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DSP程序构造的加密体制

来源:深圳电子技术网?? 2007年04月30日 ?? 收藏0

  3 相关算法及密钥生成机制

  该体制的加密算法是3DES,是个对称算法。其安全性可以说完全体现在密钥上。因此,如何产生一个“安全”的密钥至为关键。在密钥的生成机制中,用到了Geffe发生器和MD5算法。

  3.1 相关算法[3]

  (1)3DES算法

  数据加密标准DES(Data Encryption Standard)产生于20世纪70年代。经过20多年的使用,目前仍是一个世界内的加密标准。这说明它的安全性相当高。它是一个分组加密算法,以64位分组对数据加密。密钥K的长度也是64位,可以是任意数。DES算法是对称的,加密与解密使用相同的算法与密钥(除了密钥的编排顺序不同)。因而可以说,DES算法的保密性完全依赖于密钥K。

  目前对DES的破译,最有效的是穷举功击。之所以说DES已经不太安全,是因为其密钥短。以现今的运算技术来说,计算量已经不算很大。

不过,如果增加密钥的长度,其安全性也可以相应地增强。3DES正是基于这样的原理。加密时,使用2个不同的密钥K1和密钥K2对1个分组进行3次加密。也就是说,先用密钥K1加密,然后用密钥K2解密,最后用密钥K1加密;解密时则先用密钥K1解密,然后用密钥K2加密,最后用密钥K1解密。

  计算式如下:

  C=E1(D2(E1(P)))??? (1)

  P=D1(E1(D1(C)))??? (2)

  其中,P为明文,C为密文。Ei()为加密函数,Di()为解密函数。

  (2)Geffe发生器

  Geffe发生器是一种密钥序列发生器,利用线性反馈移位寄存器LFSR(Linear Feedback Shift Register)产生序列密码。LFSR的输出就是m序列,是一个伪随机序列。Geffe发生器使用了3个LFSR,以非线生方式组合。其中,2个LFSR作为复合器的输入,第3个LFSR控制复合器的输出。使用相关攻击,Geffe发生器的破译并不难,故而不能直接将它作为3DES算法的密钥,因此这里对其作取摘要处理。

  (3)MD5算法

  MD5(Message Digest)算法是由MIT的密码专家,RSA算法的发明人之一Ron Rivest设计发明的一种认证算法标准。MD5算法完成于1992年,它可以对任意长的报文输入,得到1个128位的输出。该算法可以保证2条不同的报文产生相同的摘要的可能性很小,并且由给定的摘要反向求其对应的报文极端困难。因此将摘要作为密钥既可以保证随机性,安全性也能提高了不少。

  3.2 密钥的生成机制

  无论从3DES算法本身,还是从该体制的加密原理来讲,密钥的生成机制都至关重要。因此,必须保证使用的密钥是安全的。其安全性体现为两个方面:一是密钥本身是随机的;一是密钥的管理机制。

  密钥的生成过程如下:先由Geffe发生器得到一随机序列,然后通过MD5算法取摘要,得到的128比特数据就是密钥K1和密钥K2组合。由Geffe发生器及MD5算法原理可以看出,这样产生的密钥是随机的。

  由该体制的工作过程可以看出,密钥的管理是安全的。这是由于在主程序内,加密结束后,随即将密钥销毁,主程序内不保留密钥;使用密钥时,通过监控程序从微狗内获取。微狗和DSP是物理分开的,保证了密钥存放的安全。

  4 结果分析

  严格地说,这种方法并不属于加密,只是一种保护手段——利用几个简单的,结合DSP和单片机的特点,构造一种保护体制。甚至其效果究竟如何,可以从2个方面分析。

  4.1 安全性分析

  既然是一种保护方法,那么安全性是最重要的指标。由这种体制的加密原理及工作过程,可以看出安全性可以保护。3DES算法,无论从理论上还是实践上,都是一种相当好的加密算法。虽然利用穷举攻击,该算法最终可以破译,但需要2 112次穷举,所花费的代价实在太大,可以说得不偿失。因此,只要保证密钥的安全,可以认为这种保护体制是完全的。而从密钥的生成过程和管理机制来讲,密钥是安全的。

  4.2 性能分析[4~6]

  这种保护方法的速度很快,因为3DES算法要是混乱和扩散的组合,只使用了标准的算术和逻辑运算。Geffe发生器和MD5算法用到的也主要是逻辑运算,用DSP或者单片机实现非常方便。譬如对于TMS320VC5402来说,Geffe发生器产生64字的伪随机序列需要296 544个周期,MD5处理64个字长的消息需要用3400个周期,所花费的时间分别为2965ms和0.003ms。

  因此,我们只是利用了一些简单的算法,结合DSP和1片微狗,构造出1个DSP程序保护体制,以小代价获得了好的效果,还是很值得的。


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DSP? 3DES? Geffe发生器? MD5?

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