專利名稱：一種基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)據(jù)加密領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)加密計(jì)算在數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等諸多領(lǐng)域有重要應(yīng)用意義。被加密之前的數(shù)據(jù)被稱為“明文”，加密之后的數(shù)據(jù)被稱作“密文”，而用于加密計(jì)算和解密計(jì)算的密碼稱之為“密鑰”。加密是以某種特殊的算法改變?cè)械男畔?shù)據(jù)，使得未授權(quán)的用戶即使獲得已經(jīng)加密的信息，但因不知解密的方法，仍然無(wú)法理解信息的內(nèi)容。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密可以防止數(shù)據(jù)被未經(jīng)授權(quán)的人查看或修改。具體而言，加密是將明文通過(guò)某種算法轉(zhuǎn)換成一段無(wú)法識(shí)別的密文。在現(xiàn)代加密體系中，信息的安全依賴于密鑰的保密性。在現(xiàn)代加密體系中分兩種加密方法:“私鑰”加密法(又稱對(duì)稱加密)和“公鑰”(又稱非對(duì)稱加密)。一個(gè)加密算法的好壞評(píng)定主要是分兩個(gè)方面:破解密文的代價(jià)有多大和加密算法的代價(jià)有多大。好的加密算法是使用了比較好的隨機(jī)數(shù)，讓密鑰的變化和密文的變化之間不具有算法上的收斂性，使得破解者無(wú)法從解密動(dòng)力學(xué)上找到破解的方法。對(duì)于加密算法的實(shí)現(xiàn)有兩大類實(shí)現(xiàn)方法，一種是基于通用處理器采用軟件加密的方法，另外一種方法是使用專用處理器進(jìn)行計(jì)算的硬件加密方法。對(duì)比這兩種方法，軟件加密的方法特點(diǎn)是在有MCU的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)的代價(jià)小，只需要增加小段軟件程序代碼即可，并且加密速度慢。而對(duì)于硬件加密算法來(lái)說(shuō)，其主要的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，速度快，無(wú)論是不是存在MCU的系統(tǒng)，都可以實(shí)現(xiàn)加密，其次由于硬件本身的開(kāi)放性好，所以同樣的算法，硬件加密更難于破解。最后，硬件加密的實(shí)現(xiàn)方法有利于加密速度的提高。對(duì)于專用處理器，其設(shè)計(jì)針對(duì)于算法實(shí)現(xiàn)，速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通用處理器。Logistic是一個(gè)著名的混沌原理，可以實(shí)現(xiàn)很好的混沌映射關(guān)系，是一個(gè)非常好的混沌模型，其應(yīng)用范圍也十分廣泛，無(wú)論手機(jī)，U盤(pán)，電腦，照相機(jī)等都可以應(yīng)用。但是，目前的技術(shù)中均使用Logistic的軟件數(shù)據(jù)加密，并沒(méi)有將其使用硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。這使得其加密或解密速度較慢，同時(shí)·采用軟件實(shí)行的加密項(xiàng)目的穩(wěn)定性也較差。因此，一種基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置就很有必要。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述使用軟件加密時(shí)速度較慢、穩(wěn)定性較差的缺陷，提供一種速度較快、穩(wěn)定性較好的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，包括在外部信號(hào)作用下產(chǎn)生指令的指令產(chǎn)生模塊、接收所述指令產(chǎn)生模塊輸出的指令并將其轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)輸出的模式控制模塊、在所述模式控制模塊輸出的控制信號(hào)的作用下產(chǎn)生并輸出數(shù)據(jù)流的混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊、將所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊輸出的數(shù)據(jù)流與需要加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算得到加密后的數(shù)據(jù)并輸出的邏輯處理模塊以及時(shí)鐘模塊；所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊和邏輯處理模塊通過(guò)其數(shù)據(jù)輸入或輸出端口依次連接；所述指令產(chǎn)生模塊和模式控制模塊之間通過(guò)指令接口連接；所述模式控制模塊和所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊之間通過(guò)控制信號(hào)端口連接；所述時(shí)鐘模塊通過(guò)時(shí)鐘總線分別與所述模式控制模塊、混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊、邏輯處理模塊連接，提供時(shí)鐘信號(hào)。在本實(shí)用新型所述的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置中，所述指令產(chǎn)生模塊、模式控制模塊、混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊、邏輯處理模塊和時(shí)鐘模塊設(shè)置在同一電路板上或同一基體上；所述模塊之間通過(guò)設(shè)置在所述電路板上的銅箔或設(shè)置在基體上的導(dǎo)體連接。在本實(shí)用新型所述的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置中，所述邏輯處理模塊為將其接收到的需要加密的數(shù)據(jù)和所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊輸出的數(shù)據(jù)流進(jìn)行異或運(yùn)算的邏輯運(yùn)算模塊在本實(shí)用新型所述的利用混沌原理對(duì)數(shù)據(jù)加密的裝置中，所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊進(jìn)一步包括初始密碼存儲(chǔ)單元、密碼映射單元、隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元、多路選擇器單元、補(bǔ)碼取得單元、隨機(jī)數(shù)映射單元、并行乘法器、混沌信號(hào)映射單元以及第四寄存器；其中，所述密碼映射單元取得所述初始密碼存儲(chǔ)單元輸出的其存儲(chǔ)的初始密碼，并對(duì)其進(jìn)行映射處理；所述密碼映射單元的輸出連接在所述并行乘法器的一個(gè)輸入端；所述隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元輸出其存儲(chǔ)的隨機(jī)種子到所述多路選擇器單元，所述多路選擇器單元在作為其輸入的所述隨機(jī)種子或第四寄存器輸出中選擇一個(gè)輸送到所述補(bǔ)碼取得單元；同時(shí)所述多路選擇器單元的輸出還連接到所述隨機(jī)數(shù)映射單元的一個(gè)輸入端；所述隨機(jī)數(shù)映射單元的另一個(gè)輸入端與所述補(bǔ)碼取得單元的輸出連接；所述隨機(jī)數(shù)映射單元對(duì)其輸入進(jìn)行處理后將處理后輸出，該輸出端連接在所述并行乘法器的另一個(gè)輸入端，所述并行乘法器對(duì)其輸入進(jìn)行運(yùn)算后輸出到所述混沌信號(hào)映射單元，所述混沌信號(hào)映射單元對(duì)接收到的混沌信號(hào)進(jìn)行映射并輸出；所述混沌信號(hào)映射單元的輸出端還與所述第四寄存器輸入端連接。在本實(shí)用新型所述的利用混沌原理對(duì)數(shù)據(jù)加密的裝置中，所述密碼映射單元進(jìn)一步包括依次連接的對(duì)所述初始密碼進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算的密碼映射器和對(duì)所述密碼映射器輸出進(jìn)行暫存并延遲一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍后輸出的第一寄存器。在本實(shí)用新型所述的利用混沌原理對(duì)數(shù)據(jù)加密的裝置中，所述密碼映射器為依次連接的累加乘法器和串行進(jìn)位加法器。
在本實(shí)用新型所述的利用混沌原理對(duì)數(shù)據(jù)加密的裝置中，所述隨機(jī)數(shù)映射單元進(jìn)一步包括依次連接的用于對(duì)所述多路選擇器單元的輸出和所述補(bǔ)碼取得單元的輸出進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算的第一乘法單元和對(duì)所述第一乘法單元輸出進(jìn)行暫存并延遲一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍后輸出的第二寄存器。在本實(shí)用新型所述的利用混沌原理對(duì)數(shù)據(jù)加密的裝置中，所述第一乘法單元由依次連接的并行乘法器和超前進(jìn)位加法器構(gòu)成。在本實(shí)用新型所述的利用混沌原理對(duì)數(shù)據(jù)加密的裝置中，所述隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元包括獨(dú)立的第一隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元和第二隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元，所述第一隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元的輸出端和所述第二隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元的輸出端分別與所述多路選擇器單元的不同輸入端連接。在本實(shí)用新型所述的利用混沌原理對(duì)數(shù)據(jù)加密的裝置中，所述并行乘法器包括依次連接的第二乘法器單元、第三寄存器和第三乘法器單元。實(shí)施本實(shí)用新型的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置中，具有以下有益效果:由于將整個(gè)利用混沌原理對(duì)數(shù)據(jù)加密分解為初始密碼及其映射和隨機(jī)種子的選取及其映射，并將結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算得到混沌數(shù)據(jù)流加密其他數(shù)據(jù)，且運(yùn)算操作過(guò)程均由硬件實(shí)現(xiàn)，所以，其速度較快、穩(wěn)定性較好。

圖1是本實(shí)用新型基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是所述實(shí)施例中混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，在本實(shí)用新型基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置實(shí)施例中，該基于硬件的加密裝置包括指令產(chǎn)生模塊1、模式控制模塊2、混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊3、邏輯處理模塊4以及時(shí)鐘模塊5 ;其中，指令產(chǎn)生模塊I接受外部輸入數(shù)據(jù)(請(qǐng)參見(jiàn)圖1中標(biāo)號(hào)為11的輸入數(shù)據(jù))并產(chǎn)生相應(yīng)的指令傳送到模式控制模塊2，模式控制模塊2依據(jù)接收到的指令產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)或數(shù)據(jù)并傳輸?shù)交煦鐢?shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊3，混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊3依據(jù)接收到的控制信號(hào)和數(shù)據(jù)產(chǎn)生混沌數(shù)據(jù)流并輸送到邏輯處理模塊4，邏輯處理模塊4將接收到的混沌數(shù)據(jù)流和需要加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算而得到加密后的數(shù)據(jù)；而時(shí)鐘模塊5分別為模式控制模塊2、混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊3、邏輯處理模塊4提供時(shí)鐘。在本實(shí)施例中，邏輯處理模塊4為對(duì)其接收到的需要加密的數(shù)據(jù)和混沌數(shù)據(jù)流進(jìn)行異或運(yùn)算的邏輯運(yùn)算模塊。在本實(shí)施例中，如圖2所示,混沛數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊3進(jìn)一步包括初始密碼存儲(chǔ)單元31、密碼映射單元32、隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元33、多路選擇器單元34、補(bǔ)碼取得單元35、隨機(jī)數(shù)映射單元36、并行乘法器37、混沌信號(hào)映射單元38以及第四寄存器39 ;其中，初始密碼存儲(chǔ)單元31輸出初始密碼到密碼映射單元32，密碼映射單元32的輸出連接在并行乘法器37的一個(gè)輸入端；隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元33輸出隨機(jī)種子到多路選擇器單元34，多路選擇器單元34在隨機(jī)種子或第四寄存器 39輸出中選擇一個(gè)(或者說(shuō)是選擇其中一路數(shù)據(jù))輸送到補(bǔ)碼取得單元35，同時(shí)多路選擇器單元34的輸出還連接到隨機(jī)數(shù)映射單元36的一個(gè)輸入端，隨機(jī)數(shù)映射單元36的另一個(gè)輸入端與補(bǔ)碼取得單元35的輸出連接；隨機(jī)數(shù)映射單元36的輸出連接在并行乘法器37的另一個(gè)輸入端，并行乘法器37的輸出端連接在混沌信號(hào)映射單元38的輸入端；混沌信號(hào)映射單元38的輸出端還與第四寄存器39輸入端連接。在本實(shí)施例中，密碼映射單元32包括依次連接的密碼映射器321和第一寄存器322，其中，密碼映射器321對(duì)初始密碼進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算，而第一寄存器322用于對(duì)密碼映射器321輸出進(jìn)行暫存并延遲一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍輸出；在本實(shí)施例中，密碼映射器321為依次連接的累加乘法器和串行進(jìn)位加法器，用于實(shí)現(xiàn)乘法運(yùn)算，從而完成初始密碼的映射過(guò)程。隨機(jī)數(shù)映射單元36包括依次連接的第一乘法單元361和第二寄存器362，其中，第一乘法單元361用于對(duì)多路選擇器單元34的輸出和補(bǔ)碼取得單元35的輸出進(jìn)行乘法運(yùn)算，從而完成隨機(jī)種子的映射過(guò)程，第二寄存器362對(duì)第一乘法單元361輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行暫存并延遲一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍輸出；具體地，第一乘法單元361為依次連接的并行乘法器和超前進(jìn)位加法器，用于實(shí)現(xiàn)快速的乘法運(yùn)算。隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元33包括獨(dú)立的第一隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元331和第二隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元332，其分別用于存儲(chǔ)不同的隨機(jī)種子，第一隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元331的輸出端和第二隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元332的輸出端分別與多路選擇器單元34的不同輸入端連接。而并行乘法器37則包括依次連接的第二乘法器單元371、第三寄存器372和第三乘法器單元373。從原理上來(lái)講，為了適應(yīng)加密算法的廣泛應(yīng)用性，需要對(duì)明文，密文，密鑰都進(jìn)行一次映射，把真正需要加密的明文映射到Logistic函數(shù)混沌區(qū)域的定義域，把密文從Logistic函數(shù)混沌區(qū)域的值域映射到正常的區(qū)域。此外，由于系統(tǒng)計(jì)算的離散型，需要對(duì)Logistic函數(shù)的運(yùn)算離散化。例如，針對(duì)明文和密文都是8位二進(jìn)制數(shù)，而密鑰也是一個(gè)16位的二進(jìn)制的情況，設(shè)明文為M，密文為N，密鑰為K。M e [O, 255] ,Ne (O, 255] K e [O, 65535]而針對(duì)公式Xk+1=aXk(1-Xk) (I) 3.5699 彡 a 彡 4，且 0〈Xk〈l構(gòu)建如下三個(gè)數(shù)域上的映射關(guān)系:
權(quán)利要求1.一種基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，包括在外部信號(hào)作用下產(chǎn)生指令的指令產(chǎn)生模塊、接收所述指令產(chǎn)生模塊輸出的指令并將其轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)輸出的模式控制模塊、在所述模式控制模塊輸出的控制信號(hào)的作用下產(chǎn)生并輸出數(shù)據(jù)流的混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊、將所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊輸出的數(shù)據(jù)流與需要加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算得到加密后的數(shù)據(jù)并輸出的邏輯處理模塊以及時(shí)鐘模塊；所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊和邏輯處理模塊通過(guò)其數(shù)據(jù)輸入或輸出端口依次連接；所述指令產(chǎn)生模塊和模式控制模塊之間通過(guò)指令接口連接；所述模式控制模塊和所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊之間通過(guò)控制信號(hào)端口連接；所述時(shí)鐘模塊通過(guò)時(shí)鐘總線分別與所述模式控制模塊、混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊、邏輯處理模塊連接，提供時(shí)鐘信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硬件的加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述指令產(chǎn)生模塊、模式控制模塊、混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊、邏輯處理模塊和時(shí)鐘模塊設(shè)置在同一電路板上或同一基體上；所述模塊之間通過(guò)設(shè)置在所述電路板上的銅箔或設(shè)置在基體上的導(dǎo)體連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于硬件的加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述邏輯處理模塊為將其接收到的需要加密的數(shù)據(jù)和所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊輸出的數(shù)據(jù)流進(jìn)行異或運(yùn)算的邏輯運(yùn)算模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊進(jìn)一步包括初始密碼存儲(chǔ)單元、密碼映射單元、隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元、多路選擇器單元、補(bǔ)碼取得單元、隨機(jī)數(shù)映射單元、并行乘法器、混沌信號(hào)映射單元以及第四寄存器；其中，所述密碼映射單元取得所述初始密碼存儲(chǔ)單元輸出的其存儲(chǔ)的初始密碼，并對(duì)其進(jìn)行映射處理；所述密碼映射單元的輸出連接在所述并行乘法器的一個(gè)輸入端；所述隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元輸出其存儲(chǔ)的隨機(jī)種子到所述多路選擇器單元，所述多路選擇器單元在作為其輸入的所述隨機(jī)種子 或第四寄存器輸出中選擇一個(gè)輸送到所述補(bǔ)碼取得單元；同時(shí)所述多路選擇器單元的輸出還連接到所述隨機(jī)數(shù)映射單元的一個(gè)輸入端；所述隨機(jī)數(shù)映射單元的另一個(gè)輸入端與所述補(bǔ)碼取得單元的輸出連接；所述隨機(jī)數(shù)映射單元對(duì)其輸入進(jìn)行處理后將處理后輸出，該輸出端連接在所述并行乘法器的另一個(gè)輸入端，所述并行乘法器對(duì)其輸入進(jìn)行運(yùn)算后輸出到所述混沌信號(hào)映射單元，所述混沌信號(hào)映射單元對(duì)接收到的混沌信號(hào)進(jìn)行映射并輸出；所述混沌信號(hào)映射單元的輸出端還與所述第四寄存器輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述密碼映射單元進(jìn)一步包括依次連接的對(duì)所述初始密碼進(jìn)行乘法和加法運(yùn)算的密碼映射器和對(duì)所述密碼映射器輸出進(jìn)行暫存并延遲一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍后輸出的第一寄存器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述密碼映射器為依次連接的累加乘法器和串行進(jìn)位加法器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述隨機(jī)數(shù)映射單元進(jìn)一步包括依次連接的用于對(duì)所述多路選擇器單元的輸出和所述補(bǔ)碼取得單元的輸出進(jìn)行乘法運(yùn)算的第一乘法單元和對(duì)所述第一乘法單元輸出進(jìn)行暫存并延遲一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍后輸出的第二寄存器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述第一乘法單元由依次連接的并行乘法器和超前進(jìn)位加法器構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元包括獨(dú)立的第一隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元和第二隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元，所述第一隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元的輸出端和所述第二隨機(jī)種子存儲(chǔ)單元的輸出端分別與所述多路選擇器單元的不同輸入端連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，其特征在于，所述并行乘法器包括依次連接的第二乘法器·單元、第三寄存器和第三乘法器單元。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，包括指令產(chǎn)生模塊、模式控制模塊、混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊、邏輯處理模塊以及時(shí)鐘模塊，所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊和邏輯處理模塊通過(guò)其數(shù)據(jù)輸入或輸出端口依次連接；所述指令產(chǎn)生模塊和模式控制模塊之間通過(guò)指令接口連接；所述模式控制模塊和所述混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊之間通過(guò)控制信號(hào)端口連接；所述時(shí)鐘模塊通過(guò)時(shí)鐘總線分別與所述模式控制模塊、混沌數(shù)據(jù)流產(chǎn)生模塊、邏輯處理模塊連接，提供時(shí)鐘信號(hào)。實(shí)施本實(shí)用新型的基于硬件加密數(shù)據(jù)的裝置，具有以下有益效果其速度較快、穩(wěn)定性較好。
文檔編號(hào)H04L9/00GK203119915SQ20132004280
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者余菲, 項(xiàng)智 申請(qǐng)人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院