基于ARM的3DES加密算法實現(xiàn)

在3DES加密算法中，加密過程用兩個不同的密鑰K1和K2對一個分組消息進(jìn)行三次DES加密。首先使用第一個密鑰進(jìn)行DES加密，然后使用第二個密鑰對第一次的結(jié)果進(jìn)行DES解密，最后使用第一個密鑰對第二次的結(jié)果進(jìn)行DES加密。

解密過程首先使用第一個密鑰進(jìn)行DES解密，然后使用第二個密鑰對第一次的結(jié)果進(jìn)行DES加密，最后再使用第一個密鑰對第二次的結(jié)果進(jìn)行DES解密。

DES算法的密鑰長度是56位，三重DES算法的密鑰長度是112位，加密強度顯著增強，可以很好地應(yīng)付各種攻擊，目前尚沒有可行的攻擊方法，應(yīng)用3DES的加密系統(tǒng)具有很大的實用價值。

2 基于ARM的硬件實現(xiàn)
根據(jù)滿足3DES算法和一般嵌入式應(yīng)用的需求，在此設(shè)計了一個基于ARM微處理器的嵌入式系統(tǒng)。以三星S3C2410處理器作為系統(tǒng)的核心，用嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)。加密的數(shù)據(jù)可以存放于NAND FLASH等存儲介質(zhì)上，加密后的結(jié)果可以通過液晶屏直觀地顯示出來，實現(xiàn)用戶交互。在此設(shè)計過程中，難點是圖形顯示與加密函數(shù)的實現(xiàn)。這里通過移植MiniGUI，并在其上開發(fā)顯示程序，完成了兩者之間的聯(lián)系，實驗結(jié)果給出了3DES算法的演示效果。整個系統(tǒng)的具體實現(xiàn)如下。
2．1 系統(tǒng)設(shè)計框圖
系統(tǒng)的核心部分是ARM微處理器，由ARM微處理器和其他一些功能單元構(gòu)成了完整的嵌入式系統(tǒng)。這里的ARM微處理器選為基于ARM920T核心的S3C2410處理器芯片，其工作頻率最高達(dá)200 MHz；外圍包括64 MB的NAND FLASH和64 MB的RAM、鍵盤接口、串口、CPLD譯碼單元、網(wǎng)絡(luò)單元、語音單元、LCD及觸摸屏等。上述部件共同構(gòu)建了嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺。系統(tǒng)核心框架如圖3所示。
2．2 操作系統(tǒng)移植
該系統(tǒng)建立在嵌入式Linux系統(tǒng)之上，因此首先要移植Linux系統(tǒng)到ARM處理器上。嵌入式Linux是按照嵌入式操作系統(tǒng)要求設(shè)計的一種小型操作系統(tǒng)。一由一個內(nèi)核以及一些根據(jù)需要進(jìn)行定制的系統(tǒng)模塊組成。
要構(gòu)建運行環(huán)境，首先移植BootLoader到嵌入式系統(tǒng)中，通過BootlLoader可以完成對系統(tǒng)板上的主要部件，如CPU，SDRAM，F(xiàn)LAsH、串行口等進(jìn)行初始化。分配內(nèi)存空間的映射，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。Linux內(nèi)核采用了穩(wěn)定版的linux-2．4．18內(nèi)核。該系統(tǒng)采用Cramfs文件系統(tǒng)，Cramfs被設(shè)計為簡單較小的只讀可壓縮文件系統(tǒng)，因此很適合用作嵌入式的文件系統(tǒng)?？梢岳霉ぞ哕浖﨎usyBox和Mkcramfs制作Cramfs文件系統(tǒng)。做好文件系統(tǒng)后下載到開發(fā)板上，可以看到Linux系統(tǒng)運行正常。
2．3 MiniGUI圖形界面顯示
MiniGUI是針對嵌入式設(shè)備，跨操作系統(tǒng)的圖形界面支持系統(tǒng)，MiniGUI為實時嵌入式操作系統(tǒng)提供了非常完善的圖形及用戶界面支持。MiniGUI小巧、靈活且對中文的支持性最好。從技術(shù)架構(gòu)上看，MiniGUI包括幾個模塊：輸入抽象層、輸出抽象層、消息模塊、窗口模塊、圖形設(shè)備接口模塊及．MiniGUI組件。
要想使MiniGUI能在本硬件系統(tǒng)上執(zhí)行，需要移植MiniGUI到S3C2410開發(fā)平臺。首先，安裝交叉編譯鏈，下載相關(guān)資源：libminigui-1．3．4．tar．gz，minigui-res-1．3．3．tar．gz，經(jīng)過相應(yīng)的配置和交叉編譯后就可以把相應(yīng)的庫拷貝到Cramfs文件系統(tǒng)的目錄，重新用Mkcramfs工具制作文件系統(tǒng)。對于應(yīng)用程序，只需要經(jīng)過交叉編譯后執(zhí)行可執(zhí)行程序即可。
該系統(tǒng)利用MiniGUI圖形界面作為3DES的演示輸出。消息機制是MiniGUI運行的基礎(chǔ)，應(yīng)用程序通過接收消息與外界交互。消息由系統(tǒng)和應(yīng)用程序產(chǎn)生，比如創(chuàng)建窗口時系統(tǒng)會產(chǎn)生MSG_CREAT消息，用戶在窗口中的各種操作都會產(chǎn)生一系列相應(yīng)消息。系統(tǒng)采用了邏輯字體輸出，建立邏輯字體的函數(shù)為Create-LogFont，設(shè)置設(shè)備hdc實用指定邏輯字體的函數(shù)為SelectFont。用TextOut作為輸出，部分主函數(shù)如下：

其中調(diào)用的show(hdc)是3DES加密算法的具體實現(xiàn)。實驗的簡單演示結(jié)果如圖4所示。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)正確的加密和解密功能，因此可以用基于ARM的嵌入式3DES加密系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，保證信息的安全。采用這種嵌入式微處理器的方法實現(xiàn)起來簡單，體積小，易于移植到其他系統(tǒng)中，與采用FPGA的方法相比，實現(xiàn)起來靈活，系統(tǒng)復(fù)雜度低。

3 結(jié) 語
在此結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的特點及3DES加密算法，實現(xiàn)了基于ARM的3DES的加密算法的系統(tǒng)設(shè)計，詳細(xì)闡述了3DES算法原理及加密系統(tǒng)的實現(xiàn)過程，并給出了演示結(jié)果。此系統(tǒng)具有方便、靈活、體積小，可定制等特點，因此在實際應(yīng)用中有一定的參考意義。