摘 要： 介紹一種基于RTX51 TINY的加密短消息" title="短消息">短消息通信系統(tǒng)" title="通信系統(tǒng)">通信系統(tǒng)，可以實現手機與手機以及手機與計算機之間的加密短消息通信。
關鍵詞： 嵌入式操作系統(tǒng) RTX51 TINY 加密短消息
短消息服務，簡稱SMS(Short Message Service)。由于其方便、快捷、收費低廉，使得其應用越來越廣泛，一些成功的短信服務已經形成大規(guī)模的創(chuàng)收業(yè)務。在利用短消息技術實現手機銀行、手機炒股時，需要一定的信息安全技術來保護短消息所傳輸的敏感數據的安全。一種常用的技術就是短消息加密技術，即將所傳數據加密之后進行傳輸。
加密短消息的通信技術有多種，常用的方法有三種。一種是利用計算機實現，在發(fā)送端，通過運行在計算機中的軟件對短消息進行加密，然后通過發(fā)送裝置發(fā)送，而在接收端，接收裝置接收到加密的短消息后，傳送給計算機，再通過相應的軟件進行解密。這種方式實際是將短消息作為數據通信的載體使用，只能實現計算機與計算機之間的加密短消息通信，而只擁有手機的個人用戶很難使用此方式。另一種是將手機現有的SIM卡升級成STK卡，然后通過STK的編程實現加密短消息的通信。通過STK卡的編程，在手機菜單目錄中增加了使用加密短消息通信的相應增值服務項目，用戶使用這些項目就可以實現加密短消息的收發(fā)。這種方式需要手機用戶將SIM卡升級成STK卡，而且只能使用相應的增值服務項目。第三種方式是通過基于手機操作系統(tǒng)" title="手機操作系統(tǒng)">手機操作系統(tǒng)的軟件開發(fā)來實現，針對相應的手機操作系統(tǒng)，編程實現加密短消息通信軟件模塊，然后下載到手機中，用戶使用此模塊實現加密短消息通信。此種方式個人用戶使用最方便，但是對手機有相應要求，例如Silicon Village公司的Fortress SMS加密短消息通信系統(tǒng)，就需要基于Symbian V6手機操作系統(tǒng)的手機，如Nokia 7650手機。
本文介紹一種基于單片機的加密短消息通信系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是一個運行RTX51 TINY嵌入式實時操作系統(tǒng)的單片機，與手機的控制端口進行通信，控制手機的短消息操作，實現了手機與手機、手機與計算機以及計算機之間的加密短消息通信。
1 系統(tǒng)組成
實現手機與手機、手機與計算機以及計算機之間的加密短消息通信，既方便個人用戶也方便企業(yè)用戶的使用。系統(tǒng)的組成分為手機端與計算機端。手機端所完成的主要功能是對發(fā)送短消息的加密以及接收短消息的解密。手機端并不需要對短消息進行編輯，相應的編輯工作通過手機來完成，這就減少了單片機系統(tǒng)" title="單片機系統(tǒng)">單片機系統(tǒng)的硬件電路，使得單片機系統(tǒng)不需要設計鍵盤和顯示部分，也就保證了手機端設備小型化設計的要求。
手機端操作分成短消息的加密發(fā)送與接收解密兩部分：
(1)發(fā)送加密短消息
用戶在使用手機端設備發(fā)送加密短消息時，首先用手機編輯一條短消息，此條短消息是未加密的明文短消息，用戶不將其發(fā)送出去，而是存入發(fā)件箱；然后，手機端設備運行加密操作，將存在發(fā)件箱中未發(fā)出的明文短消息進行加密，加密之后再發(fā)送，完成發(fā)送操作。
(2)接收加密短消息
當手機接收到加密的短消息后，用戶如果直接讀取，則在收件箱中會有一條不可識別的密文短消息。此時，運行手機端設備進行解密操作，手機端設備從手機收件箱中讀取密文短消息進行解密。解密之后將明文短消息存入手機的發(fā)件箱中，用戶從發(fā)件箱中就可以讀取到解密之后的明文短消息。
計算機端的核心是運行在計算機中的短消息加解密" title="加解密">加解密軟件,通過VC編程實現。由于不受系統(tǒng)資源的限制，計算機端軟件功能較強大，不僅可以實現短消息的加密發(fā)送、接收解密，還可以對手機收件箱、發(fā)件箱、已發(fā)件箱內的短消息進行管理。在計算機本地還可以建立通信錄、短信數據庫，實現短消息的群發(fā)。
2 加密短消息實現原理
單片機系統(tǒng)控制手機進行短消息收發(fā)的原理實際上是利用手機的控制端口向手機發(fā)出一系列的AT命令，達到控制手機收發(fā)短消息的目的。單片機所連接的控制端口一般為串行異步接口，可以是紅外連接方式也可以是電纜連接方式，本系統(tǒng)采用電纜方式進行連接，通信速率與所選用手機的型號相關。
所用的AT指令是GSM07.05[1]中所規(guī)定的AT指令。該指令集由歐洲通信技術秀員會ETSI(European Telecommunications Standards Institute)發(fā)布，其中包含了收發(fā)SMS的相應指令。其主要指令如表1所示。
在發(fā)送短消息前，首先通過AT+CMGF命令選擇短消息的格式。短消息的格式一般有TEXT與PDU兩種，PDU格式應用最為廣泛，基本上全國所有的電信局都支持PDU格式的短消息業(yè)務。PDU格式相當于一個數據包，也方便實現短消息的加解密。本系統(tǒng)采用PDU格式收發(fā)短消息。
PDU格式的短消息數據包分為兩種，一種為SMS-SUBMIT,一種為SMS-DELIVER。SMS-SUBMIT為手機發(fā)送的PDU數據包格式，SMS-DELIVER為手機接收的PDU數據包格式。如圖1所示。
其中SMSC為短消息中心號碼，FO為首位，MR為信息類型，DA為被叫號碼，PID為協議標識，DCS為編碼方案，VP為有效期，OA為發(fā)送號碼，SCTS為發(fā)送時間，UDL為用戶數據長度，UD為用戶數據。詳細內容請參見GSM03.40[2]。
進行加密短消息通信時，需要對SMS-SUBMIT格式的PDU數據包進行加密，對接收的SMS-DELIVER格式的PDU數據包進行解密。整個加密與解密操作只能對UD，也就是對用戶數據進行操作，不能對PDU數據包中的其他數據進行操作，以免造成數據格式不正確，無法進行短消息的收發(fā)。
短信加密算法可以采用用戶自定義的加密算法，也可以用DES、Rijndael等標準算法。但特別需要強調的是，用戶數據需要進行十六進制編碼后才能正確傳輸。無論選用何種加密算法，當完成對用戶數據的加密操作后，需要將加密后的數據進行十六進制編碼，然后發(fā)送。解密前，需要先進行十六進制的解碼，然后再解密。
3 基于RTX51 TINY的單片機系統(tǒng)設計
RTX51是德國KEIL公司開發(fā)的一種應用于8051系列單片機上的實時多任務嵌入式操作系統(tǒng)。采用它可以簡化復雜的軟件設計，縮短項目開發(fā)時間。短消息加密通信系統(tǒng)的手機端設備，需要處理的數據量大，還要實現較復雜的加解密算法，但對系統(tǒng)的實時性要求不強，適合選用RTX51進行軟件的開發(fā)。
RTX51有兩個版本：RTX51 FULL與RTX51 TINY。RTX51 TINY是RTX51 FULL的一個子集，通過時間片輪詢方式，可以支持多達16個任務，任務之間可以進行信號傳遞，已經滿足手機端設備的需要。
3.1 系統(tǒng)硬件組成
由于一條短消息需要占用幾十到一百多字節(jié)的存貯空間，所以需要單片機系統(tǒng)對進行外部存貯器的擴展。為了與手機接口的電平匹配，還需要加電平轉換電路。整個單片機系統(tǒng)以AT89C52為核心，外接6264(8K RAM)進行數據存貯器擴展，以74HC04進行電平轉換，組成框圖如圖2所示。
3.2 系統(tǒng)軟件設計
軟件的核心為串行數據通信處理與加解密算法。為了保證串行數據通信的可靠性，采用中斷方式而不采用查詢方式處理串行口，并編寫了相應的處理函數。加解密算法與計算機端軟件保持一致，也通過相應的子函數實現。復位后，首先進行系統(tǒng)初始化，然后啟動相應的處理任務，連接手機并監(jiān)視按鍵與串行口，對命令進行實時處理。系統(tǒng)軟件結構如圖3所示。
系統(tǒng)任務分配如下：
(1)任務0：TASK_INI，系統(tǒng)初始化并啟動其他全部任務；
(2)任務1：TASK_CONECTPHONE，連接手機，判斷手機是否正確，并對手機進行初始化；
(3)任務2：TASK_SEND_AT，SMS短消息控制命令發(fā)送任務，向串行口發(fā)送AT命令；
(4)任務3：TASK_GET_DATA，從串行口接收數據，存入緩沖區(qū)，當監(jiān)測到特征字符后，調用數據處理任務對數據進行處理；
(5)任務4：TASK_PROCESS_DATA，對接收到的數據進行處理，并調用加解密函數實現SMS的加密與解密；
(6)任務5：TASK_KEY，輸入按鍵處理；
(7)任務6：TASK_ERROR，錯誤處理。
在程序調試階段，發(fā)現由于串行口數據接收的實時性要求高，而RTX51 TINY不支持任務的優(yōu)先級，如果在一個任務中完成數據的接收與處理，則會由于處理速度慢造成接收緩沖區(qū)的溢出。所以將數據的接收與處理分在兩個任務中完成，數據接收任務負責數據的接收，并將接收數據存入緩沖區(qū)，只有當監(jiān)測到特征字符后，才調用數據處理任務對數據進行處理。
為了對PDU數據包進行處理，并且完成加密解密操作，系統(tǒng)主要編寫了以下函數：
(1)CHAR XDATA *FIND_PDU(CHAR XDATA *P)：從接收數據緩沖區(qū)中查找PDU數據包；
(2)CHAR XDATA *PROCESS_SMS_SUBMIT(CHAR XDATA *P)：處理SMS-SUBMIT格式的PDU數據包；
(3)CHAR XDATA *PROCESS_SMS_DELIVER(CHAR XDATA *P)：處理SMS-DELIVER格式的PDU數據包；
(4)VOID ENCODE(CHAR XDATA *P,INT LEN)：加密函數；
(5)VOID DECODE(CHAR XDATA *P,INT LEN)：解密函數；
(6)VOID CHAR2HEX(CHAR XDATA *P,INT LEN)：十六進制編碼；
(7)VOID HEX2CHAR(CHAR XDATA *P,INT LEN)：十六進制解碼；
(8)SERIAL( ) INTERRUPT 4：串行口中斷處理函數。
加密短消息通信系統(tǒng)的應用廣泛，在金融、股票、電子商務、醫(yī)療、數據庫安全、用戶認證以及其他需要保證短消息安全的應用中，都需要加密短消息通信系統(tǒng)。本文介紹的加密短消息通信系統(tǒng)，由于是通過手機的控制端口控制手機進行加密短消息的收發(fā)，對手機的硬件沒有具體的要求。也就是說即不需要將SIM卡進行升級，也不要求一定是采用某種手機操作系統(tǒng)的手機。這方便了已經擁有手機的用戶的使用，便于系統(tǒng)的推廣。
參考文獻
1 GSM07.05. Digital cellular telecommunication system(Phase 2);Use of Data Terminal Equipment-Data Circuit terminating Equipment (DTE-DCE) interface for Short Message Service (SMS) and Cell Broadcast Service (CBS). [EB/OL]
2 GSM 03.40. Digital cellular telecommunications system(Phase 2+);Technical realization of the Short Message Service(SMS)Point-to-Point(PP). [EB/OL]
3 劉明路，王亮生.基于RTX51的單片機軟件設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用, 2002;(12)
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5 徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言C51 Windows環(huán)境編程與應用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2001