宽带无线城域网安全机制的研究与实现

论文摘要

宽带无线接入技术作为下一代通信技术中的热点备受业界关注。为了满足未来宽带无线接入业务的需求，IEEE802.16系列协议应运而生，该标准定义了宽带无线接入空中接口的物理层和MAC层规范。IEEE802.16协议中，802.16-2004和802.16-2005是两个比较有商用前景的协议。然而802.16-2004协议因为其存在单向认证以及采用不安全的加密算法等安全问题被广为诟病。802.16-2005协议专门对802.16-2004协议的安全机制作出了修改，以达到商用的要求。本论文在基于IEEE802.16宽带无线多媒体通信系统项目基础上，主要研究802.16-2005协议安全机制的实现方法。论文分析了IEEE802.16标准的安全机制，对其准入控制机制，加解密算法集等方面做了详细的研究。同时，在保证可靠性，实时性的前提下，提出了一种适合于宽带无线接入系统的安全机制实现方法：把安全子层划分为准入控制模块和加解密模块。准入控制模块主要完成EAP认证、TEK交换管理、SA TEK三次握手管理、SA管理、密钥与MAC管理和安全相关的切换优化支持功能；加解密模块是提供加解密算法支持，包括数据加解密，密钥产生，密钥加解密等算法。根据以上的设计思路，文中给出了基于PicoChip平台的IEEE802.16标准MAC层程序中的安全子层设计与实现方法，以及实现过程中遇到的问题和问题的分析与解决方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 作者主要的研究工作
• 1.3 论文的组织结构
• 第二章 宽带无线城域网系统安全关键技术
• 2.1 宽带无线城域网——802.16系统
• 2.2 无线城域网系统的安全威胁
• 2.3 无线城域网系统的安全需求
• 2.4 802.16系统的安全现状
• 2.4.1 802.16系统安全机制结构
• 2.4.2 802.16系统安全机制存在的问题
• 第三章 802.16系统MAC层程序总体结构设计
• 3.1 802.16系统MAC层总体设计
• 3.2 系统开发平台
• 3.3 安全处理芯片
• 3.4 802.16系统总体调试方案
• 第四章 802.16系统安全子层准入控制模块的设计与实现
• 4.1 模块概述
• 4.1.1 模块功能
• 4.1.2 模块接口
• 4.2 模块设计
• 4.3 模块实现
• 4.3.1 EAP认证
• 4.3.2 SATEK三次握手
• 4.3.3 TEK交换
• 4.3.4 SA管理
• 4.3.5 密钥与MAC管理
• 4.3.6 安全相关的切换优化支持
• 4.3.7 确定与执行安全相关的切换优化过程
• 4.4 模块调试方案及结果
• 4.4.1 EAP认证子模块调试
• 4.4.2 SA TEK三次握手子模块调试
• 4.4.3 TEK交换子模块调试
• 4.5 准入控制模块内核态移植方案
• 4.6 准入控制模块问题的分析与解决
• 4.6.1 用户信息检索时间较长的问题与解决
• 4.6.2 安全相关的切换优化问题
• 4.6.3 EAP认证方式选取问题
• 第五章 802.16系统安全子层加解密模块的设计与实现
• 5.1 模块概述
• 5.1.1 模块功能
• 5.1.2 模块接口
• 5.2 模块设计
• 5.3 模块实现
• 5.3.1 AK生成方法
• 5.3.2 KEY/MAC KEY生成方法
• 5.3.3 TEK生成方法
• 5.3.4 数据加密解密方法
• 5.3.5 密钥加密解密方法
• 5.4 模块调试方案及结果
• 5.4.1 密钥生成调试
• 5.4.2 数据/密钥加密解密调试
• 5.5 硬件加解密实现方案
• 5.6 加解密模块问题的分析与解决
• 5.6.1 内核态加解密接口封装调试问题与解决
• 5.6.2 数据加密密钥安全性的问题与解决
• 5.6.3 MSK安全性问题
• 第六章 结束语
• 6.1 论文总结
• 6.2 展望
• 参考资料
• 缩略语
• 致谢