一種基于ATSHA204的密鑰認證系統設計

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4.2 軟件設計

系統運行原理圖如圖2所示，在ATmega128平臺上面，通過程序的方式實現SHA-256算法，同時，將challenge(消息摘要)發送到ATSHA204 ATSHA204計算好之后，發回response，再在ATmega128平臺上面實現對比，如果匹配成功，則程序繼續運行，如果失敗，則程序終止運行，從而實現加密的目的。通信方式采用基礎的I2C通信。整個程序包括兩部分：認證程序沒計和SHA-256程序設計。下面分別描述。

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4.2.1 MAC(消息認證)程序設計

MAC認證程序使用上面提及的標準的TWI讀寫函數接口，通過發送0x00信號使SDA保持一段時間的低電平信號，以wakeup加密芯片、chal lenge數組中的格式和response數組的大小詳見datasheet。基本函數流程如下：

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4.2.2 ATmega128平臺SHA-256計算程序

SHA-256計算程序需要和ATSHA204芯片上面的哈希算法保持一致，因此需要移植Atmel公司提供的算法，移植之后的主程序如下：

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函數形參中的message指針指向一個88字節的輸入數組，len的值本設計中賦值88，digest指針指向返回的response數組。

4.3 功能測試

為了測試系統的可行性，驗證哈希計算結果，本設計采用將哈希計算結果輸出到串口端的方法來測試整個程序在ATmega128平臺上面的運行。在實際系統運行時，為了保證高強度加密，消息摘要應該采用隨機數，但為了測試方便，暫時采用固定不變的摘要信息。

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通過串口接收到的主機計算的結果(digest)和ATSHA204發送回來的結果截圖如圖3所示。圖中前32字節為SHA-256計算所得的digest，后面為device發回來的count(1字節)+response(32字節)+crc(2字節)，可以看出中間的32字節和SHA-256計算所得相同，因此便可認證成功。反之，如果芯片中的密鑰數據不是用戶定義的。那么返回的response和SHA-256計算的不同，則認證不成功，從而實現了程序加密。

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5 測試

為了更好地驗證加密系統的可靠性與可行性，在測試認證基本功能之后，將其嵌入到一個實際系統中，對加密性能進行測試。基于已有的ATmega128硬件平臺，選取SD卡文件系統讀取程序作為測試，系統的運行流程如圖4所示。

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本系統采用開源的Fatfs文件系統作為SD卡的文件系統，SD卡與ATmega128的通信方式采用傳統的SPI方式，SD卡中存放已經轉換好的單色分辨率為128×64的位圖bin文件，認證部分只作為一個具有返回值的子函數，根據返回值確定是否成功。

如果成功，則程序繼續執行;如果不成功，延時1 s再次啟動加密芯片進行認證。如果成功，則視同認證成功;如果還是不成功，則通過液晶顯示屏提示不成功，使用assert語句終止程序。

測試中采用置換不同配置的加密芯片來測試加密的可靠性，認證成功和失敗時的情況分別如圖5和圖6所示。

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結語

本文主要介紹了Atmel公司最新加密芯片ATSHA204的原理和使用方法，初步對其中使用到的加密算法SHA-256進行了簡單介紹，最后在ATmega128平臺使用I2C總線接口模塊，利用中斷方式實現SD卡的數據發送與接收，并通過MAC方式實現了認證，并詳細描述了程序流程，解析了部分程序語句。本設計具有很強的實用性，ATSHA204是目前廣泛使用的加密芯片，是Atmel公司加密芯片的典型產品，本設計對于指導實際應用具有參考意義。