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簡(jiǎn)述CCM加密模式

cc 加密算法

在之前的文章中，我們了解了很多加密算法。但在密碼學(xué)中，除了單一的加密算法，還有利用不同的加密算法組成的算法模式。下面我們就來(lái)了解一下CCM加密模式。

CCM加密模式簡(jiǎn)介

CCM（Counter with Cipher Block Chaining-Message Authentication Code）是CBC-MAC與CTR的組合，可同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密及認(rèn)證，它基于對(duì)稱密鑰分組加密算法，分組大小 128bits，因此 CCM 可以用于 AES，但是不能用于DES、3DES（分組大小為64bits）。CCM模式也可以認(rèn)為是分組加密算法的一種模式。

CCM首先使用CBC-MAC模式對(duì)傳輸幀進(jìn)行認(rèn)證，然后使用CTR模式進(jìn)行數(shù)據(jù)的加密。

在數(shù)據(jù)通信中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包由兩部分組成，分別是數(shù)據(jù)包頭和用戶數(shù)據(jù)）。用戶數(shù)據(jù)一般需要加密以防止竊聽，但是傳輸路上的設(shè)備（路由器、交換機(jī)等）則往往需要數(shù)據(jù)包頭以保證數(shù)據(jù)包能夠正確的送到目的地，因此對(duì)數(shù)據(jù)包頭不能加密。

CCM加密模式

CCM的加密流程

  1. 通過(guò)格式化函數(shù)將N（IV值）, A（關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)）, P（明文）數(shù)據(jù)格式化為 B0，B1，…，Br等128bit的數(shù)據(jù)塊（Br可以是非128bit對(duì)齊的塊）；
  2. 對(duì)第0個(gè)數(shù)據(jù)塊B0加密，得到密文塊Y0；
  3. 依次加密后面的所有數(shù)據(jù)塊：For i=1 to r, Yi=CIPHK(Bi⊕Yi-1)；
  4. 取 Yr 的高T len字節(jié)作為Tag值，記為T ，此值就是MAC值；
  5. 通過(guò)計(jì)數(shù)發(fā)生器，依次生成Ctr0，Ctr1，…，Ctrm，其中m=(Plen+127)/128；
  6. For j=0 to m, do Sj=CIPHK(Ctrj)），對(duì)Ctrj數(shù)據(jù)塊依次進(jìn)行加密，得到Sj；
  7. 將S1、S2，…，Sm拼接在一起，得到S，S=S1||S2||…||Sm（拼接的時(shí)候不包含S0）；
  8. C=(P⊕MSBPlen(S))||(T⊕MSBTlen(S0))。

CCM加密模式

CCM加密流程總結(jié)

  • 首先將數(shù)據(jù)N，A，P格式化成block塊，分別對(duì)各個(gè)塊進(jìn)行加密，取最后一個(gè)“密文塊”的高Tlen字節(jié)作為Tag值，至此CCM方法計(jì)算的MAC值已經(jīng)得到了；
  • 通過(guò)“計(jì)數(shù)生成函數(shù)”生成各Ctr0，Ctr1?… Ctrm值（生成器的種子就是nonce），然后分別對(duì)各個(gè)Ctrx值進(jìn)行加密，得到密文Sx，將S1，S2?… Sm拼接組成S（S0）；
  • 最后得到密文，密文是P和T按照一定的形式進(jìn)行的拼接；
  • CCM的加密過(guò)程是“先計(jì)算MAC，再進(jìn)行加密”，符合“MTE”的模式。

CCM的解密和認(rèn)證

CCM的解密流程其實(shí)就是加密流程的逆操作，下面簡(jiǎn)單來(lái)了解一下認(rèn)證的過(guò)程。

  • 如果CLen<Tlen，這很顯然是不合理的情況，所以直接返回認(rèn)證失??；
  • 執(zhí)行計(jì)數(shù)器生成函數(shù)，初始計(jì)數(shù)器和上文保持一致；
  • 然后對(duì)消息進(jìn)行CTR模式的解密得到明文，到這里解密階段完成，這里最后一個(gè)分組解密之后即為消息認(rèn)證碼，注意這個(gè)分組需要和Ctr0加密之后的結(jié)果異或得到T；
  • 密文是P和T按照一定的形式進(jìn)行的拼接，按照上面加密過(guò)程重新拼接成需要認(rèn)證的消息，計(jì)算MAC值，對(duì)比MAC是否一致。

CCM加密模式

CCM的應(yīng)用

CCM是CTR加密模式和CMAC認(rèn)證算法的混合使用，常用在需要同時(shí)加密和認(rèn)證的領(lǐng)域，比如WiFi安全中的WPE協(xié)議，它使用了AES-CCM模式。

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