對(duì)無(wú)線IC卡傳輸數(shù)據(jù)實(shí)行3DES加密

　　在STC單片機(jī)內(nèi)部的EEPROM中需要存儲(chǔ)兩種密碼，一種是讀取M1卡時(shí)需要驗(yàn)證的物理密碼，另一種是3DES算法用到的加密、解密的邏輯密碼，M1卡的物理密碼一般是12個(gè)字節(jié)，3DES算法的邏輯密碼是16個(gè)字節(jié)。當(dāng)需要往M1卡中寫入數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)把事先存儲(chǔ)在STC15單片機(jī)的EEPROM中16字節(jié)邏輯密鑰讀取到password^[16]數(shù)組中，然后把要寫入M1卡中的數(shù)據(jù)按照8個(gè)字節(jié)一組進(jìn)行3DES算法加密，當(dāng)達(dá)到16個(gè)字節(jié)后寫入用戶指定的扇區(qū)塊中，如果加密數(shù)據(jù)不夠8個(gè)字節(jié)，按照約定進(jìn)行補(bǔ)零以滿足3DES算法要求。當(dāng)單片機(jī)控制射頻芯片驗(yàn)證物理密碼并讀取到M1卡中的數(shù)據(jù)后，按照8個(gè)字節(jié)一組進(jìn)行3DES算法解密，并把解密后的明文數(shù)據(jù)返回給用戶。如果不知道3DES算法的16位邏輯密鑰，即使非法讀取到了M1卡中的數(shù)據(jù)也無(wú)法得到其明文，從而達(dá)到了防止數(shù)據(jù)被破解的目的。

　　如果得到了卡中的密文，盡管無(wú)法得到其明文，但是攻擊者可以對(duì)卡進(jìn)行完全復(fù)制，包括復(fù)制第0扇區(qū)第0塊的卡序列號(hào)等信息(如UID卡即可修改其0扇區(qū)第0塊的內(nèi)容)，為了防止攻擊者對(duì)M1卡中的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制到另一張M1卡中，需要在STC單片機(jī)的EEPROM或者外部存儲(chǔ)器中建立一個(gè)存儲(chǔ)卡序列號(hào)和時(shí)間戳的系統(tǒng)表，卡序列號(hào)和時(shí)間戳各占4個(gè)字節(jié)。每當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)卡進(jìn)行一次操作之后，就要在卡中和系統(tǒng)表中都寫入新的時(shí)間戳，當(dāng)兩張完全一樣的復(fù)制卡先后被系統(tǒng)讀取到之后，由于系統(tǒng)在先被讀取的復(fù)制卡中寫入了新的時(shí)間戳信息，從而把另一張復(fù)制卡標(biāo)識(shí)為非法卡，也就是說(shuō)，無(wú)論攻擊者復(fù)制了多少?gòu)埻耆嗤目?，只有最先被系統(tǒng)讀取到那一張能正常使用，從而，防止了卡被復(fù)制。時(shí)間戳是STC單片機(jī)從DS1302中讀取出來(lái)的年、月、日、時(shí)、分、秒之后經(jīng)過(guò)相應(yīng)的移位操作而合成的一個(gè)四字節(jié)無(wú)符號(hào)變量。時(shí)間戳的合成方法如圖4所示。系統(tǒng)處理總體流程圖如圖5所示。

　　根據(jù)圖4所示，時(shí)間戳的合成算法可以用以下語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)：

　　ts = ((INT32U)yr << 26) | ((INT32U)month << 22) | ((INT32U)day << 17);

　　ts |= ((INT32U)hr << 12) | ((INT32U)min << 6) | (INT32U)sec;

　　時(shí)間和日期也可以由單片機(jī)系統(tǒng)的定時(shí)器或者其他方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)測(cè)試

　　為了對(duì)STC單片機(jī)在3DES算法加密、解密數(shù)據(jù)的正確性和運(yùn)算能力進(jìn)一步分析，對(duì)STC單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。在STC單片機(jī)RAM中建立一個(gè)容量為1K字節(jié)的數(shù)組test3des[1024]，并給它賦初始值，調(diào)用TripleDes函數(shù)進(jìn)行加密，并通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)顯示出來(lái);把加密后的數(shù)據(jù)重新賦值給數(shù)組test3des[1024]，調(diào)用TripleDes函數(shù)進(jìn)行解密，并發(fā)串口顯示，實(shí)際測(cè)試證明3DES算法是正確的?？紤]到STC單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行速度較低，如果讓STC單片機(jī)對(duì)加密、解密速度進(jìn)行計(jì)算并處理，勢(shì)必會(huì)影響到結(jié)論的準(zhǔn)確性，為此，使用VC++編寫上位機(jī)軟件配合3DES算法處理速度測(cè)試。在STC單片機(jī)調(diào)用3DES算法加密、解密數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)單片機(jī)串口發(fā)送到上位機(jī)一個(gè)開(kāi)始命令，上位機(jī)軟件啟動(dòng)精密計(jì)時(shí)，等STC單片機(jī)處理完數(shù)據(jù)時(shí)再給上位機(jī)軟件發(fā)送一個(gè)結(jié)束命令，上位機(jī)軟件停止計(jì)時(shí)，通過(guò)單片機(jī)處理的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)和計(jì)時(shí)時(shí)間可以計(jì)算出STC單片機(jī)調(diào)用3DES算法加密、解密數(shù)據(jù)的速度。STC單片機(jī)在不同晶振頻率下3DES算法加密、解密測(cè)試對(duì)照表如表1所示。平均加密或解密時(shí)間是經(jīng)過(guò)10次測(cè)試取其平均值。

　　從表1的數(shù)據(jù)可知：在STC單片機(jī)運(yùn)行在典型工作頻率22.1184MHz的情況下，3DES算法加密、解密的平均速度約為308.7bit/s，加密或解密M1卡一個(gè)塊數(shù)據(jù)(16個(gè)字節(jié))用時(shí)約為0.41s，完全達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用的條件，而且，隨著所選用單片機(jī)或微處理器運(yùn)行速度的提高，所用時(shí)間會(huì)更少。

4 結(jié)論

　　通過(guò)分析3DES算法原理和防復(fù)制方法，在較低配置的STC單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了3DES加密算法，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，得到了實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，證明了3DES算法在非接觸式M1卡中應(yīng)用的可行性，這對(duì)保障RFID卡信息安全性和保密性具有重要的作用，在實(shí)際應(yīng)用中也具有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]錢曉華.基于RFID系統(tǒng)的信息安全技術(shù)研究[D].江蘇：南京郵電大學(xué)，2013，02

　　[2]單承贛等.射頻識(shí)別(RFID)原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014，07

　　[3]宏晶科技公司.STC15L2K32S2系列單片機(jī)器件手冊(cè)[P].2013，09

　　[4]上海復(fù)旦微電子股份有限公司.FM1702SL芯片使用手冊(cè)[P].2009

　　[5]丁顯信.DES算法的硬件實(shí)現(xiàn)方法研究及FPGA實(shí)現(xiàn)[D].青島：青島科技大學(xué)，2013

　　[6]王素琴，林平分.非接觸式智能卡中DES/3DES協(xié)處理器的設(shè)計(jì)[J].科技信息，2013(05)

　　[7]趙澤茂等.信息安全技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2009，02

　　[8]Philips Semiconductors.Standard Card IC MF1 IC S50 Functional Specification[P].2008