嵌入式防抄版加密芯片DM2016及其應(yīng)用

洪家平，高美珍

(1.湖北師范學院 計算機科學與技術(shù)學院，湖北 黃石 435002;2.湖北師范學院 物理與電子科學學院，湖北 黃石 435002)

0 概述

據(jù)統(tǒng)計，全球每三款嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中就有一款應(yīng)用軟件被非法拷貝或盜版，而面對種類眾多的解密公司，單純的軟件保護已無濟于事， 且其保護力度也遠遠不能經(jīng)受市場的考驗，如果用特定的硬件來保護這些嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件，或使用軟硬件相結(jié)合的保護技術(shù)，這樣就有可能有效地加大對盜版和破解的難度。針對這種MCU加密易被破解的局面，防抄版嵌入式加密芯片DM2016能有效地解決上述問題。

1 DM2016結(jié)構(gòu)與特點

DM2016的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，在結(jié)構(gòu)上內(nèi)嵌了1024bits的E2PROM，采用明文隨機數(shù)產(chǎn)生方式、密鑰OTP寫入、數(shù)據(jù)線自動熔斷不可讀等多種保護措施。嵌入式加密芯片DM2016廣泛應(yīng)用于GPS、DVD、DVR、DVB以及大部分嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中。

DM2016還有如下特性，如表1所示:

表1 DM2016的特性

2 DM2016的加密和解密原理

DM2016是一款基于嵌入式系統(tǒng)的專業(yè)防抄版加密與解密芯片，如圖2所示，是CPU與DM2016在進行加、解密時數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系原理圖。DM2016通過I2C總線與主控器芯片CPU相連，通過在主程序中嵌入加密程序，當加密程序被調(diào)用運行時，即從RAM里面隨機調(diào)用一組數(shù)據(jù)作為明文，與程序里面的密鑰混合后產(chǎn)生一組暗文，暗文再通過I2C總線傳送到加密芯片，按反算法與加密芯片中密鑰產(chǎn)生明文，再與RAM中的明文進行比較，兩者一致則資格認證通過，程序繼續(xù)運行， 如果兩者不一致則程序中斷退出，從而保護用戶程序。如圖3是DM2016加密與解密系統(tǒng)流程圖。

圖1 DM2016的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖2 CPU與DM2016加、解密數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系原理圖

圖3 DM2016加密與解密流程圖

3 DM2016在嵌入式系統(tǒng)加密領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 DM2016與處理器的硬件連接

如圖4所示，是DM2016加密芯片在嵌入式系統(tǒng)加密領(lǐng)域中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)原理示意圖。從圖中可以看出，DM2016是通過I2C總線與微處理器(Processor)相連的。DM2016與微處理器之間的數(shù)據(jù)傳輸與通信完全遵守I2C總線的通信協(xié)議。

3.2 微處理器對DM2016的讀寫操作

微處理器對DM2016的讀寫操作分兩種情況：

首先看微處理器對DM2016的E2PROM執(zhí)行寫操作，只能使用I2C總線的單字節(jié)寫，不能使用I2C總線的多字節(jié)寫方式，E2PROM寫一個字節(jié)大約需要5ms的時間。但處理器對DM2016的E2PROM執(zhí)行讀操作時，則既可以使用I2C總線的多字節(jié)讀，也可以使用I2C總線的單字節(jié)讀方式。

另外，微處理器往DM2016中寫密文時，要使用I2C總線的多字節(jié)寫方式，一次寫8個字節(jié)，立即讀明文。處理器從DM2016中讀明文時要使用I2C總線的多字節(jié)讀方式，也是一次讀8個字節(jié)。

3.3 部分應(yīng)用軟件代碼

下面是一個實際數(shù)據(jù)輸入的例子：

{

......

unsigned char srcData[8]; //存放原始數(shù)據(jù)(隨機數(shù))

unsigned char decData[8]; //存放需加密的運算數(shù)據(jù)(隨機數(shù))或運算結(jié)果(密文)

......

//在具體的開發(fā)平臺上產(chǎn)生一組隨機數(shù)共64位，假設(shè)數(shù)據(jù)為0x01、0x23、0x45、0x67、0x89、0xab、0xcd、0xef

SrcData [0]=0x01;

SrcData [1]=0x23;

SrcData [2]=0x45;

SrcData [3]=0x67;

SrcData [4]=0x89;

SrcData [5]=0xab;

SrcData [6]=0xcd;

SrcData [7]=0xef;

DecData [0]=0x01;

DecData [1]=0x23;

DecData [2]=0x45;

DecData [3]=0x67;

DecData [4]=0x89;

DecData [5]=0xab;

DecData [6]=0xcd;

DecData [7]=0xef;

.....

//用戶自定一個128位的Key1，該值與芯片中燒入的值一樣，這里假設(shè)定義的值如下：

unsigned char Key [16]=

{ 0x01，0x23，0x45，0x67，0x89，0xab，0xcd0xef，

0xfe，0xdc，0xba，0x98，0x76，0x54，0x32，0x10};

unsigned char result=EDesEn_Crypt (decData， Key);

If (result! =0)

{

//進行出錯處理

}

//此時在decData數(shù)組中存放著密文，值為0xf7、0x73、0x72、0xb7、0xba、0xdf、0x2f、0x81

//將產(chǎn)生的decData數(shù)組中存放著的這8個字節(jié)密文通過I2C 總線送給DM2016芯片進行解密。

圖4 DM2016與嵌入式芯片連接原理圖

4 結(jié)束語

本文介紹了嵌入式防抄版加密解密系統(tǒng)加密芯片DM2016的結(jié)構(gòu)、特點，同時給出了DM2016在嵌入式系統(tǒng)中的加密方法及應(yīng)用。隨著嵌入式系統(tǒng)越來越廣泛的應(yīng)用，嵌入式系統(tǒng)的安全保密問題也越來越受到廣泛的重視。而嵌入式防抄版芯片DM2016為防止嵌入式系統(tǒng)開發(fā)成果被仿制或剽竊提供了更為強有力的保障。

[1]洪家平.基于嵌入式系統(tǒng)的數(shù)字視頻加密技術(shù)[J] 電子技術(shù)應(yīng)用，2009，5：141～144.

[2]洪家平.加密芯片DM2016在數(shù)字電視加密中的應(yīng)用[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2008，8：38～40.

[3]洪家平.AES在嵌入式系統(tǒng)起動加載程序中的應(yīng)用[J]. 信息安全與通信保密，2007，2：54～56.

[4]李桂滿，李 國.加解密算法BlowFish在單片機上的應(yīng)用 [J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2007，10：12～14.

[5]洪家平，董武世.基于嵌入式系統(tǒng)的時分多址通信協(xié)議的實現(xiàn) [J].微計算機信息，2005，7：31～33.

[6]宋 凱，嚴麗平，甘 嵐. 嵌入式圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 計算機工程與設(shè)計，2009，(19) ：4368～4370.

[7]郭協(xié)潮.遺傳算法在信息安全中的應(yīng)用研究[J]. 計算機工程與應(yīng)用，2012，(3)：127～131.

[8]鄭更生，方 勇，肖 婧. 嵌入式無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 武漢工程大學學報，2012(10)：66～68.