數(shù)據(jù)加密技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用
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2 嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)加密技術(shù)的特點
所謂數(shù)據(jù)加密技術(shù)是指將信息(或稱明文)經(jīng)過加密鑰匙及加密函數(shù)轉(zhuǎn)換，變成無意義的密文，而接收方將此密文經(jīng)過解密函數(shù)、解密鑰匙還原成明文的技術(shù)。
數(shù)據(jù)加密技術(shù)要求只有在指定的用戶或網(wǎng)絡(luò)下，才能解除密碼而獲得原來的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)發(fā)送方和接收方都需要一些特殊的信息用于加解密，這就是所謂的密鑰(或加密算法)。密鑰分為專用密鑰和公開密鑰兩種。嵌入式系統(tǒng)中用戶端的密鑰存儲在硬件設(shè)備中，因數(shù)據(jù)存儲芯片在硬件上設(shè)置有加密機制，無法被讀取或破譯，因此采用專用密鑰這種簡單的形式即可滿足要求。
在嵌入式系統(tǒng)中，“遠程控制端”的密鑰由遠程控制人員掌握，“用戶端”的密鑰存儲在嵌入式系統(tǒng)中，用戶無法得到密鑰數(shù)據(jù)，就無法破解密文數(shù)據(jù)，從而無法擅自設(shè)置嵌入式設(shè)備中需要保護的工作參數(shù)和工作狀態(tài)。
根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特點及加密技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境，應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)時，數(shù)據(jù)加密具有以下幾個特點：
(1)加密算法要簡單且容易在MCU上實現(xiàn)，占用的字節(jié)數(shù)要盡可能少；
(2)應(yīng)具有較高的加密強度。如果用戶有多臺設(shè)備，就有機會獲得多套密文數(shù)據(jù)。由于設(shè)備和密文數(shù)據(jù)都處于用戶掌控之下，如果加密強度不夠，密文數(shù)據(jù)將很容易被破解，并被非法應(yīng)用到其他設(shè)備；
(3)加密技術(shù)應(yīng)能識別密文數(shù)據(jù)是否被非法篡改，以防止用戶更改數(shù)據(jù)后再在設(shè)備上試驗，進而逐步掌握密文數(shù)據(jù)的加密規(guī)則；
(4)密文數(shù)據(jù)中應(yīng)包含設(shè)備序列號信息，以防止數(shù)據(jù)被非法應(yīng)用到其他設(shè)備。
3 數(shù)據(jù)加密的實現(xiàn)方法
下面介紹的數(shù)據(jù)加密方法已成功應(yīng)用薊某嵌入式設(shè)備中。其基本過程是，先把被加密數(shù)據(jù)通過“置換表”法、數(shù)據(jù)字節(jié)運算等加密算法進行加密處理，再把加密后的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的規(guī)則隨機地插入到一隨機數(shù)序列中，同時把該數(shù)據(jù)在數(shù)列中的存儲地址插入該數(shù)列的某規(guī)定位置。操作完成后再對該數(shù)列采用“置換表”法進行數(shù)據(jù)置換，并采用循環(huán)冗余校驗技術(shù)分段計算數(shù)列的校驗和，并把校驗和插入數(shù)列的規(guī)定位置。該方法加密強度高，代碼量少，運算量小，隨機存儲器需求量小，適合應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中。
3．1 數(shù)據(jù)加密方法
在加密數(shù)據(jù)前，首先產(chǎn)生一隨機數(shù)序列X[i]，其中iN，N為數(shù)組長度(單位為B)，其大小可根據(jù)原始數(shù)據(jù)的數(shù)量、加密強度、嵌入式系統(tǒng)的存儲和處理能力等綜合考慮后確定。
在加密過程中，原始數(shù)據(jù)通過二次尋址的方式插入隨機數(shù)列，這樣數(shù)據(jù)在數(shù)列中的存儲位置可以是隨機的，被加密數(shù)據(jù)的存儲地址是相對固定的。數(shù)據(jù)二次尋址方式原理示意圖如圖3所示。圖中，每次加密操作時原始數(shù)據(jù)0x7E的存儲位置是隨機的，本次加密操作時其存儲地址0x01C2存儲在0x00D9和0x01D8兩個字節(jié)中。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/148137.htm
假設(shè)某數(shù)據(jù)d在隨機數(shù)列中的存儲位置為md(雙字節(jié))，地址md為小于N的隨機數(shù)，md在隨機數(shù)列中的存儲位置為nd'(高字節(jié))和kd'(低字節(jié))，則原始數(shù)據(jù)d可表述為：
為提高加密強度，數(shù)據(jù)d的存儲地址的存儲地址nd'和kd'是偽隨機的，每次加密操作時，其值將分別在地址空間Jnd±F，Jkd±F的范圍內(nèi)變化，其中，Jnd，Jkd分別為數(shù)據(jù)d存儲地址的高、低字節(jié)的存儲基地址，F(xiàn)為存儲地址最大偏移量。這3個量都是事先定義好的。為簡化算法的復雜程度，降低算法對隨機存儲器的需求，所有原始數(shù)據(jù)基地址的最大偏移量可以設(shè)置成相等。
加密操作時基地址偏移量的具體值，f隨機，由隨機數(shù)列中某些元素通過規(guī)定的算法運算得到：
f隨機=F1(X[xa]，…，X[xb]) (2)
式中：xa，…，xb分別為小于N的固定值；F1表示運算規(guī)則。運算規(guī)則可以采用求和再取低幾位、取反求和等各種規(guī)則，但要保證運算結(jié)果f隨機F。為簡化加密過程，可以在隨機數(shù)列中規(guī)定某段數(shù)據(jù)專門用于產(chǎn)生基地址偏移量。
考慮到f隨機，則式(1)變?yōu)椋?br />
式中：Jnd，Jkd分別是數(shù)據(jù)nd'和kd'在隨機數(shù)列X[i]中的基地址；f隨機是本次加密操作的地址偏移量。
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