??? 摘? 要： 為了使更多的嵌入式系統的原創者能有效地保護自己的開發成果和知識產權，介紹了嵌入式系統加密芯片DM2016的結構、特點及其在數字電視加密領域的應用，同時給出了BlowFish算法在嵌入式主系統中的加密方法及應用。?
??? 關鍵詞: 嵌入式系統； 加密技術； DM2016
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??? 許多都經歷過因盜版而帶來的損失,據統計,全球每三款軟件就有一款被拷貝或盜版。面對形形色色的解密公司,封裝和PCB布線的保護已經顯得力不從心,而單純的軟件保護，如E2PROM、MCU也無濟于事。硬件保護軟件或由軟硬件相結合的保護技術,在加大盜版難度的同時也加大了破解難度。?
??? 針對MCU加密易破解的問題,嵌入式系統加密芯片DM2016內嵌1 024位 E2PROM,采用了明文隨機數產生方式、特殊算法、密鑰OTP寫入數據線自動熔斷不可讀等多種保護措施, 其廣泛適用于PMP、GPS、DVD、DVR、DVB以及所有嵌入式應用系統中。?
1 DM2016的特點?
??? DM2016的內部結構如圖1所示，其特性如下:(1)符合I2C總線標準；(2)支持兩位I2C地址選擇；(3)內置128位密鑰解密算法，保密性能類似于3DES算法，一次性燒錄；(4)內置1 024位 E2PROM；(5)隨機數通信算法。?
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2 DM2016的工作原理?
??? DM2016是一款嵌入式系統專業加密芯片,如圖2所示。DM2016通過I2C總線與主芯片CPU相連,在主程序中嵌入加密程序。當加密程序調用運行時,即從RAM中隨機調用一組數據作為明文,與程序中的密鑰混合產生一組暗文。暗文通過I2C總線傳送到加密芯片,按反算法與加密芯片中密鑰產生明文,再與RAM中的明文比較,兩者一致則程序繼續。兩者不一致則程序中斷退出，從而起到保護用戶程序的目的。?
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3 DM2016在數字電視加密領域中的應用?
3.1 硬件結構?
??? DM2016加密芯片在數字電視加密領域中的應用結構示意圖如圖3所示。圖中DM1105是一款針對性很強的芯片，它接收標準的TS流，選擇進行解復用、解擾，將處理好的TS流以DMA方式通過PCI總線送到計算機內存。該芯片可以通過與CI接口控制芯片DM1021搭配實現兩個CAM卡控制，并可以接收外部紅外遙控信號實現遙控功能。DM1105只需外掛加密芯片DM2016，通過I2C接口與DM2016連接還可以實現加密控制和部分內部寄存器上電配置。DM2016芯片內部具有128位密鑰區，廠商可以一次寫入，通過加密算法保護自己的軟件，同時DM2016還具有1 024位E2PROM區域，DM1105的部分需配置的寄存器可以保存在此，上電時將其讀入，完成DM1105部分寄存器的配置。?
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3.2 軟件實現?
??? 圖4為DM2016加密芯片在數字電視加密領域中加、解密的認證流程。從圖4可以看出,主系統芯片DM1105根據DM2016的返回值A隨機產生64位的隨機數作為明文（如加密前的數字電視信號）。該明文與主系統芯片DM1105程序里的密鑰通過調用加密庫來參與加密運算,得到運算結果暗文A。主系統芯片DM1105將暗文A通過I2C總線傳到加密芯片DM2016，然后DM2016使用與主系統芯片DM1105程序里的密鑰相同的密鑰對暗文A進行解密運算，將得到的運算結果與原來加密前的64位的隨機數進行比較，如果一致則表示認證通過，此時被加密的數字電視信號就可以被解密還原成正常信號，合法用戶就可以收看到相關的數字信號電視節目；否則就表示認證失敗，被加密的數字電視信號不能被解密還原成正常信號，用戶就不能收看到相關的電視節目。?
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??? 下面以BlowFish算法為例介紹加密算法在嵌入式主系統中的應用。?
??? 32 位微處理器誕生后,BlowFish 算法在加密速度上超越了DES ,引起了人們的關注。BlowFish 算法沒有注冊專利,不需要授權,可以免費使用。在這里，BlowFish算法用來加密64位的字符串，BlowFish算法使用兩個“盒”——ungigned long pbox[18]和unsigned long sbox[4,256]。BlowFish算法中，有一個核心加密函數:BF_En。該函數輸入64位信息，運算后以64位密文的形式輸出。用BlowFish算法加密信息，需要密鑰預處理和信息加密兩個過程。以密鑰預處理為例說明如下：?
??? 密鑰預處理時，BlowFish算法的源密鑰——pbox和sbox是固定的。要加密一個信息，需要自己選擇一個key，用這個key對pbox和sbox進行變換，得到下一步信息加密所要用的key_pbox和key_sbox。變化算法具體如下：?
??? (1) 用sbox填充key_sbox。?
??? (2) 用自己選擇的key，8個一組地去異或pbox，用異或結果填充key_pbox。key可以循環使用。例如：選的key是'abcdefghijklmn'，則異或過程為：?
??? key_pbox[0]=pbox[0]^abcdefgh?
??? key_pbox[1]=pbox[1]^ijklmnab?
??? ……?
??? 如此循環，直到key_box填充完畢。?
??? (3) 用BF_En加密一個全0的64位信息，用輸出的結果替換key_pbox[0]和key_pbox[1]。i=0。 ?
??? (4) 用BF_En加密替換后的key_pbox[i],key_pbox[i+1], 用輸出替代key_pbox[i+2]和key_pbox[i+3]。?
??? (5) i+2，繼續第(4)步，直到key_pbox全部被替換。?
??? (6) 用key_pbox[16]和key_pbox[17]做首次輸入（相當于上面的全0的輸入），用類似的方法，替換key_sbox 信息加密。信息加密就是用函數把待加密信息x分成32位的兩部分:xL和xR，再用BF_En函數對輸入信息進行變換。系統中采用C語言實現,首先,定義sbox 和pbox 并初始化,將它們放入code中。?
??? unsigned long code sbox[18] = {?
??? 0x243F6A88L , …, 0x8979FB1BL?
} ;?
??? unsigned long code pbox[ 4 ] [256 ] = {?
??? 0xD1310BA6L , …?
??? } ;?
??? 其次,定義兩個全局變量key_pbox和key_sbox,存儲初始化后的子密鑰。?
??? unsigned long key_pbox[18] ;?
??? unsigned long key_sbox[4] [256] ;?
??? 再完成幾個函數:?
??? void Blowfish_Init (unsigned char 3 key, int keyLen) ;?
??? //初始化子密鑰?
??? void Blowfish_Encrypt (unsigned long 3 xl, unsigned long 3 xr) ;?
??? //加密函數?
??? ……?
??? 最后,初始化單片機,用TESTKEY 作為密鑰進行初始化, 對算法進行測試。?
??? 隨著單片機系統越來越廣泛的應用，其安全保密問題也越來越受到重視。密碼學為其提供了正確的理論基礎。同時，性能優良的硬件（例如DM2016）是實現其安全保密的基礎。二者缺一不可。?
參考文獻?
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