專利名稱：一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線局域網(wǎng)內(nèi)接入站(AP)與移動(dòng)終端之間的通信，特別涉及加密密鑰的分發(fā)方法。
背景技術(shù)：
無線局域網(wǎng)借助無線信道傳輸數(shù)據(jù)、話音和視頻信號(hào)。相對(duì)于傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)，無線局域網(wǎng)具有安裝便捷、使用靈活、經(jīng)濟(jì)節(jié)約和易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，因而日益受到重視。
無線局域網(wǎng)的可覆蓋區(qū)域稱為服務(wù)集，一般分為基本服務(wù)集(BSS)12和擴(kuò)展服務(wù)集(ESS)11，其中基本服務(wù)集(BSS)12指由無線局域網(wǎng)中各單元的無線收發(fā)機(jī)以及地理環(huán)境所確定的通信覆蓋區(qū)域，常稱為小區(qū)，范圍一般較小，為了擴(kuò)大無線局域網(wǎng)覆蓋區(qū)域，通常采用如圖1所示的方法，即通過接入站(AP)121經(jīng)無線網(wǎng)關(guān)13將基本服務(wù)集(BSS)12與骨干網(wǎng)相連接，使多個(gè)基本服務(wù)集(BSS)12中的移動(dòng)終端(MT)122經(jīng)由接入站(AP)121和無線網(wǎng)關(guān)13與有線骨干網(wǎng)連接，從而構(gòu)成擴(kuò)展服務(wù)集11。其中骨干網(wǎng)通常是指有線局域網(wǎng)。
與有線傳輸相比，無線傳輸?shù)谋Ｃ苄暂^差，因此需要一些額外的安全措施來保證接入站(AP)和各移動(dòng)終端之間的通信安全，比如用戶認(rèn)證、信息加密等。無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.11采用有線對(duì)等加密(Wired Equivalent Privacy，WEP)技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行加密。WEP是一種對(duì)稱加密技術(shù)，即加密通信雙方使用相同的密鑰進(jìn)行加解密。在實(shí)際應(yīng)用中，出于安全性的考慮，不同用戶應(yīng)該使用不同的密鑰。通常密鑰由網(wǎng)絡(luò)管理者分配，并存儲(chǔ)在通信雙方即移動(dòng)終端和接入站(AP)上。這種密鑰管理方法存在很多弊端。比如，在這種密鑰管理方式下，為了支持用戶的漫游，既允許用戶連接到不同的接入站(AP)上，每個(gè)接入站(AP)都應(yīng)該存儲(chǔ)所有用戶的密鑰。每次增加或修改某用戶的密鑰，網(wǎng)絡(luò)管理者就要在所有的接入站(AP)上增加或修改該用戶的密鑰。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，密鑰管理任務(wù)將變得相當(dāng)繁重，而且接入站(AP)的存儲(chǔ)能力也可能達(dá)不到要求。因此，這種預(yù)共享密鑰管理方式不適合于大型無線局域網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種無線局域網(wǎng)內(nèi)動(dòng)態(tài)密鑰的分發(fā)方法，該方法將密鑰的分發(fā)和CHAP(Challenge Handshake Authentication Protocol)認(rèn)證過程結(jié)合起來，利用認(rèn)證服務(wù)器的用戶名和密碼管理功能，對(duì)密鑰分發(fā)進(jìn)行管理。用戶可以在大范圍內(nèi)漫游而不影響動(dòng)態(tài)密鑰的分發(fā)。接入站(AP)無需管理大量的用戶密鑰信息，處理任務(wù)簡單，降低了成本。同時(shí)，該方法為不同用戶和不同會(huì)話分發(fā)不同的密鑰，安全性更高。
本發(fā)明需要認(rèn)證服務(wù)器、無線網(wǎng)關(guān)和移動(dòng)終端配合一起完成密鑰的動(dòng)態(tài)分配。移動(dòng)終端存儲(chǔ)用戶名和密鑰，或提供接口，可由用戶輸入用戶名和密碼。認(rèn)證服務(wù)器支持CHAP認(rèn)證協(xié)議，同時(shí)存儲(chǔ)著用戶名和密碼。移動(dòng)終端和認(rèn)證服務(wù)器預(yù)先商定用于身份認(rèn)證和密鑰計(jì)算的算法S和F。
本發(fā)明是通過下面的方法實(shí)現(xiàn)的。
一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法，其過程如圖2所示，包括以下步驟認(rèn)證服務(wù)器、無線網(wǎng)關(guān)和移動(dòng)終端首先完成CHAP認(rèn)證過程。
在通信雙方鏈路建立完成后，無線網(wǎng)關(guān)隨機(jī)產(chǎn)生提問信息，并傳遞給移動(dòng)終端。
該移動(dòng)終端根據(jù)CHAP協(xié)議，通過算法S計(jì)算出響應(yīng)，并將該響應(yīng)發(fā)回給該無線網(wǎng)關(guān)，同時(shí)該移動(dòng)終端使用算法F計(jì)算出密鑰K。其中算法S和算法F是一種單向散列算法，能保證僅由輸出無法或者很難反推導(dǎo)出輸入，即很難由響應(yīng)推算出密碼，也很難由密鑰推算出密碼。它們既可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以用硬件實(shí)現(xiàn)。單向散列函數(shù)S的輸入?yún)?shù)由本次認(rèn)證的標(biāo)識(shí)符、密碼和提問信息構(gòu)成；單向散列函數(shù)F的輸入?yún)?shù)包括用戶名、密碼和提問信息。
該無線網(wǎng)關(guān)收到該響應(yīng)后，將用戶名、提問信息和響應(yīng)發(fā)送給認(rèn)證服務(wù)器。
該認(rèn)證服務(wù)器根據(jù)收到的信息以及存儲(chǔ)的用戶名、密碼判斷用戶的合法性。首先認(rèn)證服務(wù)器根據(jù)用戶名得到用戶密碼，然后用同一算法S計(jì)算出驗(yàn)證值，并將該驗(yàn)證值和該響應(yīng)進(jìn)行比較，若相符則認(rèn)證通過，否則斷開連接，完成CHAP認(rèn)證。在CHAP認(rèn)證過程中，不需要通過通信鏈路傳遞密碼，因此相對(duì)與密碼認(rèn)證協(xié)議(Password Authentication Protocol，PAP)安全性更高。
若用戶認(rèn)證成功，移動(dòng)終端和認(rèn)證服務(wù)器都得到了提問信息，雙方可以根據(jù)提問信息以及用戶名和密碼用相同的算法計(jì)算出密鑰。認(rèn)證服務(wù)器使用該算法F計(jì)算出密鑰K，并發(fā)送給加密終結(jié)點(diǎn)，從而完成密鑰的分發(fā)，其中加密終結(jié)點(diǎn)可以是接入站也可以是無線網(wǎng)關(guān)。這樣移動(dòng)終端和加密終結(jié)點(diǎn)就擁有相同的密鑰K。
為進(jìn)一步提高安全性，認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送密鑰K給加密終結(jié)點(diǎn)時(shí)，可以進(jìn)行加密。認(rèn)證服務(wù)器和加密終結(jié)點(diǎn)之間的加密方法和密鑰分配方法可以有多種。比如使用預(yù)共享的密鑰進(jìn)行加密，或者使用上述移動(dòng)終端和認(rèn)證服務(wù)器之間分發(fā)密鑰的方法獲取密鑰后進(jìn)行加密。
加密雙發(fā)得到分發(fā)的密鑰后，可以在該密鑰的保護(hù)下，進(jìn)一步協(xié)商真正用于加密的密鑰。
本發(fā)明的顯著效果為本發(fā)明的密鑰為動(dòng)態(tài)分發(fā)而非預(yù)共享，簡化了密鑰的管理任務(wù)，特別適合大型無線局域網(wǎng)絡(luò)；正由于密鑰為動(dòng)態(tài)派生而非靜態(tài)配置，使同一用戶的不同會(huì)話也使用不同密鑰，因此安全性得到了提高；也因?yàn)槊荑€由用戶名和密碼派生，所以加密不影響用戶的漫游，用戶可以在大范圍內(nèi)漫游而不影響動(dòng)態(tài)密鑰的分發(fā)；而且AP無需管理大量的用戶密鑰，簡化了處理任務(wù)，降低了成本；同時(shí)利用CHAP認(rèn)證過程中的提問信息來派生密鑰，簡化了密鑰協(xié)商過程，容易實(shí)現(xiàn)。


圖1是無線局域網(wǎng)架構(gòu)的示意圖；圖2是密鑰分發(fā)過程的示意圖；圖3是實(shí)施例密鑰分發(fā)過程的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本發(fā)明需要認(rèn)證服務(wù)器、無線網(wǎng)關(guān)和移動(dòng)終端配合一起完成密鑰的動(dòng)態(tài)分配。移動(dòng)終端存儲(chǔ)用戶名和密鑰，或提供接口，可由用戶輸入用戶名和密碼。認(rèn)證服務(wù)器支持CHAP認(rèn)證協(xié)議，同時(shí)存儲(chǔ)著用戶名和密碼。
在密鑰的分發(fā)過程中，移動(dòng)終端和無線網(wǎng)關(guān)之間的通信協(xié)議可以有多種，比如PPPoE、PPP或802.1x。通信協(xié)議僅僅是信息承載的方式。同樣，無線網(wǎng)關(guān)與認(rèn)證服務(wù)器之間的通信協(xié)議也可以有多種，一般常用的是Radius協(xié)議。
加密在移動(dòng)終端和加密終結(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，加密終結(jié)點(diǎn)可以是接入站也可以是無線網(wǎng)關(guān)。即如果加密終結(jié)點(diǎn)是接入站(AP)，則加密在移動(dòng)終端和接入站(AP)之間進(jìn)行；如果加密終結(jié)點(diǎn)是無線網(wǎng)關(guān)，則加密在移動(dòng)終端和無線網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行。
在本實(shí)施例中移動(dòng)終端和無線網(wǎng)關(guān)之間通過802.1x協(xié)議通信，無線網(wǎng)關(guān)和認(rèn)證服務(wù)器之間通過Radius協(xié)議通信，加密終結(jié)點(diǎn)為接入站(AP)。實(shí)施例的信息交互過程如圖3所示，密鑰分發(fā)的具體步驟如下
1)移動(dòng)終端發(fā)送EAP_開始報(bào)文給無線網(wǎng)關(guān)，請(qǐng)求接入。
2)無線網(wǎng)關(guān)發(fā)送EAP_請(qǐng)求/身份報(bào)文給接入站(AP)，要求移動(dòng)終端輸入用戶名。
3)移動(dòng)終端接收用戶輸入，得到用戶名和密碼，并用EAP_響應(yīng)/身份將用戶名發(fā)送給無線網(wǎng)關(guān)。
4)無線網(wǎng)關(guān)隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)16字節(jié)的提問信息，用EAP_請(qǐng)求/提問信息報(bào)文發(fā)送給移動(dòng)終端。
5)移動(dòng)終端利用MD5算法由本次認(rèn)證的標(biāo)識(shí)符、密碼和提問信息計(jì)算響應(yīng)，并用EAP_響應(yīng)/提問信息報(bào)文發(fā)送給無線網(wǎng)關(guān)。同時(shí)利用MD5算法根據(jù)用戶名、用戶密碼以及提問信息計(jì)算出用于加密的密鑰K。其中MD5算法是一種單向散列算法，能保證僅由輸出無法或者很難反推導(dǎo)出輸入，即很難由響應(yīng)推算出密碼，也很難由密鑰推算出密碼。它可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以用硬件實(shí)現(xiàn)。
6)無線網(wǎng)關(guān)將用戶名、提問信息以及響應(yīng)用Radius-進(jìn)入報(bào)文上傳給Radius服務(wù)器。
7)該認(rèn)證服務(wù)器根據(jù)收到的信息以及存儲(chǔ)的用戶名、密碼判斷用戶的合法性。首先認(rèn)證服務(wù)器根據(jù)用戶名得到用戶密碼，然后利用MD5算法根據(jù)用戶名、密碼、提問信息計(jì)算得到響應(yīng)，并和收到的響應(yīng)比較。如果相同則認(rèn)證成功，利用MD5算法，根據(jù)用戶名、密碼以及提問信息計(jì)算密鑰K；如果不同則認(rèn)證失敗。
8)認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送Radius-接受報(bào)文給無線網(wǎng)關(guān)。報(bào)文中包含密鑰K。
9)無線網(wǎng)關(guān)將密鑰K發(fā)送給接入站(AP)。
這樣接入站(AP)和移動(dòng)終端就都得到了密鑰K。
為進(jìn)一步提高安全性，認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送密鑰K給加密終結(jié)點(diǎn)時(shí)，可以進(jìn)行加密。認(rèn)證服務(wù)器和加密終結(jié)點(diǎn)之間的加密方法和密鑰分配方法可以有多種。比如使用預(yù)共享的密鑰進(jìn)行加密，或者使用上述移動(dòng)終端和認(rèn)證服務(wù)器之間分發(fā)密鑰的方法獲取密鑰后進(jìn)行加密。
權(quán)利要求
1.一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法，其特征在于，所述方法包含以下步驟a通信雙方鏈路建立完成后，所述無線網(wǎng)關(guān)隨機(jī)產(chǎn)生提問信息，并傳遞給移動(dòng)終端；b所述移動(dòng)終端根據(jù)CHAP認(rèn)證協(xié)議，通過算法S由本次認(rèn)證的標(biāo)識(shí)符、密碼和提問信息計(jì)算出響應(yīng)，并將所述響應(yīng)發(fā)回給所述無線網(wǎng)關(guān)；c所述移動(dòng)終端使用算法F計(jì)算出密鑰K；d所述無線網(wǎng)關(guān)收到所述響應(yīng)后，將用戶名、提問和響應(yīng)發(fā)送給認(rèn)證服務(wù)器；e所述認(rèn)證服務(wù)器首先根據(jù)用戶名得到用戶密碼，然后用同一算法S計(jì)算出驗(yàn)證值；f所述認(rèn)證服務(wù)器將所述驗(yàn)證值和所述響應(yīng)進(jìn)行比較，若相符則認(rèn)證通過，否則斷開連接；g用戶認(rèn)證成功后，認(rèn)證服務(wù)器使用所述算法F計(jì)算出密鑰K，并發(fā)送給加密終結(jié)點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法，其進(jìn)一步特征在于，用于身份認(rèn)證的算法S和用于密鑰計(jì)算的算法F是移動(dòng)終端和認(rèn)證服務(wù)器預(yù)先商定好的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法，其進(jìn)一步特征在于，所述算法S是一種單向散列算法，既可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以用硬件實(shí)現(xiàn)，單向散列函數(shù)S的輸入?yún)?shù)由本次認(rèn)證的標(biāo)識(shí)符、密碼和提問構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法，其進(jìn)一步特征在于，所述算法F是一種單向散列算法，既可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以用硬件實(shí)現(xiàn)，單向散列函數(shù)F的輸入?yún)?shù)包括用戶名、密碼和提問。
5.如權(quán)利要求1所述的一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法，其進(jìn)一步特征在于，所述加密終結(jié)點(diǎn)可以是接入站也可以是無線網(wǎng)關(guān)。
6.如權(quán)利要求1所述的一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法，其進(jìn)一步特征在于，所述認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送密鑰K給加密終結(jié)點(diǎn)時(shí)可以進(jìn)行加密。
7.如權(quán)利要求6所述的一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法，其進(jìn)一步特征在于，認(rèn)證服務(wù)器和加密終結(jié)點(diǎn)之間的加密方法和密鑰分配方法可以有多種，包括使用預(yù)共享的密鑰進(jìn)行加密，或者使用上述移動(dòng)終端和認(rèn)證服務(wù)器之間分發(fā)密鑰的方法獲取密鑰后進(jìn)行加密。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種無線局域網(wǎng)內(nèi)加密密鑰的分發(fā)方法，該方法將密鑰的分發(fā)和CHAP認(rèn)證結(jié)合起來，利用認(rèn)證服務(wù)器的用戶名和密碼管理功能，對(duì)密鑰分發(fā)進(jìn)行管理。用戶可以在大范圍內(nèi)漫游而不影響動(dòng)態(tài)密鑰的分發(fā)，同時(shí)由于同一用戶的不同會(huì)話使用不同的密鑰，提高了安全性。采用該方法簡化了密鑰管理任務(wù)，降低了成本，特別適合大型無線局域網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)H04B7/26GK1484409SQ02137020
公開日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2002年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月17日
發(fā)明者李永茂, 朱靜寧, 吳更石 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司