數據加密技術在嵌入式系統中的應用
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2 嵌入式系統數據加密技術的特點
所謂數據加密技術是指將信息(或稱明文)經過加密鑰匙及加密函數轉換，變成無意義的密文，而接收方將此密文經過解密函數、解密鑰匙還原成明文的技術。
數據加密技術要求只有在指定的用戶或網絡下，才能解除密碼而獲得原來的數據，因此數據發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。嵌入式系統中用戶端的密鑰存儲在硬件設備中，因數據存儲芯片在硬件上設置有加密機制，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中，用戶無法得到密鑰數據，就無法破解密文數據，從而無法擅自設置嵌入式設備中需要保護的工作參數和工作狀態。
根據嵌入式系統的特點及加密技術的應用環境，應用到嵌入式系統時，數據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，占用的字節數要盡可能少；
(2)應具有較高的加密強度。如果用戶有多臺設備，就有機會獲得多套密文數據。由于設備和密文數據都處于用戶掌控之下，如果加密強度不夠，密文數據將很容易被破解，并被非法應用到其他設備；
(3)加密技術應能識別密文數據是否被非法篡改，以防止用戶更改數據后再在設備上試驗，進而逐步掌握密文數據的加密規則；
(4)密文數據中應包含設備序列號信息，以防止數據被非法應用到其他設備。
3 數據加密的實現方法
下面介紹的數據加密方法已成功應用薊某嵌入式設備中。其基本過程是，先把被加密數據通過“置換表”法、數據字節運算等加密算法進行加密處理，再把加密后的數據根據一定的規則隨機地插入到一隨機數序列中，同時把該數據在數列中的存儲地址插入該數列的某規定位置。操作完成后再對該數列采用“置換表”法進行數據置換，并采用循環冗余校驗技術分段計算數列的校驗和，并把校驗和插入數列的規定位置。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，適合應用到嵌入式系統中。
3．1 數據加密方法
在加密數據前，首先產生一隨機數序列X[i]，其中iN，N為數組長度(單位為B)，其大小可根據原始數據的數量、加密強度、嵌入式系統的存儲和處理能力等綜合考慮后確定。
在加密過程中，原始數據通過二次尋址的方式插入隨機數列，這樣數據在數列中的存儲位置可以是隨機的，被加密數據的存儲地址是相對固定的。數據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據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0x01D8兩個字節中。本文引用地址：http://www.104case.com/article/148137.htm
假設某數據d在隨機數列中的存儲位置為md(雙字節)，地址md為小于N的隨機數，md在隨機數列中的存儲位置為nd'(高字節)和kd'(低字節)，則原始數據d可表述為：
為提高加密強度，數據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的范圍內變化，其中，Jnd，Jkd分別為數據d存儲地址的高、低字節的存儲基地址，F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，所有原始數據基地址的最大偏移量可以設置成相等。
加密操作時基地址偏移量的具體值，f隨機，由隨機數列中某些元素通過規定的算法運算得到：
f隨機=F1(X[xa]，…，X[xb]) (2)
式中：xa，…，xb分別為小于N的固定值；F1表示運算規則。運算規則可以采用求和再取低幾位、取反求和等各種規則，但要保證運算結果f隨機F。為簡化加密過程，可以在隨機數列中規定某段數據專門用于產生基地址偏移量。
考慮到f隨機，則式(1)變為：
式中：Jnd，Jkd分別是數據nd'和kd'在隨機數列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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