一种在无线局域网中进行数据完整性保护的方法技本领域
本发明涉及加密领域，尤其涉及一种在无线局域网中进行数据完整性保护
的方法。
技术背景
无线局域网(WLAN)系统是逐渐发展壮大的一种无线通信系统，可以使
得移动用户使用计算机通过WLAN无线机制与网络进行通信。在移动用户和网
络之间的空中接口，由于数据和信息都会通过无线电波进行传输，所以有更多
的机会泄漏信息。对于信息主要保护两个方面：机密性和完整性。机密性是指
传输的信息经过处理之后，即使非法接收者得到信息也无法知道传输的真实数
据，从而防止信息泄漏；完整性是指信息经过传输之后，能够保持原始的数据，
中间不能够被篡改。对于WLAN系统传输的空中接口数据，对于信息的机密性
和完整性都需要进行保护。
目前，对于机密性基本都是通过加密来实现的。对于完整性，可以通过CRC
算法进行校验，也可以通过哈西鉴权算法生成校验码来实现完整性保护。完整
性保护的机制就是能够将大量的数据变换成有限长度的数值，这个有限长度就
称为校验码，一个好的完整性算法要求原始数据变化一点点，能够引起校验码
中超过半数的数值变化，而且是不可预见的。
在WLAN系统中，传递的信息如果被修改了，而没有通过一些途径修改传
递的信息对应的校验码，那么接收方通过重新计算原始信息，计算出校验码，
并与传输过来的比较，根据哈西鉴权算法的特点，修改过原始信息之后，其校
验码必定会变化，所以，接收者可以知道传递过来的数据已经被非法篡改了。
与本发明相关的现有技术一
WLAN系统采用有线等效加密方案(WEP)来加密保护WLAN网络中的授
权用户信息，防止任意的窃听活动，保护信息的机密性。其中对于信息的完整
性保护是通过对于加密完成的数据运算CRC校验，将校验码附在WEP加密后
的报文后面构成组直接传递的报文。加密和完整性保护过程如图1所示。
WEP算法的核心算法是RC4，图中的RC4 PRNG是伪随机数产生器，伪随
机数产生器的种子seed是由初始化向量(IV)和密钥(secret key)串联成的向
量。产生的伪随机数的字节数等于传输的报文MPDU的字节数再加上4。为了
防止中间传输途中对于MPDU的篡改，对于MPDU采用CRC-32算法进行了一
次完整性校验，产生一个校验值，填充在ICV字段。WEP机制应用在MPDU消
息体中，{初始化向量，消息体，完整性校验值}三元组是实际传输的数据。
图2描述了使用WEP算法加密之后构建成的数据帧，加密后的数据帧比最
初的MPDU多出8字节，其中4字节存放初始化向量(IV)，其他4字节保存完
整性校验值(ICV)，WEP ICV是一个32位的数据域，只通过计算数据PDU得
到的。
目前WLAN完整性保护机制使得接收者接收之后，必须使用解密密钥通过
WEP复杂的运算解密出报文，解密出的报文包括了真实数据和传递过来的
ICV，同时，接收者将还原出的数据再通过CRC-32完整性校验算法计算ICV值，
并与解密出的ICV值比较，如果相同才认为是中间没有篡改的报文。
现有技术一的缺点：
网络安全中，有多种手段可以向通信设备发送大量非法或者重复的数据包，
导致设备忙于处理这些非法报文时，系统资源不够而瘫痪。上述方案的一个缺
点就是非常容易招致这样的攻击，而且没有有效的防护手段。
如果恶意用户在通信设备的中间插入大量的非法报文，接收者为了知道报
文是否完整的，必须计算ICV，也必须先通过解密算法还原出数据，而这个解
密运算是比较耗时的。如果经过上述完整性机制验证，本报文是非法的，报文
需要丢弃，那么耗时的WEP运算资源就浪费了，从而也容易导致上面的攻击。
另外，本方案采用了CRC-32算法来计算ICV，CRC-32算法本身并不具备哈
西完整性鉴权算法的特点。哈西完整性鉴权算法要求输出对于输入是非线性的
关系，并且输入的一位能够使得输出报文的超过半数数据得到变化。
没有采用完整性密钥，完整性检查完全依赖于WEP加密密钥，一旦加密密
钥泄漏，那么完整性保护就彻底失去意义。
总结起来，方案一的缺点包括：
缺点1：采用的完整性校验算法不符合完整性鉴权算法的特点。太简单，保
护级别低。
缺点2：没有采用完整性密钥，机密性与完整性保护是捆绑在一起的。没有
相互增强安全性。
缺点3：目前完整性计算与加密的实施顺序非常容易招致简单的DOS攻击，
而使得系统陷入瘫痪。
与本发明相关的现有技术二：
在802.11i中制定了两种新的加密/完整性保护协议，临时密钥完整性协议
(TKIP)和无线强健认证协议(WRAP)。加密和完整性保护如图3所示：
七种完整性保护的字段MIC与技术方案一中的一样都是先计算出来，然后
通过WEP加密形成密文。解密过程如图4所示：
对于完整性的检查，与方案一一样，是在耗时的解密运算之后才进行MIC
码比对，如果相同，说明中间没有篡改。
现有技术二的缺点：
虽然比较先进的TKIP方案引入了完整性密钥，但是由于其完整性计算仍然
排在加密之前进行，完整性检查时，仍然需要先通过解密才能够知道完整性，
所以，与方案一具有同样的缺点，即无法有效抵抗恶意的报文攻击而陷入瘫痪。
缺点1：采用的完整性校验算法不符合完整性鉴权算法的特点。太简单，保
护级别低。
缺点2：目前完整性计算与加密的实施顺序非常容易招致简单Dos攻击，而
使得系统陷入瘫痪。
缺点3：完整性保护依赖于机密性，没有有效分离两者，所以，对于单纯的
完整性保护，系统运行效率不高。
发明内容
基于现有技术如上所述的缺点，本发明提出一种增强完整性校验算法的安
全性，将机密性与完整性相分离的保护方法。使得对于完整性保护，可以不必
运行加密，就可以实现完整性保护。同时增强机密性自身的安全性，使数据的
传输过程不必依赖于机密性。另外，还可以达到节约系统资源，抵抗非法攻击
的目的。
为此，本发明采用如下方案：
一种在无线局域网中进行数据完整性保护的方法，其特征在于包括以下步
骤：
a、发送端利用初始化向量和加密密钥产生伪随机密钥序列；
b、将伪随机密钥序列与欲传送数据进行加密；
c、将b步骤产生的数据与完整性密钥利用完整性算法计算出完整性校验码
ICV1；
d、将步骤c产生的完整性校验码附加到步骤b产生的数据后，形成报文并
传递给接收端；
e、接收端将上述数据进行解密，得到传送的数据。
所述的步骤e，进一步包括：
e1、接收端将接收到的报文与完整性密钥一起输入完整性算法，计算出本
地完整性校验码ICV2；
e2、将ICV1与ICV2相比较，若不相同，则进入步骤e3，若相同，则进入
步骤e4；
e3、将数据丢弃；
e4、将初始化向量与加密密钥输入密码发生器，产生随机密钥序列；
e5、利用伪随机密钥序列与加密后的数据，得到原始报文。
所述的步骤b，是通过将伪随机密钥序列与欲传送的数据进行异或操作。
所述的步骤e5，是将伪随机密钥序列与加密后的数据异或产生原始报文。
所述的步骤c中，该完整性算法为带有密钥的哈西鉴权函数。
所述的密钥为HMAC或者MD5。
本发明的方案中，由于完整性校验在解密之前进行，如果发现是非法报文，
提前丢弃报文，避免后面无谓的解密运算，节约系统资源抵抗类似DOS攻击；
另外，本发明中机密性与完整性分离，执行效率更高；对于完整性保护，
可以不必运行加密，就可以实现完整性保护。这样完全实现用户单独选择实施
机密性还是完整性，增加灵活性；
再有增强了完整性算法的安全性，可以有效保证数据的完整性。
附图说明
图1是现有技术中加密和完整性保护过程示意图；
图2是现有技术中使用WEP算法加密之后构建成的数据帧结构示意图；
图3是现有技术中加密流程示意图；
图4是针对图3加密流程的解密流程示意图；
图5是本发明加密以及完整性计算过程示意图；
图6是本发明解密以及完整性校验过程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。
如图5所示，是本发明所使用的加密及完整性计算过程的一个示意图，从
图中可以看到，本发明涉及到了以下步骤：
a、IV与加密密钥输入密钥发生器，产生伪随机密钥序列；
b、伪随机密钥序列与明文异或产生加密后的数据；
将伪随机密钥序列与欲传送的明文进行加密，这里该加密的操作可以有多
种，我们采取最常见的异或操作。
c、加密后的数据与IV串联起来，与完整性密钥一起输入完整性算法，计
算出完整性校验码ICV；
将前述的数据与初始化向量串联起来，和完整性密钥一起，利用完整性算
法计算出完整性校验码IVC。
在这里，基于增强完整性保护的的需要，选择带有密钥的哈西鉴权函数作
为WLAN系统中的完整性算法，取代目前的CRC-32以及其他普通鉴权算法。
具体可以使用密钥HMAC，密钥MD5等。
d、将ICV附加到加密后的数据与IV串联成的消息后面，构成可以传递的
报文。
再将上述形成的可传递报文发送给接收端，由接收端进行解密操作。
如图6所示，是本发明解密以及完整性校验过程示意图，从图中可见，本
发明的解密过程包括以下步骤：
A、将接收到的报文中加密后的数据与IV的串联成的报文，与完整性密钥
一起输入完整性算法，计算出本地完整性校验码ICV′；
在接收端使用相同的方法，也可以产生一个完整性校验码，ICV′，该ICV′
可能与发送阶段产生的ICV相同，也可能不相同，我们使用它作为报文完整
性的验证标准。
B、将ICV′与接收到的ICV进行比较。
如果两个校验码相同，说明中简报文没有被篡改，可以进入下一步的解密
处理，转到流程C；如果校验码不相同，说明传输报文错误，需要丢包。并不
进行后续的解密。
C、将IV与加密密钥输入密钥发生器，产生伪随机密钥序列；
D、伪随机密钥序列与加密后的数据异或产生原始明文。
本发明完整性保护在加密之后进行，完整性检查在解密之前进行；如果发
现是非法报文，提前丢弃报文，避免后面无谓的解密运算，节约系统资源抵抗
类似DOS攻击。
本发明完整性保护与机密性保护分离，有助于提高实施完整性保护的执行
效率；对于完整性保护，可以不必运行加密，就可以实现完整性保护。这样完
全实现用户单独选择实施机密性还是完整性，增加灵活性。
另外，本发明使用安全级别高的完整性算法；增强了完整性算法的安全性，
可以有效保证数据的完整性。
同时，本发明在WLAN系统中完整性保护，使用单独的完整性密钥。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局
限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易
想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护
范围应该以权利要求书的保护范围为准。