CN101000582A - 一种存储器数据加密装置和方法及其解密装置及方法 - Google Patents

一种存储器数据加密装置和方法及其解密装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种存储器数据加密装置和方法及其解密装置及方法。在本发明中，使用地址线的高N位来选择存储器某段地址的加密方案，实现了在同一存储器内的不同分段地址的数据使用不同的加密方案；进一步地，本发明还可以利用随机数来随机选定每段地址的加密方案；另外，本发明还提出对不同的存储芯片使用不同的变址方案，从而大大增强了数据存储的安全性。可以广泛应用于存储器数据加密装置和方法中。

Description

一种存储器数据加密装置和方法及其解密装置及方法
技术领域
本发明涉及数据存储，特别涉及一种存储器数据加密装置和方法及其解密装置及方法。
技术背景
通常，我们存储数据所用的存储设备，是采用明文地址即写入地址就是实际存储器中的存储地址和明文数据即所见即所得的方式进行存储。在对存储数据不需要任何安全保护的情况下，这种方法是适用的。
为了增加存储数据的安全性，一种简单而有效的方法就是将数据进行加密然后再写入经过乱序变换的地址中。读出数据时先将地址做同样的变换，然后从乱序后的地址读出数据进行解密再送出数据结果。这样只要数据加密和解密算法是互逆的就可以保证读出的数据就是已写入的数据。但这种方法的安全性完全依赖于加解密算法的复杂程度。
发明内容
有鉴于此，本发明需要解决的技术问题就是现有技术中存储数据不够安全的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种存储器数据加密装置，包括加密模块以及存储器；所述加密模块根据地址的高N位的不同来选择使用不同的加密方案来对数据进行加密；所述存储器用于保存经过加密的数据。
进一步地，所述不同的加密方案是采用不同的加密算法、不同密钥参数或密钥的算法。
进一步地，还包括随机数产生模块，用于产生随机数，所述随机数与加密方案一一对应，当地址高N位有变化时，由所述随机数来决定选用哪个加密方案来对当前地址段的数据进行加密。
进一步地，还包括地址变换模块，用于对地址进行变换，则加密模块输出的加密数据即被存入变换后地址所指定的存储器地址。
进一步地，所述存储器中保存着地址变换方案配置值，该配置值与不同的地址变换方案一一对应，在存储器出厂时设定；在加密时，根据存储器的配置值，使用相应地址变换方案。
进一步地，所述在存储器出厂时设定地址变换方案配置值，具体为：事先根据实际的安全强度的要求设定几种地址乱序方案；存储器出厂时，初始化存储器的配置值，采用循环方式为每个存储器写入不同的配置值，对于N位宽的地址，最多有N！种不同的地址变换方案，定义存储器的某一存储地址写入代表地址变换方案的配置值。
本发明还提供一种存储器数据加密方法，包括：
步骤100，根据高N位地址的不同，选定预先设定的对应数据加密方案；
步骤200，对数据以选定的加密方案进行加密；
步骤300，将加密数据存入存储器；
步骤400，数据存储完毕？如果已完毕，则结束；否则执行步骤500；
步骤500，高N位地址变化？若无变化，则执行步骤200，仍以当前的加密方案来进行数据加密；如有变化，则执行步骤100，需要根据变换后的高N位地址选定相应的加密方案，利用新的加密方案来进行数据加密。
进一步地，所述不同的加密方案是采用不同的加密算法、不同密钥参数或密钥的算法。
进一步地，预先确定不同的随机数对应的加密方案，则在所述步骤100中，还包括产生随机数的过程；在进行数据加密时，当地址高N位有变化时，则产生一随机数，由该随机数来决定选用哪个加密方案来对当前地址段的数据进行加密。
进一步地，在步骤200和300之间加入地址变换步骤250，对地址进行变换，则在步骤300中，加密数据即被存入变换后地址所指定的存储器地址。
进一步地，不同的地址变换方案与地址变换方案配置值一一对应，所述存储器中保存着地址变换方案配置值，该配置值在存储器出厂时设定；加密时，根据存储器的配置值，使用相应地址变换方案。
进一步地，所述在存储器出厂时设定地址变换方案配置值，具体为：事先根据实际的安全强度的要求设定几种地址乱序方案；存储器出厂时，初始化存储器的配置值，采用循环方式为每个存储器写入不同的配置值，对于N位宽的地址，最多有N！种不同的地址变换方案，定义存储器的某一存储地址写入代表地址变换方案的配置值。
相应地，本发明还提供一种存储器数据解密装置，用于对经过上述加密装置加密的数据进行解密，包括解密模块以及存储器；所述存储器用于保存经过加密的数据，所述解密模块用于根据地址的高N位的不同来选择使用不同的解密方案来对加密数据进行解密；所述解密方案与加密方案互逆。
进一步地，对于在加密时，根据随机数不同而选择不同加密方案的情况，在解密时根据随机数的不同，选择相应解密方案来进行数据解密。
进一步地，还包括地址变换模块，用于对加密时进行过地址变换的数据进行逆向地址变换，得到正常顺序的加密数据。
进一步地，所述存储器中保存着地址变换方案配置值，该配置值与不同的地址变换方案一一对应，在存储器出厂时设定；解密时，根据存储器的配置值，使用相应逆向地址变换方案来进行地址变换。
相应地，本发明还提供一种存储器数据解密方法一种存储器数据解密方法，用于对经过上述加密方法加密的数据进行解密，其特征在于，包括：
步骤600，根据高N位地址的不同找到相应解密方案；
步骤700，将加密数据从存储器读出；
步骤800，对数据以选定的解密方案进行解密；
步骤900，数据读取完毕？如果已完毕，则结束；否则执行步骤1000；
步骤1000，高N位地址变化？若无变化，则执行步骤700，仍以当前的解密方案来进行数据解密；如有变化，则执行步骤100，需要根据变换后的高N位地址选定相应的解密方案，利用新的解密方案来进行数据加密；
所述解密方案与加密方案为互逆过程。
进一步地，对于在加密时，根据随机数不同而选择不同加密方案的情况，在解密时步骤600中，需要根据随机数的不同，选择相应解密方案来进行数据解密。
进一步地，步骤600之前还包括地址变换步骤，用于对在加密时进行过地址变换的数据进行逆向的地址变换，得到正常顺序的加密数据。
进一步地，不同的存储器可采用不同的地址变换方案，由地址变换方案配置值来标志具体采用哪种地址变换方案，所述配置值在存储器出厂时设定；在解密时，根据存储器的配置值，使用相应地址变换方案来进行逆向地址变换。
本发明使用地址线的高N位来选择存储器某段地址的加密方案，实现了在同一存储器内的不同分段地址的数据使用不同的加密方案；进一步地，本发明还可以利用随机数来随机选定每段地址的加密方案；另外，本发明还提出对不同的存储芯片使用不同的变址方案，从而大大增强了数据存储的安全性。
附图说明
图1本发明加密装置示意图；
图2本发明加密装置的改进示意图；
图3本发明加密方法流程图；
图4本发明解密装置示意图；
图5本发明解密方法流程图。
具体实施方式
下面结合详细说明本发明的装置和方法。
如图1所示，本发明装置包括加密模块以及存储器。所述加密模块中可以事先保存若干种加密方案，以及不同的高N位地址与不同加密方案的对应关系，在加密时即可根据地址的高N位来确定加密方案。不同方案可以是采用不同的加密算法、不同密钥参数或密钥的算法。根据地址的高N位，来选择某段地址的数据采用哪种加密方案，最多可有2N种不同的加密方案。例如，对于总共有8位地址线的情况，可以利用地址线的高6位来决定加密方案，则共有26＝64种数据加密方案；当然也可以利用地址线的高2位来决定加密方案，则共使用22＝4种加密方案；可见N越大，数据安全性越强。在选定加密方案后，所述加密模块对各段地址的数据进行加密，输出给存储器。存储器用于保存经过加密的数据。这样可以保证一块存储器中的数据采用了2N种加密方案，增强了存储数据的安全性。
作为本发明装置的改进，还可以包括随机数产生模块。事先确定不同的随机数对应的加密方案，当地址高N位有变化时，由随机数产生模块产生随机数来决定选用哪个加密方案来对当前地址段的数据进行加密，这样，各地址段的加密方案不是事先确定的，进一步加强了存储数据的安全性。
作为本发明装置的更进一步改进，如图2所示，本发明装置还可以包括地址变换模块，用于对地址进行变换。则加密数据即被存入变换后地址所指定的存储器地址。至于具体使用怎样的地址变换方案，可以在存储器出厂时设定，并且可以对不同的存储器设定不同的地址变换方案。首先，根据实际的安全强度的要求设定几种地址乱序方案，如果地址是N位宽，最多可以有N！种不同的地址变换方案。定义存储器的某一存储地址写入代表地址变换方案的配置值，该配置值与地址变换方案一一对应。存储器出厂时，初始化存储器的配置值，可采用循环的方式为每个存储器写入不同的配置值。这样可以保证存储器的地址变换采用了N的阶乘即N！种方案，再次增大了破解难度。举例来进行说明：对于有8位地址的存储器而言，可以有8！＝40320种地址变换方案，即对于一个特定的存储器，其地址变换方案是某特定地址变换方案的几率为1/40320。
举例说明地址变换：方案一，如下表1所示，假设CPU地址总线上的地址顺序为7～0依次排序，地址都是连续的；而本地址变换方案将最低位移到了最高位，其它地址依次右移一位，这样在存储时，就将数据保存在了变换后的存储器地址中，数据的原顺序其实已经被打乱。
CPU地址线     [7]     [6]     [5]     [4]     [3]     [2]     [1]     [0]
存储器地址     [0]     [7]     [6]     [5]     [4]     [3]     [2]     [1]
表1
当然地址变换方案还可以是下面表2、表3所示的方案二和方案三：
CPU地址线     [7]     [6]     [5]     [4]     [3]     [2]     [1]     [0]
存储器地址     [0]     [6]     [5]     [4]     [7]     [3]     [2]     [1]
表2
CPU地址线     [7]     [6]     [5]     [4]     [3]     [2]     [1]     [0]
存储器地址     [1]     [7]     [6]     [5]     [4]     [3]     [2]     [0]
表3
以此类推，对于8位的地址线，共有40320种地址变换方案。
下面说明本发明的方法。如图3所示，为本发明的加密方法流程图。
首先说明，对于不同的高N位地址，应该事先确定若干种加密方案，以及不同的高N位地址与不同加密方案的对应关系。不同方案可以是采用不同的加密算法、不同密钥参数或密钥的算法。
则在加密时，具体加密步骤包括：
步骤100，根据高N位地址的不同，选定预先设定的对应数据加密方案。
根据地址的高N位，来选择某段地址的数据采用哪种加密方案，最多可有2N种不同的加密方案。例如，对于总共有8位地址线的情况，可以利用地址线的高6位来决定加密方案，则共有26＝64种数据加密方案；当然也可以利用地址线的高2位来决定加密方案，则共使用22＝4种加密方案；可见N越大，数据安全性越强。例如对于高6位为“000000”的情况，确定加密方案为A；对于高6位为“000001”的情况，确定加密方案为B，其它以此类推。
步骤200，对数据以选定的加密方案进行加密；
例如对于高6位为“000000”的情况，以所确定的加密方案A对数据进行加密；而对于高6位为“000001”的情况，则以所选定的加密方案B对数据进行加密，其它以此类推。
步骤300，将加密数据存入存储器。
步骤400，数据存储完毕？
在该步骤中判断数据是否存储完毕？如果已完毕，则方法结束；否则执行步骤500。
步骤500，高N位地址变化？
在该步骤判断高N位地址是否变化？假设无变化，则仍以当前的加密方案来进行数据加密；如果地址有变化，则需要根据变换后的高N位地址选定相应的加密方案，利用新的加密方案来进行数据加密。如高6位由“000000”变换为“000001”，则可以变化加密方案。这样可以保证一块存储器中的数据采用了2N种加密方案，增强了存储数据的安全性。
可对上述方法的步骤100进行改进，根据高N位地址，结合随机数来选定加密方案。则预先应该确定不同的随机数对应的加密方案，那么在进行数据加密时，当地址高N位有变化时，则产生一随机数，由该随机数来决定选用哪个加密方案来对当前地址段的数据进行加密，这样，各地址段的加密方案不是事先确定的，进一步加强了存储数据的安全性。
还可对本发明的方法做出更进一步的改进，在步骤200和300之间加入地址变换步骤250，对地址进行变换。则在步骤300中，加密数据即被存入变换后地址所指定的存储器地址。至于具体使用怎样的地址变换方案，可以在存储器出厂时设定，并且可以对不同的存储器设定不同的地址变换方案。首先，根据实际的安全强度的要求设定几种地址乱序方案，如果地址是N位宽，最多可以有N！种不同的地址变换方案。定义存储器的某一存储地址写入代表地址变换方案的配置值，该配置值与地址变换方案一一对应。存储器出厂时，初始化存储器的配置值，可采用循环的方式为每个存储器写入不同的配置值。这样可以保证存储器的地址变换采用了N的阶乘即N！种方案，再次增大了破解难度。举例来进行说明：对于有8位地址的存储器而言，可以有8！＝40320种地址变换方案，即对于一个特定的存储器，其地址变换方案是某特定地址变换方案的机率为1/40320。
对于上述的加密装置和加密方法，都需要有对应的解密装置和解密方法，下面对其进行简单介绍。
如图4所示，是针对图1所示的加密装置而设置的解密装置。其中包括存储器，用于存储加密数据；解密方案选择模块，用于根据高N位数据来相应选择解密方案；而解密模块则根据所选定的解密方案对存储器的数据解密后还原成原始数据。注意，解密方案与加密方案是互逆的。
对于如图2所示的还包括地址变换模块的加密装置，则相应解密装置还应包括一地址变换模块，用于对地址进行逆向的变换。
对于根据随机数来选取相应加密方案的情况，在解密时，应该根据随机数的不同，选择相应解密方案来进行数据解密。
本发明的解密方法，如图5所示，包括：
步骤600，根据高N位地址的不同找到相应解密方案。
注意该解密方案与加密时所用的加密方案应是互逆的。
步骤700，将加密数据从存储器读出。
步骤800，对数据以选定的解密方案进行解密。
步骤900，数据读取完毕？
如果数据已读取完毕，则结束解密过程，否则执行步骤1000。
步骤1000，高N位地址变化？
如果高N位有变换，则执行步骤600，否则仍使用当前的解密方案来对加密数据进行解密。
对于还包括地址变换步骤的加密方法，则相应解密方法还应包括一地址变换过程，与加密时的地址变换为互逆的过程。
对于根据随机数来选取相应加密方案的情况，在解密时，应该根据随机数的不同，选择相应解密方案来进行数据解密。
对上述解密方法解密装置和解密方法的描述较简单，在实际使用中，只要注意使用与加密互逆的解密过程来解密即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1、一种存储器数据加密装置，其特征在于，包括加密模块以及存储器；所述加密模块根据地址的高N位的不同来选择使用不同的加密方案来对数据进行加密；所述存储器用于保存经过加密的数据。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述不同的加密方案是采用不同的加密算法、不同密钥参数或密钥的算法。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括随机数产生模块，用于产生随机数，所述随机数与加密方案一一对应，当地址高N位有变化时，由所述随机数来决定选用哪个加密方案来对当前地址段的数据进行加密。
4、根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，还包括地址变换模块，用于对地址进行变换，则加密模块输出的加密数据即被存入变换后地址所指定的存储器地址。
5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述存储器中保存着地址变换方案配置值，该配置值与不同的地址变换方案一一对应，在存储器出厂时设定；在加密时，根据存储器的配置值，使用相应地址变换方案。
6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述在存储器出厂时设定地址变换方案配置值，具体为：事先根据实际的安全强度的要求设定几种地址乱序方案；存储器出厂时，初始化存储器的配置值，采用循环方式为每个存储器写入不同的配置值，对于N位宽的地址，最多有N！种不同的地址变换方案，定义存储器的某一存储地址写入代表地址变换方案的配置值。
7、一种存储器数据加密方法，其特征在于，包括：
步骤100，根据高N位地址的不同，选定预先设定的对应数据加密方案；
步骤200，对数据以选定的加密方案进行加密；
步骤300，将加密数据存入存储器；
步骤400，数据存储完毕？如果已完毕，则结束；否则执行步骤500；
步骤500，高N位地址变化？若无变化，则执行步骤200，仍以当前的加密方案来进行数据加密；如有变化，则执行步骤100，需要根据变换后的高N位地址选定相应的加密方案，利用新的加密方案来进行数据加密。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述不同的加密方案是采用不同的加密算法、不同密钥参数或密钥的算法。
9、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，预先确定不同的随机数对应的加密方案，则在所述步骤100中，还包括产生随机数的过程；在进行数据加密时，当地址高N位有变化时，则产生一随机数，由该随机数来决定选用哪个加密方案来对当前地址段的数据进行加密。
10、根据权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于，在步骤200和300之间加入地址变换步骤250，对地址进行变换，则在步骤300中，加密数据即被存入变换后地址所指定的存储器地址。
11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，不同的地址变换方案与地址变换方案配置值一一对应，所述存储器中保存着地址变换方案配置值，该配置值在存储器出厂时设定；加密时，根据存储器的配置值，使用相应地址变换方案。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述在存储器出厂时设定地址变换方案配置值，具体为：事先根据实际的安全强度的要求设定几种地址乱序方案；存储器出厂时，初始化存储器的配置值，采用循环方式为每个存储器写入不同的配置值，对于N位宽的地址，最多有N！种不同的地址变换方案，定义存储器的某一存储地址写入代表地址变换方案的配置值。
13、一种存储器数据解密装置，用于对经过权利要求1所述的加密装置加密的数据进行解密，其特征在于，包括解密模块以及存储器；所述存储器用于保存经过加密的数据，所述解密模块用于根据地址的高N位的不同来选择使用不同的解密方案来对加密数据进行解密；所述解密方案与加密方案互逆。
14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，对于在加密时，根据随机数不同而选择不同加密方案的情况，在解密时根据随机数的不同，选择相应解密方案来进行数据解密。
15、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括地址变换模块，用于对加密时进行过地址变换的数据进行逆向地址变换，得到正常顺序的加密数据。
16、根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述存储器中保存着地址变换方案配置值，该配置值与不同的地址变换方案一一对应，在存储器出厂时设定；解密时，根据存储器的配置值，使用相应逆向地址变换方案来进行地址变换。
17、一种存储器数据解密方法，用于对经过权利要求7所述的加密方法加密的数据进行解密，其特征在于，包括：
步骤600，根据高N位地址的不同找到相应解密方案；
步骤700，将加密数据从存储器读出；
步骤800，对数据以选定的解密方案进行解密；
步骤900，数据读取完毕？如果已完毕，则结束；否则执行步骤1000；
步骤1000，高N位地址变化？若无变化，则执行步骤700，仍以当前的解密方案来进行数据解密；如有变化，则执行步骤100，需要根据变换后的高N位地址选定相应的解密方案，利用新的解密方案来进行数据加密；
所述解密方案与加密方案为互逆过程。
18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，对于在加密时，根据随机数不同而选择不同加密方案的情况，在解密时步骤600中，需要根据随机数的不同，选择相应解密方案来进行数据解密。
19、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤600之前还包括地址变换步骤，用于对在加密时进行过地址变换的数据进行逆向的地址变换，得到正常顺序的加密数据。
20、根据权利要求19所述的方法，其特征在于，不同的存储器可采用不同的地址变换方案，由地址变换方案配置值来标志具体采用哪种地址变换方案，所述配置值在存储器出厂时设定；在解密时，根据存储器的配置值，使用相应地址变换方案来进行逆向地址变换。
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