【文章內(nèi)容簡介】 10000 次的擦寫周期，數(shù)據(jù)保持時間至少 10年， SLE4442 IC 卡芯片包括三個存儲器，即主存儲器、保護存儲器及加密存長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 儲器。 雖然 SLE4442 IC 卡自身具有很強的硬件加密措施，但并不是無懈可擊的。 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次卡密碼校驗機會，這樣 3個字節(jié)的卡密碼總共有 1600多萬個組合通?？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，在卡校驗密碼后未下電時，通過讀卡器讀出卡密碼。 (3)終端設(shè)備信息分析法 從終端設(shè)備的存儲芯片內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析，從而破解卡密碼。防止終端設(shè)備 信息分析法一般要對存儲芯片上的數(shù)據(jù)進行軟件加密，動態(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)備在硬件上無法解決的，需要進一步在軟件方面進行加密和數(shù)據(jù)處理。 SLE4442采取的加密算法 SLE4442 IC 卡自動加油控制系統(tǒng)由于涉及到金額、密碼等機密數(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。所謂安全性的實質(zhì)就是如何確保當事人以外的客體不得介入；而可靠性的實質(zhì)是如何鑒定當事人的真?zhèn)危约八鶄鬟f的信息的真?zhèn)魏屯暾?。密碼體系安全系統(tǒng)，設(shè)計指導思 想如下： (1) 一卡一密； (2) IC卡的密碼與卡號有關(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)性動態(tài)變更； (5) IC卡密碼生成采用 DES加密算法。 SLE4442IC卡自動加油機控制系統(tǒng)的安全性主要體現(xiàn)在對 SLE4442IC卡密碼的操作和管理上，因此，密碼安全體系即為整個應用系統(tǒng)安全設(shè)計的核心。本系統(tǒng)加密算法采用國際上普遍流行的公開加密算法一 DES(Data Encryption Standard)加密算法。 DES把傳統(tǒng)的代替法和換位法進行多次組 合，利用分散和錯亂的相互作用得出了密碼強度很高的密文。 DES算法的入口參數(shù)有三個： Key,Data,Mode。其中 Key為 8個字節(jié)共 64 位，是 DES算法的工作密鑰； Data 也為 8 個字節(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的明碼形式長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設(shè)計（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，在通信的源點用 Key 對核心數(shù)據(jù)進行 DES加密，然后以密碼形 式通過密鑰卡傳輸?shù)酵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的終點，數(shù)據(jù)到達目的地后，用同樣的 Key 對密碼數(shù)據(jù)進行解密，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)在自動加油機控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。通過定期在通信網(wǎng)絡(luò)源端和目的端同時改用新的 Key，便能更進一步提高數(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，整個算法的主流程如下： 第一步：輸入 64個二進制位明碼數(shù)據(jù)區(qū)組， T=tlt2?? t64 按初始換位 IP(見表 1)進行換位，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個二進制位輸入?yún)^(qū)組，將 B(i)分為左右兩個大小相等的部分，每部分為一個 32位二進制的數(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 4位二進制的塊組成 r1(i)r2(i)r3(i)r4(i) r5(i)r6(i)r7(i)r8(i) ?? r29(i)r30(i)r31(i)r32(i) 通過循環(huán)抄錄相鄰塊的相鄰塊 ， 把它們再擴充為 8個 6位二進制的塊 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))表示這個變換，稱為擴充函數(shù)。 第三步：在第 i+1次迭代中，用 48位二進制 K(i+l)=kl(i+l)k2(i+l)?? 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設(shè)計（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 (1J6)位二進制的塊 (記為 Z=zj1 zj2 zjJ?? zj4 zj5 zj6)輸入第 j個替代函數(shù)習。各替代函數(shù)習的功能是把 6 位數(shù)變換成 4 位數(shù)，做法是以 zjl,zj6 為行號，zj2,zj3,zj4,zj5為列號，查找副，行列交叉處即是要輸出的 4位數(shù)。 第五步：八個替代函數(shù) SJ(1J8)的輸出拼接為 32位二進制數(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 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 進制數(shù)據(jù)組成。 IC卡明文二 2字節(jié)客戶卡號 +2字節(jié)客戶卡號反碼 +1字節(jié)卡使用序號十 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、客戶卡號反碼、卡使用序號及本次設(shè)置密碼組成：密鑰為 4616168484648151H，由 8字節(jié) 16進制數(shù)組成， IC卡額度密鑰需要妥善保存，是整個加密系統(tǒng)安全機制的核心?？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 客戶卡號反碼 卡使用 序號 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 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 單片機的選擇 單片機應用概況 目前微處理器有很多種，在我國， MCS51系列的單片機用的比較廣泛，這種單片機性能可靠，價格便宜，廣泛應用在工業(yè)上的各個領(lǐng)域。以最開始的 8031 為代表，但是 8031 單片機沒有內(nèi)部RAM 和 ROM，程序和數(shù)據(jù)的存儲很不方便，所以本設(shè)計采用了 803l的改進型 89C51， 89C51內(nèi)部自帶了 4KB的 EPROM，和 128B 的內(nèi)部 RAM。可以方便寫入 /擦除程序。 單片機應用的主要領(lǐng)域有智能產(chǎn)品、智能儀表、測試系統(tǒng)、數(shù)控控制機、智能接口。 目前用戶在構(gòu)成應用系統(tǒng)時有三種方式可供選擇： ：這種系統(tǒng)的擴展與配置完全是按照應用系統(tǒng)的功能要求設(shè)計的。 ：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 單板機的影響硬件按照典型應用系統(tǒng)配置并配有 監(jiān)控程序具有自開發(fā)能力。 AT89C51 功能簡介 AT89C51是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的 CMOS 8位單片機，片內(nèi)含有 4K字節(jié)的可反復擦寫的只讀程序存儲器 (EPROM)和 128字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS— 51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51單片機可提供許多高性價的應用場合?？伸`活應用于各種領(lǐng)域。 ： (1) 與 MCS5l兼容 (2) 4K字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 (3) 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) (4) 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年 (5) 全靜態(tài)工作： 0Hz～ 24MHz (6) 三級程序存儲器鎖定 (7) 128*8位內(nèi)部 RAM (8) 32可編程 I/O線 (9) 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 (10) 5個中斷源 (11) 可編程串行通道 (12) 低功耗的閑置和掉電模式 長春工業(yè)大學人文信息學院畢業(yè)設(shè)計（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 \ 臨時文件 \ 單片機 . 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)振蕩器和時鐘電路 ：如圖 22。 圖 22 AT89C5l雙 列直插封裝管腳排列 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0口為一個 8位漏極開路雙向 I/O口，每管腳可吸收 8TTL門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻抗