弦波窄脉冲传输数据。ECMA368标准中设计了一种握手协议，用于建立超宽带网络设备之间的成对临时密钥PTK(Pairwise Temporal Key)。该握手协议为：
1)发起者向响应者发送消息1＝MN||SC||PTKID||MKID||I-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝1，状态码SC＝0，表示协议处于正常状态，成对临时密钥标识PTKID是发起者随机选取的值(不与本地存储的或正在进行的握手协议或成组临时密钥GTK(Group Temporal Key)分发协议中使用的临时密钥标识TKID(Temporal Key Identifier)相同)，主密钥标识MKID是成对主密钥PMK的标志，I-Nonce是发起者产生的随机数，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC＝0，表示没有计算成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC；
2)响应者收到消息1后，若消息序号MN＝1，状态码SC＝0且成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC＝0不成立，则丢弃该消息，否则验证主密钥标识MKID是否为发起者和响应者预共享的成对主密钥PMK的标识；若不是，则丢弃该消息，否则验证是否存在使用该主密钥标识MKID正在执行的握手协议；若存在，则丢弃该消息并设置状态码SC＝2(表示存在使用该主密钥标识MKID正在执行的握手协议)来向发起者报告协议状态，否则验证成对临时密钥标识PTKID；若成对临时密钥标识PTKID与本地存储的或正在进行的握手协议或成组临时密钥GTK分发协议中使用的临时密钥标识TKID相同，则丢弃该消息并设置状态码SC＝3(表示该成对临时密钥标识PTKID与本地存储的或正在进行的握手协议或成组临时密钥GTK分发协议中使用的临时密钥标识TKID相同)来向发起者报告协议状态，否则生成随机数R-Nonce并利用扩展函数对成对主密钥PMK，I-Nonce，R-Nonce，发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC进行计算得到成对临时密钥PTK和密钥确认密钥KCK(KeyConfirmation Key)，然后向发起者发送消息2＝MN||SC||PTKID||MKID||R-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝2，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息1中的对应值相同，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC是利用本地密钥确认密钥KCK对消息2(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC计算的消息完整性码MIC(MessageIntegrity Code)；
3)发起者收到消息2后，若消息序号MN＝2，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息1中的对应值不成立，则丢弃该消息，否则利用扩展函数对成对主密钥PMK，I-Nonce，R-Nonce，发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC进行计算得到成对临时密钥PTK和密钥确认密钥KCK，然后利用本地密钥确认密钥KCK重新计算消息2(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC的消息完整性码MIC并与消息2中的成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC进行比较；若两者不相同，则丢弃该消息并设置状态码SC＝1(表示安全验证不通过)来向响应者报告协议状态，否则向响应者发送消息3＝MN||SC||PTKID||MKID||I-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝3，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息2中的对应值相同，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC是利用本地密钥确认密钥KCK对消息3(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC计算的消息完整性码MIC；
4)响应者收到消息3后，若消息序号MN＝3，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息2中的对应值不成立，则丢弃该消息，否则利用本地密钥确认密钥KCK重新计算消息3(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC的消息完整性码MIC并与消息3中的成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC进行比较；若两者不相同，则丢弃该消息并设置状态码SC＝1(表示安全验证不通过)来向响应者报告协议状态，否则向发起者发送消息4＝MN||SC||PTKID||MKID||R-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝4，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息3中的对应值相同，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC是利用本地密钥确认密钥KCK对消息4(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC计算的消息完整性码MIC；
5)发起者收到消息4后，若消息序号MN＝4，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息3中的对应值不成立，则丢弃该消息，否则利用本地密钥确认密钥KCK重新计算消息4(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC的消息完整性码MIC并与消息4中的成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC进行比较；若两者不相同，则丢弃该消息并中止该握手协议，否则发起者和响应者成功完成了握手协议，各自获得了相应的成对临时密钥PTK和密钥确认密钥KCK。
从上面所述的握手协议，可以发现：攻击者可以冒充发起者发送不同的消息1＝MN||SC||PTKID||MKID||I-Nonce||PTK-MIC给响应者，其中消息序号MN＝1，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID是随机生成的，主密钥标识MKID是通过响应者信标帧或通过对响应者的探询获得的主密钥标识MKID，I-Nonce是随机生成的，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC＝0。由于成对临时密钥标识PTKID的消息空间为224，碰撞的概率很小，主密钥标识MKID为合法的主密钥标识MKID，I-Nonce又不能被响应者校验，所以响应者接收攻击者的消息1并计算成对临时密钥PTK和密钥确认密钥KCK，然后计算消息2(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC的成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC，最后发送出消息2。这造成了很大的计算资源浪费，易构成Dos攻击。
发明内容
本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种安全性高的适合超宽带网络的握手协议方法。
本发明的技术解决方案是：本发明为一种适合超宽带网络的握手协议方法，其特殊之处在于：该方法包括以下步骤：
1)发起者向响应者发送消息1，消息1包括MN||SC||PTKID||MKID，其中消息序号MN＝1，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID是发起者随机选取的值，不与本地存储的或正在进行的握手协议或成组临时密钥GTK分发协议中使用的临时密钥标识TKID相同，主密钥标识MKID是成对主密钥PMK的标志；
2)响应者收到消息1后，若消息序号MN＝1且状态码SC＝0不成立，则丢弃该消息，若成立则验证主密钥标识MKID是否为发起者和响应者预共享的成对主密钥PMK的标识；若不是，则丢弃该消息，是则验证是否存在使用该主密钥标识MKID正在执行的握手协议；若存在，则丢弃该消息并设置状态码SC＝2来向发起者报告协议状态，若不存在，则验证成对临时密钥标识PTKID；若成对临时密钥标识PTKID与本地存储的或正在进行的握手协议或成组临时密钥GTK分发协议中使用的临时密钥标识TKID相同，则丢弃该消息并设置状态码SC＝3来向发起者报告协议状态，若不相同，则生成随机数R-Nonce并向发起者发送消息2，消息2包括MN||SC||PTKID||MKID||R-Nonce，其中消息序号MN＝2，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息1中的对应值相同；
3)发起者收到消息2后，若消息序号MN＝2，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息1中的对应值不成立，则丢弃该消息，成立，则生成随机数I-Nonce并利用扩展函数对成对主密钥PMK，I-Nonce，R-Nonce，发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC进行计算得到成对临时密钥PTK和本地密钥确认密钥KCK，然后向发起者发送消息3，消息3包括MN||SC||PTKID||MKID||I-Nonce||R-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝3，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息2中的对应值相同，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC是利用本地密钥确认密钥KCK对消息3(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC计算的消息完整性码MIC；
4)响应者收到消息3后，若消息序号MN＝3，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息2中的对应值不成立，则丢弃该消息，成立，则首先利用扩展函数对成对主密钥PMK，I-Nonce，R-Nonce，发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC进行计算得到成对临时密钥PTK和本地密钥确认密钥KCK，然后利用本地密钥确认密钥KCK重新计算消息3中(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC的消息完整性码MIC并与消息3中的成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC进行比较；若两者不相同，则丢弃该消息并设置状态码SC＝1来向发起者报告协议状态，否则向发起者发送消息4，消息4包括MN||SC||PTKID||MKID||I-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝4，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息3中的对应值相同，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC是利用本地密钥确认密钥KCK对消息4(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC计算的消息完整性码MIC；
5)发起者收到消息4后，若消息序号MN＝4，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息3中的对应值不成立，则丢弃该消息，成立，则利用本地密钥确认密钥KCK重新计算消息4(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC的消息完整性码MIC并与消息4中的成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC进行比较；若两者不相同，则丢弃该消息并中止该握手协议，相同，则发起者和响应者成功完成了握手协议，各自获得了相应的成对临时密钥PTK和本地密钥确认密钥KCK。
本发明提供的适合超宽带网络的握手协议方法，响应者收到第1条消息后，如果主密钥标识MKID和PKID都是合法的，那么生成随机数R-Nonce并构造第2条消息发送给发起者，没有任何计算量，也就是说，即使攻击者伪造不同的第1条消息发送给响应者，响应者也不用消耗计算资源，从而使Dos攻击难以实现，安全性高。
具体实施方式
本发明的具体实现方法如下：
1)发起者向响应者发送消息1，消息1包括MN||SC||PTKID||MKID，其中消息序号MN＝1，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID是发起者随机选取的值，不与本地存储的或正在进行的握手协议或成组临时密钥GTK分发协议中使用的临时密钥标识TKID相同，主密钥标识MKID是成对主密钥PMK的标志；
2)响应者收到消息1后，若消息序号MN＝1且状态码SC＝0不成立，则丢弃该消息，若成立则验证主密钥标识MKID是否为发起者和响应者预共享的成对主密钥PMK的标识；若不是，则丢弃该消息，是则验证是否存在使用该主密钥标识MKID正在执行的握手协议；若存在，则丢弃该消息并设置状态码SC＝2来向发起者报告协议状态，若不存在，则验证成对临时密钥标识PTKID；若成对临时密钥标识PTKID与本地存储的或正在进行的握手协议或成组临时密钥GTK分发协议中使用的临时密钥标识TKID相同，则丢弃该消息并设置状态码SC＝3来向发起者报告协议状态，若不相同，则生成随机数R-Nonce并向发起者发送消息2，消息2包括MN||SC||PTKID||MKID||R-Nonce，其中消息序号MN＝2，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息1中的对应值相同；
3)发起者收到消息2后，若消息序号MN＝2，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息1中的对应值不成立，则丢弃该消息，成立，则生成随机数I-Nonce并利用扩展函数对成对主密钥PMK，I-Nonce，R-Nonce，发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC进行计算得到成对临时密钥PTK和本地密钥确认密钥KCK，然后向发起者发送消息3，消息3包括MN||SC||PTKID||MKID||I-Nonce||R-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝3，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息2中的对应值相同，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC是利用本地密钥确认密钥KCK对消息3(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC计算的消息完整性码MIC；
4)响应者收到消息3后，若消息序号MN＝3，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息2中的对应值不成立，则丢弃该消息，成立，则首先利用扩展函数对成对主密钥PMK，I-Nonce，R-Nonce，发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC进行计算得到成对临时密钥PTK和本地密钥确认密钥KCK，然后利用本地密钥确认密钥KCK重新计算消息3中(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC的消息完整性码MIC并与消息3中的成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC进行比较；若两者不相同，则丢弃该消息并设置状态码SC＝1来向发起者报告协议状态，否则向发起者发送消息4，消息4包括MN||SC||PTKID||MKID||I-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝4，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息3中的对应值相同，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC是利用本地密钥确认密钥KCK对消息4(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC计算的消息完整性码MIC；
5)发起者收到消息4后，若消息序号MN＝4，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息3中的对应值不成立，则丢弃该消息，成立，则利用本地密钥确认密钥KCK重新计算消息4(除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数)、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC的消息完整性码MIC并与消息4中的成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC进行比较；若两者不相同，则丢弃该消息并中止该握手协议，相同，则发起者和响应者成功完成了握手协议，各自获得了相应的成对临时密钥PTK和本地密钥确认密钥KCK。
Claims (1)
1、一种适合超宽带网络的握手协议方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)发起者向响应者发送消息1，消息1包括MN||SC||PTKID||MKID，其中消息序号MN＝1，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID是发起者随机选取的值，不与本地存储的或正在进行的握手协议或成组临时密钥GTK分发协议中使用的临时密钥标识TKID相同，主密钥标识MKID是成对主密钥PMK的标志；
2)响应者收到消息1后，若消息序号MN＝1且状态码SC＝0不成立，则丢弃该消息，若成立则验证主密钥标识MKID是否为发起者和响应者预共享的成对主密钥PMK的标识；若不是，则丢弃该消息，是则验证是否存在使用该主密钥标识MKID正在执行的握手协议；若存在，则丢弃该消息并设置状态码SC＝2来向发起者报告协议状态，若不存在，则验证成对临时密钥标识PTKID；若成对临时密钥标识PTKID与本地存储的或正在进行的握手协议或成组临时密钥GTK分发协议中使用的临时密钥标识TKID相同，则丢弃该消息并设置状态码SC＝3来向发起者报告协议状态，若不相同，则生成随机数R-Nonce并向发起者发送消息2，消息2包括MN||SC||PTKID||MKID||R-Nonce，其中消息序号MN＝2，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息1中的对应值相同；
3)发起者收到消息2后，若消息序号MN＝2，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息1中的对应值不成立，则丢弃该消息，成立，则生成随机数I-Nonce并利用扩展函数对成对主密钥PMK、I-Nonce、R-Nonce、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC进行计算得到成对临时密钥PTK和本地密钥确认密钥KCK，然后向发起者发送消息3，消息3包括MN||SC||PTKID||MKID||I-Nonce||R-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝3，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息2中的对应值相同，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC是利用本地密钥确认密钥KCK对消息3除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC计算的消息完整性码MIC；
4)响应者收到消息3后，若消息序号MN＝3，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID是消息2中的对应值不成立，则丢弃该消息，成立，则首先利用扩展函数对成对主密钥PMK、I-Nonce、R-Nonce、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC进行计算得到成对临时密钥PTK和本地密钥确认密钥KCK，然后利用本地密钥确认密钥KCK重新计算消息3中除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC的消息完整性码MIC并与消息3中的成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC进行比较；若两者不相同，则丢弃该消息并设置状态码SC＝1来向发起者报告协议状态，否则向发起者发送消息4，消息4包括MN||SC||PTKID||MKID||I-Nonce||PTK-MIC，其中消息序号MN＝4，状态码SC＝0，成对临时密钥标识PTKID和主密钥标识MKID与消息3中的对应值相同，成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC是利用本地密钥确认密钥KCK对消息4除成对临时密钥消息完整性码PTK-MIC外的其他参数、发起者的MAC地址I-MAC和响应者的MAC地址R-MAC计算的消息完整性码MIC；
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