CN105681023A - 上位机与单片机动态加密通讯的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及上位机与单片机动态加密通讯的方法。过程如下：上位机的密钥分散因子由单片机发送的单片机序列号、随机数和上位机的UTC时间、随机数因子构成，单片机的密钥分散因子由单片机序列号、随机数因子和上位机UTC时间、随机数构成，上位机与单片机程序分别用分散密钥加密通讯数据，加解密算法采用DES加解密算法；本发明将单片机与上位机的通讯数据，通过将根密钥计算分散因子，得出分散密钥，再通过分散密钥加密通讯数据，实现安全的动态加密，为增强安全性，其中分散因子的选择为双相的、动态的，保证了每次通讯数据的分散性。

Description

上位机与单片机动态加密通讯的方法

技术领域：

本发明涉及数字信息的传输技术，进一步涉及上位机与单片机动态加密通讯的方法。

背景技术：

单片机等MCU因其有成本低、电路简单、编程简单等优点，被广大技术人员利用开发各种设备。

如图1所示，现有技术中，单片机与上位机通讯若采用明文的通讯方式，当监控通讯链路时，可以轻易的破解通讯协议，使非法的上位机软件控制单片机执行非法的动作。在金融、安防等安全级别较高的场所，不能采取明文通讯的方式，必须使用密文进行通讯，以防止信息泄露，从而避免危害。

利用单片机开发的设备与上位机的通讯，若采用单一密钥加密的方式，当密钥被破解，会造成通讯信息泄密，而使用固定的密钥加密信息，也可通过暴力破解的方式，还原出明文，从而泄露密钥。亟需改进。

发明内容：

本发明的目的在于提供单片机与上位机加密通讯方法，实现安全的多应用通讯的动态加密。

上位机和单片机中内置相同的根密钥。

过程如下：上位机的密钥分散因子由单片机发送的单片机序列号、随机数和上位机的UTC时间、随机数因子构成，单片机的密钥分散因子由单片机序列号、随机数因子和上位机UTC时间、随机数构成，上位机与单片机程序分别用分散密钥加密通讯数据，加解密算法采用DES加解密算法；

具体过程如下：

上位机和单片机中内置相同的根密钥；

在进行通讯前，先由上位机发送通讯初始化指令，其数据内容包括上位机的UTC时间及上位机随机数；单片机接收到通讯初始化指令后，发送通讯初始化响应，其数据包括单片机序列号及单片机随机数；

上位机根据单片机的序列号、随机数和上位机UTC时间、随机数因子作为分散因子，用根密钥DES加密运算后，得出上位机分散密钥，再用分散密钥DES加密通讯数据，得出通讯加密数据，上位机通过通讯命令向单片机发送通讯加密数据；单片机收到上位机通讯命令后，先使用与上位机相同的方法计算上位机分散密钥，再通过分散密钥DES解密通讯加密数据，得出通讯数据；

单片机根据上位机的UTC时间、随机数和单片机的序列号、随机数因子作为分散因子，用根密钥DES加密运算后，得出单片机分散密钥，再用分散密钥DES加密通讯响应数据，得出通讯响应加密数据，单片机通过通讯响应命令向上位机发送通讯响应加密数据；上位机收到单片机通讯响应命令后，先使用与单片机相同的方法计算单片机分散密钥，再通过分散密钥DES解密通讯响应加密数据，得出通讯响应数据。

本发明将单片机与上位机的通讯数据，通过将根密钥计算分散因子，得出分散密钥，再通过分散密钥加密通讯数据，实现安全的动态加密，为增强安全性，其中分散因子的选择为双相的、动态的，保证了每次通讯数据的分散性。

附图说明：

图1是现有技术上位机与单片机通讯的原理框图。

图2是本发明IC卡读卡器与上位机加密通讯的原理框图。

具体实施方式：

实施例：

以IC卡读卡器与上位机通讯为例，说明本发明的具体实施方式。

采用LPC2368做MCU开发的IC卡读卡器，LPC2368为ARM7TDMI-S处理器，运行速率高达72MHz，内部高达512KB的片上Flash程序存储器及32KSRAM静态随机存储器，4个串口，1个USB接口。

工作过程如下：

上位机与IC卡读卡器通讯，上位机程序使用根密钥对分散因子进行DES加密，得到上位机分散密钥，再用分散密钥DES加密运算明文通讯数据，得到密文通讯数据，通过USB接口或串口将密文通讯数据下发到IC卡读卡器；

IC卡读卡器使用根密钥对分散因子进行DES加密运算，得到上位机分散密钥，再用分散密钥DES解密运算密文通讯数据，还原为明文通讯数据，并验证数据有效性，执行相应的读写卡指令；

执行完读写卡指令后，将卡片返回的数据作为明文通讯响应数据，使用根密钥对分散因子进行DES加密运算，得到单片机分散密钥，再用分散密钥DES加密运算明文通讯响应数据，得到密文通讯响应数据，通过USB接口或串口将密文通讯响应数据上传到上位机；

上位机使用根密钥对分散因子进行DES加密运算，得到单片机分散密钥，再用分散密钥DES解密运算密文通讯响应数据，还原为明文通讯响应数据，并验证数据有效性，得到卡片返回的数据；完成本次通讯。

Claims (3)

1.上位机与单片机动态加密通讯的方法，其特征在于，过程如下：

上位机和单片机中内置相同的根密钥，上位机的密钥分散因子由单片机发送的单片机序列号、随机数和上位机的UTC时间、随机数因子构成，单片机的密钥分散因子由单片机序列号、随机数因子和上位机UTC时间、随机数构成，上位机与单片机程序分别用分散密钥加密通讯数据，加解密算法采用DES加解密算法。

2.上位机与单片机动态加密通讯的方法，其特征在于，过程如下：

上位机和单片机中内置相同的根密钥；

在进行通讯前，先由上位机发送通讯初始化指令，其数据内容包括上位机的UTC时间及上位机随机数；单片机接收到通讯初始化指令后，发送通讯初始化响应，其数据包括单片机序列号及单片机随机数；

上位机根据单片机的序列号、随机数和上位机UTC时间、随机数因子作为分散因子，用根密钥DES加密运算后，得出上位机分散密钥，再用分散密钥DES加密通讯数据，得出通讯加密数据，上位机通过通讯命令向单片机发送通讯加密数据；单片机收到上位机通讯命令后，先使用与上位机相同的方法计算上位机分散密钥，再通过分散密钥DES解密通讯加密数据，得出通讯数据；

单片机根据上位机的UTC时间、随机数和单片机的序列号、随机数因子作为分散因子，用根密钥DES加密运算后，得出单片机分散密钥，再用分散密钥DES加密通讯响应数据，得出通讯响应加密数据，单片机通过通讯响应命令向上位机发送通讯响应加密数据；上位机收到单片机通讯响应命令后，先使用与单片机相同的方法计算单片机分散密钥，再通过分散密钥DES解密通讯响应加密数据，得出通讯响应数据。

3.上位机与IC卡读卡器动态加密通讯的方法，所述IC卡读卡器采用LPC2368做MCU开发，其特征在于，过程如下：

上位机与IC卡读卡器通讯，上位机程序使用根密钥对分散因子进行DES加密，得到上位机分散密钥，再用分散密钥DES加密运算明文通讯数据，得到密文通讯数据，通过USB接口或串口将密文通讯数据下发到IC卡读卡器；

IC卡读卡器使用根密钥对分散因子进行DES加密运算，得到上位机分散密钥，再用分散密钥DES解密运算密文通讯数据，还原为明文通讯数据，并验证数据有效性，执行相应的读写卡指令；

执行完读写卡指令后，将卡片返回的数据作为明文通讯响应数据，使用根密钥对分散因子进行DES加密运算，得到单片机分散密钥，再用分散密钥DES加密运算明文通讯响应数据，得到密文通讯响应数据，通过USB接口或串口将密文通讯响应数据上传到上位机；

上位机使用根密钥对分散因子进行DES加密运算，得到单片机分散密钥，再用分散密钥DES解密运算密文通讯响应数据，还原为明文通讯响应数据，并验证数据有效性，得到卡片返回的数据；完成本次通讯。