2024年4月18日发(作者：)

HMAC认证协议的单片机实现

摘要是一种基于密钥的算法的认证协议，可以应用于电子商务领域。

我们通过国有自主知识产权的单片机032,实现了以5算法为核心的协议，

并把它调用于电话计费认证系统。

关键词03268055电话

引言

在开放的通信和计算机系统中，建立安全可靠的电子商务平台是十分重要的。

通常需要通过加密的方法对客户的有关信息，如密码、合同等加以保护，使

之不被盗取或篡改。

当客户提出服务申请时，必须对客户身份的合法性、报文的完整性进行确认。

-是一个公开的协议。

它是一种基于密钥的报文完整性的验证方法，其安全性是建立在算法基础上

的。

它要求通信双方共享密钥、约定算法、对报文进行运算，如5、、等，形成

固定长度的认证码。

通信双方通过认证码的校验来确定报文的合法性。

这个协议可以用来作加密、数字签名、报文验证等。

利用协议可以建立一个身份认证的电子商务平台，客户和服务端双方需要预

先约定唯一的公钥和加密算法；客户单方面保留自己密码作为密钥，服务端只保

留公钥和认证码。

这个认证码是密钥经协议加密得到定长码字。

当客户提出服务申请时，应提交钥和密钥的认证码。

服务端通过公钥确认客户的基本身份，再检验认证码确定客户的合法性。

这样，客户的私密信息在服务端、传输媒介中都是加密隐藏的。

我们利用服务器建立了服务端的模拟用户数据库，单片机实现客户端的加密

算法，电话线作为传输介质，实现了协议在电话计费系统中的应用。

1的算法原理

11算法定义

用公式表示如下

=,,

,代表对+的消息进行一种运算；

代表重复次的单字节十六进制常数036;

代表重复次的单字节十六进行常数05;

代表64字节的字符串，由密钥组成，不足的补0;

代表任意长度文本。

密钥≥字节。

当大于时，先经计算形成字节的秘钥是算法中一次迭代运算的数据块字节数；

是算法形成报文摘要的字节数。

协议定义了迭代两次的加密算法，最终形成报文摘要值就是认证码。

基于算法的可靠性、安全性和易于计算机实现特性，先用中的5算法实现,

其=64,=16

125算法定义

5算法以对任意长度消息多次循环迭代的散列运算，最终形成16报文摘要。

这个摘要对文本具有唯一性，可作为认证码。

在目标计算机的计算速度下，这个摘要是难于破解的。

1报文填充

5算法要求对任意长度报文进行填充，构成×64消息分组，为整数。

其中每一分组又划分为16个4字节子分组。

填充数据分2步。

首先，填充使得数据位长度恰好为×64-8的数，即在报文有效数据后补1

个01,其它补00至满足上述要求。

然后，再后补上8字节64位的报文数据长度填充前字节数。

这样，数据就被填充为64512的整数倍。

2初始化5参数

4个4字节位变量、、、用来作为报文摘要的初始值

=001234567

=089

=098

=076543210

3算法

5算法是对消息分组依次迭代

算法。

第1次运算的初始值为,以后每一次迭代运算的结果都替换作为下一次的初

始值，共经过次的迭代运算，就得到该消息的报文摘要，如图1所示。

对每一消息分组的运算方法是相同的。

首先把初始值放入变量,然后进行4轮相似的运算变换，每轮包含16次操作。

每次操作对其中的3个变量4字节做1次非线性运算，将其结果加上变量,

一个消息子分组,一个常数;将所得结果向环移一个不定的数,再加变量,然后用

该结果取代变量,变换

计算公式如下

第1轮_,,,,,,

第2轮_,,,,,,

第3轮_,,,,,,

第4轮_,,,,,,

数据交换规则,,,→,,,→,,,,→,,,

最终

其中为16个信息子包，每个4字节；为4字节常数；为左移位数；为32

位变量；初始值为

函数,,=&|&

,,=&|?

,,=

,,=|

2在电话计费上的应用

利用的认证功能，可对用户的储值卡中的金额进行保护。

在试验系统中，智能终端相当于认证系统的客户端，如图3所示。

当用户使用时，用户只须直接拨入所叫的电话号码即可。

智能终端则自动拨向服务商，待响应后，反终端序列号、主叫电话号码、认

证码一同发给服务商。

智能终端序列号相当于公钥，用户的密码就是密钥。

智能终端对密钥进行协议的加密运算自动生成认证码。

服务曾几何时接收数据码流，根据终端序列号确定用户的基本信息，再通过

数据库中存储的认证码与接收到认证码的比较，确认用户的合法身份。

如身份无误，则接通话路，计时收费。

其中第3步认证码的格式如表1所列。

表1认证码格式

引导符终端序列号电话号码*随机数认证码校验码*1021160532,高位为0,

可直接发送不可直接发送，要转化

16认证码，是经由加密得到的，其中的值、值都可以作为用户密码。

由于认证码高4为为0,所以不可以直接发送,要把4校验码排在认证码之后，

共组成132数据，一起经过串行左移转化，每3构成1组，最后形成44个

智能终端由单片机、拨号电话机、液晶显示等芯片构成。

不但要承担主控任务，还要实现的运算。

3的单片机实现

1032单片机简介

032是北京中庆公司具有独立知识产权的型,与6805系列单片机功能相似，

指令兼容。

其采用工艺，工作稳定、功耗低、采用小型表贴封装28，适合民用设备使

用。

主要特性有

*8位,兼容增强型6502指令集；

*4主频，典型取

指周期05μ

*16片内存储器。

*352片内用户,其中包括64的堆栈区；

*1个13位的多功能计数器和1个看门狗

*20个通用接口；

*1个载波调制发生器;

*保护机制；

*在线程序下载；

*2种节电模式。

引脚排列和内部模块可参见本刊网络补充版。

2算法的实现

基于单片机内部可用的大小及实际使用时可能的密码长度，在认证系统中规

定了消息长度，≤64,≤58这样在本例中，5运算的消息分组=2在单片机4主频

时，经过程序优化，完成的运算所需时间小于3详细程序网络补充版。

下面列出主要流程图。

其中5_是5运算主程序；

5_子程序是5的一个分组运算；

-、、、、分别是5运算中相应函数的子程序；

子程序完成《的功能；

子程序完成地址4组数据的交换；

常数列表于_,移位列表于_;

消息子分组顺序列表于_;

键盘程序读入存于_,存于_

标号1-4的用于中间计算。

流程如图4所示。

5算法中的一个消息分组的计算程序流程如图6所示。

作为一种认证的协议，可以用于那么需要数字签名、身份认证或报文完整性

检验等领域。

在家用电子市场、安防、电子商务方面，都有广泛的用途。

在单片机可实现认证的基础上，可以进一步把032的核与其它外围逻辑构成,

用于智能卡，将有应用前景。

在协议的基础上，加入其它成熟的加密算法，如,可以进一步提高认证的安

全性