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摘要：单片机系统产品的加密和解密技术永远是一个矛盾的统一体。然而，为了更好的保护好自己的单片机技术成果和知识产权，加大解密成本，研究新型加密技术仍是保护成果的主要手段之一。文中在讨论了传统的单处系统加密和解密技术的基础上，提出了一种实用而有效的动态加密技术的实现方案。 关键词：单片机系统 动态加密技术 FPGA 1 概述 随着单片机技术的发展和广泛应用，许多使用单片机的高新技术产品诸如智能化仪器、仪表、小型工业控制系统等都面临着一个令人头痛的问题，那就是新产品刚一推出就被仿制和剽窃。这种现象会使产品开发商蒙受很大损失，同时也极大地挫伤了开发商的积极性。创新开发是一个公司竞争力的关键，如何保护好自己的劳动成果，除用法律手段外，在产品面市前作好加密是一个必不可少的环节。 单片机系统一般都采用MCU+EPROM模式。通常EPROM都是透明的，而采用的MCU一般有Intel公司的MCS51、52系列，Zilog公司的Z80、Z84系列、Motorola公司的MC68HC系列以及Microchip公司的PIC16C系列等。虽然有许多的MCU都带有加密位，但现在已大多能破解。因此，单靠MCU本身加密位来进行加密已极不可靠的。 2 常用加密技术分析 常用的单片机加密技术无非是硬件加密和软件加密两种。软件加密不能防止别人复制，只能增加别人解剖分析的难度，但对高手而言，这不足为虑。所以，这里讨论的加密主要是硬件加密。总结起来，主要是以下三大类。 1 总线乱置法 总线乱置法通常是将MCU和EPROM之间的数据线和地址线的顺序乱置。总线乱置法通常包括下面几种： (1)将数据或地址总线的某些线位交换或求反； (2)将数据或地址总线中的某些线进行异或。例如，D5'=D5，D6'=D5+6等； (3)把(1)(2)结合起来以构成较复杂的电路； (4)采用EPROM时，把地址总线（或数据总线）与系统程序的存储器地址（或数据）的对应关系按密钥交换。例如，用一片2764芯片存储密钥，把地址的高8位重新按密钥编码，也就是说，把原程序的页号顺序打乱； (5)采用GAL器件，利用GAL的加密片来对硬件电路进行加密。 2 RAM替代法 用电池对RAM进行掉电数据保护。即先将一系列数据写入RAM并接上电池，然后将其余的芯片插上。这样，当单片微机系统运行后，CPU首先从RAM读出数据，这些数据可以是CPU执行程序的条件判别依据，也可以是CPU将要执行的程序。如果数据正确，整个系统正常运行。反之，系统不能运行。 3 利用MCU本身的加密位进行加密 现在很多的MCU都带有加密位，其中最成功的加密方法是总线烧毁法，此法在AT89C51中运行用得最成功。即把单片机数据总线的特定I/O永久性地破坏，解密者即使擦除了加密位，也无法读出片内程序的正确代码。此外还有破坏EA引脚的方法。 一般来说，上述的加密方法各有优点，但都存在致命的缺点：第一种方法有两个主要缺点：一是密钥放在哪里才能不被破译；二是用仿真器很容易就能把源程序截取出来。第二种方法同样可以用仿真器把数据区调出来，另外还可以把RAM接上电池，取下来放在仿真器上读出来。第三种方法用来加密小程序是成功的，但由于总线已被破坏，因而不能再使用总线来扩展接口芯片和存储器。同时，片内存储器也不再具有重复编程特性。 3 常用解密方法分析 加密和解密长期以来就是一对矛盾。要做好加密，必须先了解现在的解密水平及手段。目前的解密手段大致可分为下面四种。 1 恢复加密位法 该方法能破解常规用E2COMS工艺的存储加密位芯片。它包括两个系列： 第一是MCU系列，例如MCS51系列（包括89C、97C、W78E/77E系列等）、Z84E系列、PIC16C/12C系列、MC68HC系列等。 第二是PLD，如CPLD的GAL，PALCE的16V8、20V8、22V10，Altera的EPM7032、 EMP7064、EMP7128，Lattice的LSP1016、LSP1024和Atmel的ATV750/2500等。 2 逻辑分析法 该方法主要采用示波器、逻辑分析仪和MDU解密仪等分析工具分配一些逻辑较简单的可编程器件的逻辑功能。 3 仿真器软件跟踪分析法 此方法适用于破解一些未带加密功能的单片机系统（如8031，Z80等系统），而对于有加密功能的单片机系统，则可先破解其单片机的源程序，然后进行仿真分析。 4 芯片揭盖分析法 现在市场上十万门以下的芯片多功能通过揭盖来进行逆向分析，但此破解法费用甚高。此法适用于破解专门的ASIC芯片。 综上所述，一般芯片及常规加密手段很难实现有效加密。严格来说，要做到绝对的加密是不可能的。选好适当的芯片，采用合适的加密技术，使仿制者面对需付高昂的解密费而却步，那就意味着加密工作的成功。 4 动态加密技术原理 动态加密技术的主要思路是：在程序看到的是虚地址，而虚地址对应的存储器的实地址由CPU程序运行时通过FPGA赋予。其原理如图1所示。 举例说明，若调用子程序CALL Function时，对应于同一个子程序调用，第一次调用的是真正的Function，绝对地址可能在1000H。而在第二次调用Function时，实地址可能是2000H，功能可能根本与Function不相同，这样，只要在调用前把实地址通过软件置进去就可以了。因此可以通过连续表面调用同一个子程序Function，而实际则是分别调用几个不同的子程序来实现加密。至于虚地址映射到何处的实地址，可由编程者自己安排，故只需在调用前输出实地址的对应关系即可。这种软件与硬件相结合、虚地址与实地址相结合的加密方法使破解者即使获得源程序也极难分析出对应关系。 但这种动态加密技术也有漏动，如很难对付仿真器单步跟踪分析，因此，须做进一步个性。改进的方法之一是在FPGA内设计一个计数器，并由CPU定时清零，否则一旦超过时限，FPGA将停止一切操作而使CPU无法运行，就更不用说仿真了。改进方法之二是在FPGA内做一密，并由CPU运行足够长的时间后去访问FPGA，以读取密码并比较，若出错则由CPU破坏主内存RAM的内容，从而导致所有结果出错。用这种方法足可以对付逻辑分析仪的跟踪分析。 对于数据加密，可采用与密钥逻辑异或的方法。对于这种方法密钥以及动态加密技术的逻辑函数都必须放在一个较难破译的芯片上。鉴于对芯片解密技术的了解，笔者推荐使用Actel公司生产的42MX系列的FPGA来进行一次性编程，该芯片不可读出码点文件，市场上无法破解。同时，其资源也极为丰富，设计工具完整，且用VHDL语言极易实现各种功能。 5 结束语 随着单片机系统越来越广泛的，其安全保密问题也越来越受到重视。密码学为其提供了正确的理论基础。同时，性能优良的硬件是实现其安全保密的物质基础。二者缺一不可。加密解密长期以来就是一对矛盾，解密技术随着科学技术的发展不断创新。因此，只有对解密技术有了深刻的了解，才能做好加密工作，从在则确保产品的安全。 
毕业论文总结 2007年3月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。3月初，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，是：8031单片机控制LED显示屏设计。当选题报告，开题报告定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。我将这一困难告诉了导师，在导师细心的指导下，终于使我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在学校图书馆，大工图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。4月初，资料已经查找完毕了，我开始着手论文的写作。在写作过程中遇到困难我就及时和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。4月底，论文的文字叙述已经完成。5月开始进行相关图形的绘制工作和电路的设计工作。为了画出自己满意的电路图，图表等，我仔细学习了Excel的绘图技术。在设计电路初期，由于没有设计经验，觉得无从下手，空有很多设计思想，却不知道应该选哪个，经过导师的指导，我的设计渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立系统方案。方案中LED显示屏行、列驱动电路的设计是个比较头疼的问题，在反复推敲，对比的过程中，最终定下了行驱动电路采用74LS154译码器，列驱动电路采用74HC595集成电路。当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业论文的制作过程是我的一次再学习，再提高的过程。在论文中我充分地运用了大学期间所学到的知识。我不会忘记这难忘的3个多月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计电路图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多单片机、LED显示屏的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今单片机、LED显示屏的最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。 文秘杂烩网
信息安全的密码学与密匙管理 一 摘要： 密码系统的两个基本要素是加密算法和密钥管理。加密算法是一些公式和法则，它规定了明文和密文之间的变换方法。由于密码系统的反复使用，仅靠加密算法已难以保证信息的安全了。事实上，加密信息的安全可靠依赖于密钥系统，密钥是控制加密算法和解密算法的关键信息，它的产生、传输、存储等工作是十分重要的。 二 关键词：密码学 安全 网络 密匙 管理 三 正文： 密码学是研究编制密码和破译密码的技术科学。研究密码变化的客观规律，应用于编制密码以保守通信秘密的，称为编码学；应用于破译密码以获取通信情报的，称为破译学，总称密码学。 密码是通信双方按约定的法则进行信息特殊变换的一种重要保密手段。依照这些法则，变明文为密文，称为加密变换；变密文为明文，称为脱密变换。密码在早期仅对文字或数码进行加、脱密变换，随着通信技术的发展，对语音、图像、数据等都可实施加、脱密变换。 密码学是在编码与破译的斗争实践中逐步发展起来的，并随着先进科学技术的应用，已成为一门综合性的尖端技术科学。它与语言学、数学、电子学、声学、信息论、计算机科学等有着广泛而密切的联系。它的现实研究成果，特别是各国政府现用的密码编制及破译手段都具有高度的机密性。 密码学包括密码编码学和密码分析学。密码体制设计是密码编码学的主要内容，密码体制的破译是密码分析学的主要内容，密码编码技术和密码分析技术是相互依相互支持、密不可分的两个方面。密码体制有对称密钥密码体制和非对称密钥密码体制。对称密钥密码体制要求加密解密双方拥有相同的密钥。而非对称密钥密码体制是加密解密双方拥有不相同的密钥，在不知道陷门信息的情况下，加密密钥和解密密钥是不能相互算出的。 对称密钥密码体制中，加密运算与解密运算使用同样的密钥。这种体制所使用的加密算法比较简单，而且高效快速、密钥简短、破译困难，但是存在着密钥传送和保管的问题。例如：甲方与乙方通讯，用同一个密钥加密与解密。首先，将密钥分发出去是一个难题，在不安全的网络上分发密钥显然是不合适的；另外，如果甲方和乙方之间任何一人将密钥泄露，那么大家都要重新启用新的密钥。通常，使用的加密算法 比较简便高效，密钥简短，破译极其困难。但是，在公开的计算机网络上安全地传送和保管密钥是一个严峻的问题。1976年，Diffie和Hellman为解决密钥管理问题，在他们的奠基性的工作"密码学的新方向"一文中，提出一种密钥交换协议，允许在不安全的媒体上通讯双方 交换信息，安全地达成一致的密钥，它是基于离散指数加密算法的新方案:交易双方仍然需要协商密钥，但离散指数算法的妙处在于:双方可以公开提交某些用于运算的数据，而密钥却在各自计算机上产生，并不在网上传递。在此新思想的基础上，很快出现了"不对称密钥密码体 制"，即"公开密钥密码体制"，其中加密密钥不同于解密密钥，加密密钥公之于众，谁都可以用，解密密钥只有解密人自己知道，分别称为"公开密钥"和"秘密密钥"， 由于公开密钥算法不需要联机密钥服务器，密钥分配协议简单，所以极大地简化了密钥管理。除加密功能外，公钥系统还可以提供数字签名。目前，公开密钥加密算法主要有RSA、Fertezza、EIGama等。我们说区分古典密码和现代密码的标志，也就是从76年开始，迪非，赫尔曼发表了一篇叫做《密码学的新方向》的文章，这篇文章是划时代的；同时1977年美国的数据加密标准（DES）公布，这两件事情导致密码学空前研究。以前都认为密码是政府、军事、外交、安全等部门专用，从这时候起，人们看到密码已由公用到民用研究，这种转变也导致了密码学的空前发展。迄今为止的所有公钥密码体系中，RSA系统是最著名、使用最广泛的一种。RSA公开密钥密码系统是由RRivest、AShamir和LAdleman三位教授于1977年提出的，RSA的取名就是来自于这三位发明者姓氏的第一个字母。RSA算法研制的最初目标是解决利用公开信道传输分发 DES 算法的秘密密钥的难题。而实际结果不但很好地解决了这个难题，还可利用 RSA 来完成对电文的数字签名，以防止对电文的否认与抵赖，同时还可以利用数字签名较容易地发现攻击者对电文的非法篡改，从而保护数据信息的完整性。 在网上看到这样一个例子，有一个人从E-mail信箱到用户Administrator，统一都使用了一个8位密码。他想:8位密码，怎么可能说破就破，固若金汤。所以从来不改。用了几年，没有任何问题，洋洋自得，自以为安全性一流。恰恰在他最得意的时候，该抽他嘴巴的人就出现了。他的一个同事竟然用最低级也是最有效的穷举法吧他的8位密码给破了。还好都比较熟，否则公司数据丢失，他就要卷着被子回家了。事后他问同事，怎么破解的他的密码，答曰:只因为每次看他敲密码时手的动作完全相同，于是便知道他的密码都是一样的，而且从不改变。这件事情被他引以为戒，以后密码分开设置，采用10位密码，并且半年一更换。我从中得出的教训是，密码安全要放在网络安全的第一位。因为密码就是钥匙，如果别人有了你家的钥匙，就可以堂而皇之的进你家偷东西，并且左邻右舍不会怀疑什么。我的建议，对于重要用户，密码要求最少要8位，并且应该有英文字母大小写以及数字和其他符号。千万不要嫌麻烦，密码被破后更麻烦。 密码设的越难以穷举，并不是带来更加良好的安全性。相反带来的是更加难以记忆，甚至在最初更改的几天因为输人缓慢而被别人记住，或者自己忘记。这都是非常糟糕的，但是密码难于穷举是保证安全性的前提。矛盾着的双方时可以互相转化的，所以如何使系统密码既难以穷举又容易记忆呢，这就是门科学了。当然，如果能做到以下几点，密码的安全还是有保障的。 1、采用10位以上密码。 对于一般情况下，8位密码是足够了，如一般的网络社区的密码、E-mail的密码。但是对于系统管理的密码，尤其是超级用户的密码最好要在10位以上，12位最佳。首先，8位密码居多，一般穷举工作的起始字典都使用6位字典或8位字典，10位或12位的字典不予考虑。其次，一个全码8位字典需要占去4G左右空间，10位或12位的全码字典更是天文数字，要是用一般台式机破解可能要到下个千年了，运用中型机破解还有有点希望的。再次，哪怕是一个12个字母的英文单词，也足以让黑客望而却步。 2、使用不规则密码。 对于有规律的密码，如:alb2c3d4e5f6，尽管是12位的，但是也是非常好破解的。因为现在这种密码很流行，字典更是多的满天飞，使用这种密码等于自杀。 3、不要选取显而易见的信息作为口令。 单词、生日、纪念日、名字都不要作为密码的内容。以上就是密码设置的基本注意事项。密码设置好了，并不代表万事大吉，密码的正确使用和保存才是关键。要熟练输入密码，保证密码输人的速度要快。输人的很慢等于给别人看，还是熟练点好。不要将密码写下来。密码应当记在脑子里，千万别写出来。不要将密码存人计算机的文件中。不要让别人知道。不要在不同系统上使用同一密码。在输人密码时最好保证没有任何人和监视系统的窥视。定期改变密码，最少半年一次。这点尤为重要，是密码安全问题的关键。永远不要对自己的密码过于自信，也许无意中就泄漏了密码。定期改变密码，会使密码被破解的可能性降到很低的程度。4、多方密钥协商问题 当前已有的密钥协商协议包括双方密钥协商协议、双方非交互式的静态密钥协商协议、双方一轮密钥协商协议、双方可验证身份的密钥协商协议以及三方相对应类型的协议。如何设计多方密钥协商协议？存在多元线性函数(双线性对的推广)吗？如果存在，我们能够构造基于多元线性函数的一轮多方密钥协商协议。而且，这种函数如果存在的话，一定会有更多的密码学应用。然而，直到现在，在密码学中，这个问题还远远没有得到解决。 参考文献： [1]信息技术研究中心网络信息安全新技术与标准规范实用手册[M]第1版北京:电子信息出版社2004 [2]周学广、刘艺信息安全学[M]第1版北京:机械工业出版社2003 [3]陈月波网络信息安全[M]第1版武汉:武汉工业大学出版社2005 [4]宁蒙网络信息安全与防范技术[M]第1版南京:东南大学出版社2005
