【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 節(jié)的多存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的用戶區(qū)，能滿足大部分應(yīng)用領(lǐng)域的要求，每個(gè)字節(jié)的擦 /寫編程時(shí)間至少 ，存儲(chǔ)器具有至少 10000 次的擦寫周期，數(shù)據(jù)保持時(shí)間至少 10 年， SLE4442 IC 卡芯片包括三個(gè)存儲(chǔ)器，即主存儲(chǔ)器、保護(hù)存儲(chǔ)器及加密存長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 儲(chǔ)器。 卡安全性分析 雖然 SLE4442 IC 卡自身具有很強(qiáng)的硬件加密措施，但并不是無(wú)懈可擊的。 SLE4442IC 卡存在的被攻擊途徑主要有：窮舉法、中途攔截法及終端設(shè)備分析法等。 (1)窮舉法 SLE4442 IC卡在終端設(shè)備上最多只有 3次卡密碼校驗(yàn)機(jī)會(huì)，這樣 3個(gè)字節(jié)的卡密碼總共有 1600多萬(wàn)個(gè)組合通?？刹捎迷谕ㄓ米x卡器上改寫卡密碼，在終端上試用，嘗試多個(gè)組合直至找出卡密碼，這就是窮舉法。 (2)中途攔截法 中途攔截法是將通用讀寫器并接在應(yīng)用設(shè)備的卡頭上，或在 IC 卡上引線并接通用讀寫器，在卡校驗(yàn)密碼后未下電時(shí)，通過(guò)讀卡器讀出卡 密碼。 (3)終端設(shè)備信息分析法 從終端設(shè)備的存儲(chǔ)芯片內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)分析，從而破解卡密碼。防止終端設(shè)備信息分析法一般要對(duì)存儲(chǔ)芯片上的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件加密，動(dòng)態(tài)修改數(shù)據(jù)值。 從以上分析發(fā)現(xiàn)： SLE4442 IC 卡存在 IC 的潛在性攻擊是終端設(shè)備在硬件上無(wú)法解決的，需要進(jìn)一步在軟件方面進(jìn)行加密和數(shù)據(jù)處理。 SLE4442 采取的加密算法 SLE4442 IC 卡自動(dòng)加油控制系統(tǒng)由于涉及到金額、密碼等機(jī)密數(shù)據(jù)，因此需要做好完善的加密工作，即要保證系統(tǒng)的安全性和可靠性。所謂安全性的實(shí)質(zhì)就是如何確保當(dāng)事人以外的客體不得 介入；而可靠性的實(shí)質(zhì)是如何鑒定當(dāng)事人的真?zhèn)?，以及所傳遞的信息的真?zhèn)魏屯暾?。密碼體系安全系統(tǒng)，設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想如下： (1) 一卡一密； (2) IC 卡的密碼與卡號(hào)有關(guān)； (3) 加密算法的密鑰需要安全保存； (4) IC 卡的密碼能系統(tǒng)性動(dòng)態(tài)變更； (5) IC 卡密碼生成采用 DES 加密算法。 SLE4442IC 卡自動(dòng)加油機(jī)控制系統(tǒng)的安全性主要體現(xiàn)在對(duì) SLE4442IC 卡密碼的操作和管理上，因此，密碼安全體系即為整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)的核心。本系統(tǒng)加密算法采用國(guó)際上普遍流行的公開(kāi)加密算法一 DES(Data Encryption Standard)加密算法。 DES 把傳統(tǒng)的代替法和換位法進(jìn)行多次組合，利用分散和錯(cuò)亂的相互作用得出了密碼強(qiáng)度很高的密文。 DES 算法的入口參數(shù)有三個(gè)： Key,Data,Mode。其中 Key 為 8個(gè)字節(jié)共 64 位，是 DES 算法的工作密鑰； Data 也為 8 個(gè)字節(jié) 64 位，是要被加密或被解密的 SLE4442IC 卡數(shù)據(jù)； Mode 為 DES 的工作方式，有兩種：加密或解密。 如 Mode 為加密，則用 Key 去把數(shù)據(jù) Data 進(jìn)行加密，生成 Data 的密碼形式 (64 位 )作為 DES的輸出結(jié)果；如 Mode 為解密，則用 Key 去把密碼形式的數(shù)據(jù) Data 解密，還原為 Data 的明碼形式長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 (64 位 )作為 DES 的輸出結(jié)果。在通信網(wǎng)絡(luò)的兩端，雙方約定一致的 Key，在通信的源點(diǎn)用 Key 對(duì)核心數(shù)據(jù)進(jìn)行 DES 加密，然后以密碼形 式通過(guò)密鑰卡傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的終點(diǎn)，數(shù)據(jù)到達(dá)目的地后，用同樣的 Key 對(duì)密碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，便再現(xiàn)了明碼形式的核心數(shù)據(jù)。這樣，便保證了核心數(shù)據(jù)在自動(dòng)加油機(jī)控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。通過(guò)定期在通信網(wǎng)絡(luò)源端和目的端同時(shí)改用新的 Key，便能更進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的保密性。 DES 算法把 64位的明文輸入塊變?yōu)?64位的密 文輸出塊，它所使用的密鑰也是 64 位，整個(gè)算法的主流程如下： 第一步：輸入 64 個(gè)二進(jìn)制位明碼數(shù)據(jù)區(qū)組， T=tlt2?? t64 按初始換位 IP(見(jiàn)表 1)進(jìn)行換位，得到區(qū)組 B(0)=b1(0)b2(0)?? b64(0)=t58t50?? t7 表 1 初始換位表 IP 58 50 12 34 26 18 10 2 60 52 44 36 28 20 12 4 62 54 46 38 30 22 14 6 64 56 48 40 32 24 16 8 57 49 41 33 25 17 9 1 59 51 43 35 27 19 11 3 61 53 45 37 29 21 13 5 63 55 47 39 31 23 15 7 第二步：設(shè) B(ii)=b1(i)b2(i)?? b64(i)是第 i+1 次迭代的 64 個(gè)二進(jìn)制位輸入?yún)^(qū)組，將 B(i)分為左右兩個(gè)大小相等的部分，每部分為一個(gè) 32 位二進(jìn)制的數(shù)據(jù)塊 L(i)=l1(i)l2(i)?? 132(i)=bl(i)b2(i)?? b32(i) R(i)=r1(i)r2(i)?? r32(i)=b33(i)b34(i)?? b64(i) 把 R(i)視為由 8 個(gè) 4 位二進(jìn)制的塊組成 r1(i)r2(i)r3(i)r4(i) r5(i)r6(i)r7(i)r8(i) ?? r29(i)r30(i)r31(i)r32(i) 通過(guò)循環(huán)抄錄相鄰塊的相鄰塊 ， 把它們?cè)贁U(kuò)充為 8個(gè) 6位二進(jìn)制的塊 r32(i)rl(i)r2(i)r3(i)r4(i)r5(i) r4(i)r5(i)r6(i)r7(i)r8(i)r9(i) ?? r28(i)r29(i)r30(i)r31(i)r32(i)rl(i) 用 E(R(i))表示這個(gè)變換，稱為擴(kuò)充函數(shù)。 第三步：在第 i+1 次迭代中，用 48 位二進(jìn)制 K(i+l)=kl(i+l)k2(i+l)?? 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 其中 k48(i+l)與 E(R(i)按位相加 (邏輯異或 )，得 r32(i)+kl(i+l)rl(i)+k2(i+l)?? r5(i)+k6(i+l) r4(i)+k7(L+l)r5(L)+k8(i+l)?? 9(i)+kl2(i+l) ?? r28(i)+k48(i+l)r29(i)+k44(i+l)...rl(i)+k48(i+l) 第四步：將以上第 j 個(gè) (1J6)位二進(jìn)制的塊 (記為 Z=zj1 zj2 zjJ?? zj4 zj5 zj6)輸入第 j個(gè)替代函數(shù)習(xí)。各替代函數(shù)習(xí)的功能是把 6 位數(shù)變換成 4 位數(shù)，做法是以 zjl,zj6 為行號(hào)，zj2,zj3,zj4,zj5 為列號(hào)，查找副，行列交叉處即是要輸出的 4 位數(shù)。 第五步：八個(gè)替代函數(shù) SJ(1J8)的輸出拼接為 32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)區(qū)組 yl(i)y2(i)?? y32(i) 把它作為換位函數(shù) P 的輸人，得到輸出 X(i)=xl(i)x2(i)?? x32(i) =yl6(i)y17(i)?? y25(i) 第六步：把 L(i)與 X(i)按位相加，形成 R(i+1)，且令 R(i)為 l， (i／ 1)，即得到經(jīng)第 i+1次迭代加密后的輸出 L(i+1)R(i+1)，其中 L(i+l)=R(i) R(i+l)=L(i)+f(R(i),K(i+l)) (i=0, 1,2,. ..... , 15) 第七步：對(duì) R(16)L(16)作逆初始換位 IP，得到密碼文。 IC 卡明文由 8字節(jié) 16 進(jìn)制數(shù)據(jù)組成 。 IC 卡明文二 2字節(jié)客戶卡號(hào) +2 字節(jié)客戶卡號(hào)反碼 +1 字節(jié)卡使用序號(hào)十 3字節(jié)的本次設(shè)置密碼。表 2為 IC卡密碼生成規(guī)則例表。 其中， IC 卡明文為 0001FFFE01645645U，由客戶卡號(hào)、客戶卡號(hào)反碼、卡使用序號(hào)及本次設(shè)置密碼組成：密鑰為 4616168484648151H，由 8字節(jié) 16 進(jìn)制數(shù)組成， IC卡額度密鑰需要妥善保存，是整個(gè)加密系統(tǒng)安全機(jī)制的核心?？艽a由明文經(jīng) DES 算法加密后生成 8字節(jié)密文： 60F7B2E65D93B512H，取密文前 3 個(gè)字節(jié)作為卡密碼。 取密文第 8 字節(jié) 12H 寫人 IC卡中，用于校 驗(yàn)密碼前判斷密碼是否正確。 表 2 IC卡密碼生成規(guī)則例表 明文 客戶卡號(hào) 客戶卡號(hào)反碼 卡使用 序號(hào) 本次設(shè)置密碼 00H 01H FFH FEH 01H 64H 56H 45H 密匙 64H 16H 16H 84H 84H 64H 81H 51H 密文 60H F7H B2H E6H 5DH 93H B5H 12H 卡密碼 60H F7H B2H 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)應(yīng)用概況 目前微處理器有很多種，在我國(guó)， MCS51 系列的單片機(jī)用的比較廣泛，這種單片機(jī)性能可 靠，價(jià)格便宜，廣泛應(yīng)用在工業(yè)上的各個(gè)領(lǐng)域。以最開(kāi)始的 8031 為代表，但是 8031 單片機(jī)沒(méi)有內(nèi)部RAM 和 ROM，程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)很不方便，所以本設(shè)計(jì)采用了 803l 的改進(jìn)型 89C51， 89C51 內(nèi)部自帶了 4KB 的 EPROM，和 128B 的內(nèi)部 RAM?？梢苑奖銓懭?/擦除程序。 單片機(jī)應(yīng)用的主要領(lǐng)域有智能產(chǎn)品、智能儀表、測(cè)試系統(tǒng)、數(shù)控控制機(jī)、智能接口。 目前用戶在構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)有三種方式可供選擇： ：這種系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置完全是按照應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求設(shè)計(jì)的。 ：這種系統(tǒng)，將典型配置做成 用戶系統(tǒng)，以供用戶選擇使用。 ：受通用 CPU 單板機(jī)的影響硬件按照典型應(yīng)用系統(tǒng)配置并配有監(jiān)控程序具有自開(kāi)發(fā)能力。 AT89C51 功能簡(jiǎn)介 AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含有 4K 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 (EPROM)和 128 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS— 51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器 (CPU)和Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價(jià)的應(yīng)用場(chǎng)合?？伸`活應(yīng)用于各種領(lǐng)域。 ： (1) 與 MCS5l兼容 (2) 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 (3) 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) (4) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年 (5) 全靜態(tài)工作： 0Hz～ 24MHz (6) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 (7) 128*8 位內(nèi)部 RAM (8) 32 可編程 I/O 線 (9) 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 (10) 5 個(gè)中斷源 (11) 可編程串行通道 (12) 低功耗的閑置和掉電模式 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 2 M a y 2 0 1 2 S h e e t o f F i l e : C : \ U s e r s \ l e no v o \ D e s k t o p \ 臨時(shí)文件 \ 單片機(jī) . d dbD r a w n B y :P 1 .0 / T 21P 1 .1 / T 2 E X2P 1 .2 / R X D 13P 1 .3 / T X D 14P 1 .4 / I N T 25P 1 .5 / I N T 36P 1 .6 / I N T 47EA31P 3 .0 / R X D 010P 3 .1 / T X D 011P 3 .2 I N T 012P 3 .3 I N T 113P 3 .4 / T 014P 3 .5 / T 115P 3 .6 / W R16G N D20R S T9A L E30P S E N29V C C40P 0 .0 / A D 039P 0 .1 / A D 138P 0 .2 / A D 237P 0 .3 / A D 336P 0 .4 / A D 435P 0 .5 / A D 534P 0 .6 / A D 633P 0 .6 / A D 732P 2 .0 / A 821P 2 .2 / A 1 023P 2 .1 / A 922P 2 .3 / A 1 124P 2 .4 / A 1 225P 2 .5 / A 1 326P 2 .6 / A 1 427P 2 .7 / A 1 528X119X218P 1 .7 / I N T 58P 3 .7 / R D17A T 8 9 C 5 1(13) 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳排列及說(shuō)明：如圖 22。