基于DSP的程序加密保護體制設(shè)計

3.1 相關(guān)算法[3]

(1)3DES算法

數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)DES(Data Encryption Standard)產(chǎn)生于20世紀70年代。經(jīng)過20多年的使用，目前仍是一個世界內(nèi)的加密標(biāo)準(zhǔn)。這說明它的安全性相當(dāng)高。它是一個分組加密算法，以64位分組對數(shù)據(jù)加密。密鑰K的長度也是64位，可以是任意數(shù)。DES算法是對稱的，加密與解密使用相同的算法與密鑰(除了密鑰的編排順序不同)。因而可以說，DES算法的保密性完全依賴于密鑰K。

目前對DES的破譯，最有效的是窮舉功擊。之所以說DES已經(jīng)不太安全，是因為其密鑰短。以現(xiàn)今的運算技術(shù)來說，計算量已經(jīng)不算很大。不過，如果增加密鑰的長度，其安全性也可以相應(yīng)地增強。3DES正是基于這樣的原理。加密時，使用2個不同的密鑰K1和密鑰K2對1個分組進行3次加密。也就是說，先用密鑰K1加密，然后用密鑰K2解密，最后用密鑰K1加密;解密時則先用密鑰K1解密，然后用密鑰K2加密，最后用密鑰K1解密。

計算式如下：

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

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

其中，P為明文，C為密文。Ei()為加密函數(shù)，Di()為解密函數(shù)。

(2)Geffe發(fā)生器

Geffe發(fā)生器是一種密鑰序列發(fā)生器，利用線性反饋移位寄存器LFSR(Linear Feedback Shift Register)產(chǎn)生序列密碼。LFSR的輸出就是m序列，是一個偽隨機序列。Geffe發(fā)生器使用了3個LFSR,以非線生方式組合。其中，2個LFSR作為復(fù)合器的輸入，第3個LFSR控制復(fù)合器的輸出。使用相關(guān)攻擊，Geffe發(fā)生器的破譯并不難，故而不能直接將它作為3DES算法的密鑰，因此這里對其作取摘要處理。

(3)MD5算法

MD5(Message Digest)算法是由MIT的密碼專家，RSA算法的發(fā)明人之一Ron Rivest設(shè)計發(fā)明的一種認證算法標(biāo)準(zhǔn)。MD5算法完成于1992年，它可以對任意長的報文輸入，得到1個128位的輸出。該算法可以保證2條不同的報文產(chǎn)生相同的摘要的可能性很小，并且由給定的摘要反向求其對應(yīng)的報文極端困難。因此將摘要作為密鑰既可以保證隨機性，安全性也能提高了不少。

3.2 密鑰的生成機制

無論從3DES算法本身，還是從該體制的加密原理來講，密鑰的生成機制都至關(guān)重要。因此，必須保證使用的密鑰是安全的。其安全性體現(xiàn)為兩個方面：一是密鑰本身是隨機的;一是密鑰的管理機制。

密鑰的生成過程如下：先由Geffe發(fā)生器得到一隨機序列，然后通過MD5算法取摘要，得到的128比特數(shù)據(jù)就是密鑰K1和密鑰K2組合。由Geffe發(fā)生器及MD5算法原理可以看出，這樣產(chǎn)生的密鑰是隨機的。

由該體制的工作過程可以看出，密鑰的管理是安全的。這是由于在主程序內(nèi)，加密結(jié)束后，隨即將密鑰銷毀，主程序內(nèi)不保留密鑰;使用密鑰時，通過監(jiān)控程序從微狗內(nèi)獲取。微狗和DSP是物理分開的，保證了密鑰存放的安全。

4 結(jié)果分析

嚴格地說，這種方法并不屬于加密，只是一種保護手段——利用幾個簡單的，結(jié)合DSP和單片機的特點，構(gòu)造一種保護體制。甚至其效果究竟如何，可以從2個方面分析。

4.1 安全性分析

既然是一種保護方法，那么安全性是最重要的指標(biāo)。由這種體制的加密原理及工作過程，可以看出安全性可以保護。3DES算法，無論從理論上還是實踐上，都是一種相當(dāng)好的加密算法。雖然利用窮舉攻擊，該算法最終可以破譯，但需要2 112次窮舉，所花費的代價實在太大，可以說得不償失。因此，只要保證密鑰的安全，可以認為這種保護體制是完全的。而從密鑰的生成過程和管理機制來講，密鑰是安全的。

4.2 性能分析[4～6]

這種保護方法的速度很快，因為3DES算法要是混亂和擴散的組合，只使用了標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)和邏輯運算。Geffe發(fā)生器和MD5算法用到的也主要是邏輯運算，用DSP或者單片機實現(xiàn)非常方便。譬如對于TMS320VC5402來說，Geffe發(fā)生器產(chǎn)生64字的偽隨機序列需要296 544個周期，MD5處理64個字長的消息需要用3400個周期，所花費的時間分別為2965ms和0.003ms。

因此，我們只是利用了一些簡單的算法，結(jié)合DSP和1片微狗，構(gòu)造出1個DSP程序保護體制，以小代價獲得了好的效果，還是很值得的。