嵌入式安全保密模塊的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

　摘要：
　　隨著科學(xué)技術(shù)日新月異，計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，帶來了軟件開發(fā)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，軟件開發(fā)的艱辛與軟件盜用的輕而易舉，讓許多不法盜版商享受到了世間難有的免費(fèi)午餐，而軟件開發(fā)者和版權(quán)所有者看著自己艱苦奮斗得到的勞動(dòng)成果卻只能感嘆萬分。所以，如何保護(hù)開發(fā)軟件的版權(quán)，變得越來越重要了，我們不可能把版權(quán)的保護(hù)僅僅寄托在有關(guān)的法律上，而且實(shí)施版權(quán)的自我保護(hù)也成為必要的手段。
　　隨著嵌入式系統(tǒng)逐漸走進(jìn)我們的日常生活，它也漸漸地和Windows一樣為人熟知，作為應(yīng)用軟件，嵌入式軟件雖然面對(duì)的不是最終的消費(fèi)者，而是硬件生產(chǎn)廠商，盡管不會(huì)輕易發(fā)生盜版軟件的現(xiàn)象，但如何量化軟件的使用量，如何保護(hù)軟件廠商的利益，這也是我們作為軟件開發(fā)者和版權(quán)所有者值得重視的問題。
　　本項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案是基于FPGA的嵌入式安全保密模塊ESMF （Embedded Security Module based on FPGA），并通過高密計(jì)算返回安全認(rèn)證碼，通過安全認(rèn)證碼與密匙校驗(yàn)，為用戶解決高密數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、身份認(rèn)證等很多安全問題，這將為軟件版權(quán)的保護(hù)提供有效的途徑。
　　1、項(xiàng)目背景
　　1．1 研究背景
　　如今計(jì)算機(jī)應(yīng)用的飛速發(fā)展，使得軟件的應(yīng)用也突飛猛進(jìn)，促進(jìn)了軟件開發(fā)領(lǐng)域高速的發(fā)展，使得人們的學(xué)習(xí)、工作、生活更為便捷、簡單、高效！可當(dāng)我們感受軟件給我們帶來利益的同時(shí)，又有誰會(huì)去憐憫那些辛勤為軟件開發(fā)做出犧牲的開發(fā)者和版權(quán)所者的勞動(dòng)成果呢？因此，軟件開發(fā)者和版權(quán)所者就如何解決保護(hù)軟件的版權(quán)問題，就顯得尤為急迫。
　　本設(shè)計(jì)項(xiàng)目通過ESMF設(shè)計(jì)，有效地解決了保護(hù)軟件版權(quán)的問題，實(shí)現(xiàn)一套軟件對(duì)應(yīng)一個(gè)密匙的模式，從而達(dá)到對(duì)軟件版權(quán)實(shí)施強(qiáng)有力的保護(hù)。
　　1．2 本項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)
　　本項(xiàng)目采用硬件描述語言Verilog HDL進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，主要完成基于FPGA的嵌入式安全保密模塊ESMF的設(shè)計(jì)，通過安全保密保密模塊ESMF成功的身份認(rèn)證，應(yīng)用軟件才會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，否則，軟件終止執(zhí)行，從而起到軟件版權(quán)的保護(hù)作用。
　　本設(shè)計(jì)項(xiàng)目具有如下優(yōu)點(diǎn)：
　　（1）具有高性價(jià)比、高安全性、高可靠性。
　　（2）嵌入式安全保密模塊ESMF具有唯一的序列號(hào)S/N。
　　（3）電路設(shè)計(jì)簡單，易編程，高效率。
　　1．3應(yīng)用拓展
　　本設(shè)計(jì)項(xiàng)目可應(yīng)用其他保密領(lǐng)域，譬如保險(xiǎn)柜行業(yè)，保險(xiǎn)密匙，安全保險(xiǎn)門等。
　　2、項(xiàng)目方案
　　2．1 實(shí)現(xiàn)功能
　　采用硬件描述語言Verilog HDL進(jìn)行設(shè)計(jì)，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)Chaos加密算法，過串行接口與外部芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。最終封裝為IP核，方便在FPGA器件中調(diào)用與實(shí)現(xiàn)。具有高性價(jià)比、高安全性、高可靠性的特點(diǎn)，應(yīng)用于各種嵌入式終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)終端的身份識(shí)別與認(rèn)證等功能。
　　2．2 方案設(shè)計(jì)原理
　　本項(xiàng)目是基于FPGA的嵌入式安全保密模塊ESMF，完成軟件運(yùn)行前需要身份認(rèn)證，以下為本設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施方案的硬件系統(tǒng)框架圖：
　　
　　圖1 基于FPGA的嵌入式安全保密模塊ESMF
　　2．3 認(rèn)證流程
　　外接處理器主要分為數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)處理部分。
　　身份認(rèn)證過程如下：
　　ESMF復(fù)位，從S/N存儲(chǔ)器中調(diào)出序列號(hào)S/N，向處理器發(fā)送序列號(hào)S/N。
　　處理器提取預(yù)設(shè)的編碼MK，經(jīng)過Chaos加密算法CSK=Chaos（MK，S/N），計(jì)算得出密鑰CSK。
　　處理器發(fā)送CSK，把CSK保存到CSK存儲(chǔ)器中。
　　處理器隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)RND，經(jīng)過Chaos加密算法Y=Chaos（CSK，RND），計(jì)算得出Y值。
　　處理器把隨機(jī)數(shù)RND發(fā)送給ESMF。
　　ESMF接收到RND后，調(diào)用密鑰SCK，通過Chaos加密算法X=Chaos（CSK，RND），計(jì)算得出X值。
　　將X值返回到處理器，將X與Y進(jìn)行校驗(yàn)，判斷是否相等。若X與Y相等，那么身份認(rèn)證成功，軟件繼續(xù)運(yùn)行，否則，軟件終止執(zhí)行。
　　以下是系統(tǒng)運(yùn)行的流程圖：
　　
　　圖２　　身份認(rèn)證流程圖
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