CN106022169A - 一种基于zynq小型密码机的加密保护方法及实现该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法及实现该方法的装置，涉及信息安全领域，具体涉及设备加密保护领域。目的在于能够在实现对密码机的密码信息进行加密保护的同时，防止通过替换和复制密码机关键设备或关键数据盗取信息的情况。本发明在已有的基于ZYNQ小型密码机的基础上，利用ZYNQ主处理器上特有的Device DNA信息，即序列号信息，通过一系列手段保护加密设备不被人复制及不被人替换的方法。在设备出厂时通过采用特定加密算法将加密后的序列号信息存储在特定的位置，在设备实际运行中通过相应的程序判断存储值与实际值是否相同，判断设备的合法性，大大提高了信息的安全性。

Description

一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法及实现该方法的装置
技术领域
本发明涉及信息安全领域，具体涉及设备加密保护领域。
背景技术
随着网络和计算机技术的迅猛发展，整个世界已经进入了互联网时代，互联网的方便快捷、跨越时空的特性给人类社会带来巨大的改变，影响到社会的各个方面。
然而，由于互联网设计的开放性，导致互联网用户面临诸多方面的安全性问题：身份认证机制较弱，合法用户容易被假冒，无法控制资源的访问；攻击者可以在线路上窃听数据，甚至篡改数据后重新发布到网络上。另外网络应用还面临拒绝服务，线路窃听、破坏数据完整性、机密性等方面的攻击。这些安全问题已经逐渐成为影响网络应用进一步发展的瓶颈。
由于上述问题的涌现，近年来，密码设备的使用越来越广泛，针对密码的研究也越来越多。目前针对密码算法攻击方式及手段也越来越多，从最初的针对算法本身进行攻击，到现在针对算法设备的侧信道攻击，攻击手段也来越多，攻击方式也日新月异。
如图1所示，申请人在2015年申请了公告号为：CN204836195U，公告日为：2015.12.02，实用新型名称为：一种基于ZYNQ的小型密码机，该密码机采用ZYNQ可编程器件，ARM处理器通过内部高速总线与FPAG间进行数据的传输，提高了数据传输效率，降低了系统的复杂度，降低了系统成本，同时由于采用了高速总线互联、千兆以太网接口，提升了数据传输性能；采用FPGA实现算法运算，极大的提高了算法性能，因此系统整体性能也获得了极大的提升；采用了专用的处理器进行密钥的管理和权限的控制，使得密钥不会再Linux系统中出现，真正做到了物理隔绝，同时密钥存储以密文形式存储，保护了密钥的安全，进而保护了整个系统的安全。
随着该密码机的不断试验和更新换代，发现仍然存在安全性能方面的可改进之处，其中就包括可以通过替换或复制密码设备关键部位的方式对密码机内部的信息进行盗取，因此，本申请提出一种能够对密码机进行更为有效保护的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法及实现该方法的装置，目的在于能够在实现对密码机的密码信息进行加密保护的同时，防止通过替换和复制密码机关键设备或关键数据盗取信息的情况。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法包括：
用于密码机出厂时通过初始化程序和DSP处理器对ZYNQ主处理器的序列号进行加密保护的初始化步骤；
用于密码机正常工作时通过DSP处理器对ZYNQ主处理器的序列号进行提取分析的工作保护步骤。
本发明的有益效果是：本发明在已有的基于ZYNQ小型密码机的基础上，利用ZYNQ主处理器上特有的Device DNA信息，即序列号信息，通过一系列手段保护加密设备不被人复制及不被人替换的方法。在设备出厂时通过采用特定加密算法将加密后的序列号信息存储在特定的位置，在设备实际运行中通过相应的程序判断存储值与实际值是否相同，判断设备的合法性，判断板上特定器件的合法性，对不合法设备或器件，系统程序不予执行。
本发明采用ZYNQ器件与DSP相互配合的方式，使每一个板卡的程序均与此版卡的芯片特性联系起来，使得复制板卡或更换特定器件变得不可行；同时由于算法的不公开，使得破解算法的可能性极低，大大提高了信息的安全性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述初始化步骤包括：
用于编写保密初始化程序的步骤；
用于通过初始化程序首次对ZYNQ主处理器的序列号信息进行读取并加密的步骤；
用于通过初始化程序将加密后的序列号信息组包写入ZYNQ主处理器的步骤；
用于通过DSP处理器读取ZYNQ主处理器的双口RAM中的加密序列号信息，并将该信息写入数据存储器中的步骤。
进一步，所述ZYNQ主处理器中设有双口RAM，初始化程序将加密后的序列号信息组包写入所述双口RAM中，且DSP处理器对ZYNQ主处理器中双口RAM的加密序列号信息进行读取。
进一步，所述工作保护步骤包括：
用于读取数据存储器中所存储的ZYNQ主处理器的加密序列号信息的步骤；
用于将加密序列号信息写入ZYNQ主处理器中内部寄存器的步骤；
用于再次读取并加密ZYNQ主处理器的序列号信息的步骤；
用于判断密码机内部工作程序处于正常运行状态的步骤。
所述判断密码机内部工作程序处于正常运行状态的过程为：判断ZYNQ主处理器中内部寄存器内的加密序列号信息的密文与再次读取并加密ZYNQ主处理器的序列号信息的密文是否相同的步骤；是，则密码机内部工作程序处于正常运行状态，否，则密码机内部工作程序处于出错状态。
采用上述进一步方案的有益效果是：本发明采用ZYNQ主处理器特有的Device DNA功能，使用自定义的算法进行运算后作为结果进行比较，使得第三方即使知道了Device DNA的具体值后，由于自定义算法的存在，使其完全不能确定运算后的结果与Device DNA的具体关系。
其中，自定义算法使用是在ZYNQ主处理器中的FPGA中实现的，由于FPGA程序无法反汇编，因此可以保证算法无法被窃取，DSP处理器的C语言程序仅读取最终的结果。
使用了安全的出厂初始化程序，简化了生产流程，提高了生产效率。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：实现上述加密保护方法的装置包括固态程序存储器、ZYNQ主处理器、DSP处理器和数据存储器，所述固态程序存储器的数据信号输入输出端与ZYNQ主处理器的数据信号输出输入端连接，ZYNQ主处理器的加密信号输入输出端与DSP处理器的加密信号输出输入端连接，DSP处理器的数据信号输入输出端与数据存储器的数据信号输出输入端连接。
采用上述进一步方案的有益效果是：本发明在已有的基于ZYNQ小型密码机的基础上，利用ZYNQ主处理器上特有的Device DNA信息，即序列号信息，通过一系列手段保护加密设备不被人复制及不被人替换的方法。在设备出厂时通过采用特定加密算法将加密后的序列号信息存储在特定的位置，在设备实际运行中通过相应的程序判断存储值与实际值是否相同，判断设备的合法性，判断板上特定器件的合法性，对不合法设备或器件，系统程序不予执行。
本发明采用ZYNQ器件与DSP相互配合的方式，使每一个板卡的程序均与此版卡的芯片特性联系起来，使得复制板卡或更换特定器件变得不可行；同时由于算法的不公开，使得破解算法的可能性极低，大大提高了信息的安全性。
进一步，所述ZYNQ主处理器(2)内部带有一个57bit的Device DNA序列号。
进一步，所述ZYNQ主处理器通过双口RAM分别与固态程序存储器和DSP处理器实现数据传输。
附图说明
图1为本发明背景技术中所述的一种基于ZYNQ的小型密码机的原理示意图；
图2为本发明所述的加密保护方法的流程图；
图3为本发明所述的初始化步骤的流程图；
图4为本发明所述的工作保护步骤的流程图；
图5为本发明所述的实现加密保护方法的装置的原理示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、固态程序存储器，2、ZYNQ主处理器，3、DSP处理器，4、数据存储器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图2所示，本实施例所述的一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法包括：
用于密码机出厂时通过初始化程序和DSP处理器对ZYNQ主处理器的序列号进行加密保护的初始化步骤；
用于密码机正常工作时通过DSP处理器对ZYNQ主处理器的序列号进行提取分析的工作保护步骤。
本实施例在已有的基于ZYNQ小型密码机的基础上，利用ZYNQ主处理器上特有的Device DNA信息，即序列号信息，通过一系列手段保护加密设备不被人复制及不被人替换的方法。在设备出厂时通过采用特定加密算法将加密后的序列号信息存储在特定的位置，在设备实际运行中通过相应的程序判断存储值与实际值是否相同，判断设备的合法性，判断板上特定器件的合法性，对不合法设备或器件，系统程序不予执行。
本实施例采用ZYNQ器件与DSP相互配合的方式，使每一个板卡的程序均与此版卡的芯片特性联系起来，使得复制板卡或更换特定器件变得不可行；同时由于算法的不公开，使得破解算法的可能性极低，大大提高了信息的安全性。
优选的，如图3所示，所述初始化步骤包括：
用于编写保密初始化程序的步骤；
用于通过初始化程序首次对ZYNQ主处理器的序列号信息进行读取并加密的步骤；
用于通过初始化程序将加密后的序列号信息组包写入ZYNQ主处理器的步骤；
用于通过DSP处理器读取ZYNQ主处理器的双口RAM中的加密序列号信息，并将该信息写入数据存储器中的步骤。
首先编写一个保密的初始化程序，通过此程序读取ZYNQ主处理器的Device DNA数据，并用特定的算法进行加密，然后组包写入到ZYNQ的双口RAM中，DSP处理器通过双口RAM读取初始化程序发送过来的组包数据，根据组包信息将加密后的数据提取出来并写入数据存储器的特定位置。其中加密所使用的算法以及数据存储器的存储位置均由研发人员或用户自行进行设定。
优选的，所述ZYNQ主处理器中设有双口RAM，初始化程序将加密后的序列号信息组包写入所述双口RAM中，且DSP处理器对ZYNQ主处理器中双口RAM的加密序列号信息进行读取。
优选的，如图4所示，所述工作保护步骤包括：
用于读取数据存储器中所存储的ZYNQ主处理器的加密序列号信息的步骤；
用于将加密序列号信息写入ZYNQ主处理器中内部寄存器的步骤；
用于再次读取并加密ZYNQ主处理器的序列号信息的步骤；
用于判断密码机内部工作程序处于正常运行状态的步骤。
优选的，所述判断密码机内部工作程序处于正常运行状态的过程为：判断ZYNQ主处理器中内部寄存器内的加密序列号信息的密文与再次读取并加密ZYNQ主处理器的序列号信息的密文是否相同的步骤；是，则密码机内部工作程序处于正常运行状态，否，则密码机内部工作程序处于出错状态。
首先DSP处理器读取数据存储器特定位置的加密数据，并将此数据写入到ZYNQ主处理器内部的特定寄存器中，ZYNQ主处理器内部通过程序读取Device DNA数据，并用特定的算法进行加密，然后将加密结果与DSP处理器写入数据进行比较，一致则允许工作程序正常运行，不一致则使工作程序处于特定状态，即出错状态。
由于Device DNA的唯一性，加密出的密文也是唯一的，这样ZYNQ主处理器、程序存储器、DSP处理器就有了一致性，更换任何一个芯片都将导致系统不能工作。另外由于程序存储器中包含了ZYNQ主处理器特定器件的信息，仅通过复制板卡、复制程序存储器的方式复制整个板卡也会使程序处于出错状态，大大提高了安全性。
实施例2
如图5所示，实现上述加密保护方法的装置包括固态程序存储器1、ZYNQ主处理器2、DSP处理器3和数据存储器4，所述固态程序存储器1的数据信号输入输出端与ZYNQ主处理器2的数据信号输出输入端连接，ZYNQ主处理器2的加密信号输入输出端与DSP处理器3的加密信号输出输入端连接，DSP处理器3的数据信号输入输出端与数据存储器4的数据信号输出输入端连接。
本实施例在已有的基于ZYNQ小型密码机的基础上，利用ZYNQ主处理器上特有的Device DNA信息，即序列号信息，通过一系列手段保护加密设备不被人复制及不被人替换的方法。在设备出厂时通过采用特定加密算法将加密后的序列号信息存储在特定的位置，在设备实际运行中通过相应的程序判断存储值与实际值是否相同，判断设备的合法性，判断板上特定器件的合法性，对不合法设备或器件，系统程序不予执行。
本实施例采用ZYNQ器件与DSP相互配合的方式，使每一个板卡的程序均与此版卡的芯片特性联系起来，使得复制板卡或更换特定器件变得不可行；同时由于算法的不公开，使得破解算法的可能性极低，大大提高了信息的安全性。
优选的，所述ZYNQ主处理器2内部带有一个57bit的Device DNA序列号。
优选的，所述ZYNQ主处理器2通过双口RAM分别与固态程序存储器1和DSP处理器3实现数据传输。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法，其特征在于，所述方法包括：
用于密码机出厂时通过初始化程序和DSP处理器对ZYNQ主处理器的序列号进行加密保护的初始化步骤；
用于密码机正常工作时通过DSP处理器对ZYNQ主处理器的序列号进行提取分析的工作保护步骤。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法，其特征在于，所述初始化步骤包括：
用于编写保密初始化程序的步骤；
用于通过初始化程序首次对ZYNQ主处理器的序列号信息进行读取并加密的步骤；
用于通过初始化程序将加密后的序列号信息组包写入ZYNQ主处理器的步骤；
用于通过DSP处理器读取ZYNQ主处理器中的加密序列号信息，并将该信息写入数据存储器中的步骤。
3.根据权利要求2所述的一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法，其特征在于，所述ZYNQ主处理器中设有双口RAM，初始化程序将加密后的序列号信息组包写入所述双口RAM中，且DSP处理器对ZYNQ主处理器中双口RAM的加密序列号信息进行读取。
4.根据权利要求2所述的一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法，其特征在于，所述工作保护步骤包括：
用于读取数据存储器中所存储的ZYNQ主处理器的加密序列号信息的步骤；
用于将加密序列号信息写入ZYNQ主处理器中内部寄存器的步骤；
用于再次读取并加密ZYNQ主处理器的序列号信息的步骤；
用于判断密码机内部工作程序处于正常运行状态的步骤。
5.根据权利要求4所述的一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法，其特征在于，所述判断密码机内部工作程序处于正常运行状态的过程为：判断ZYNQ主处理器中内部寄存器内的加密序列号信息的密文与再次读取并加密ZYNQ主处理器的序列号信息的密文是否相同的步骤；是，则密码机内部工作程序处于正常运行状态，否，则密码机内部工作程序处于出错状态。
6.实现权利要求1-5任一项所述的一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法的装置，其特征在于，它包括固态程序存储器(1)、ZYNQ主处理器(2)、DSP处理器(3)和数据存储器(4)，所述固态程序存储器(1)的数据信号输入输出端与ZYNQ主处理器(2)的数据信号输出输入端连接，ZYNQ主处理器(2)的加密信号输入输出端与DSP处理器(3)的加密信号输出输入端连接，DSP处理器(3)的数据信号输入输出端与数据存储器(4)的数据信号输出输入端连接。
7.根据权利要求6所述的实现一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法的装置，其特征在于，所述ZYNQ主处理器(2)内部带有一个57bit的DeviceDNA序列号。
8.根据权利要求7所述的实现一种基于ZYNQ小型密码机的加密保护方法的装置，其特征在于，所述ZYNQ主处理器(2)通过双口RAM分别与固态程序存储器(1)和DSP处理器(3)实现数据传输。
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