CN108600277A - 一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置 - Google Patents

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李和林
刘明山
隋景林
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肖文萍
张圆圆
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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，其该装置包括FPGA控制器及外围电路，利用FPGA控制器设计FlexRay总线协议处理模块、数据加密模块。本发明型是为了解决利用硬件的加密方法实现车载数据加密传输而提供的一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，该装置能够很好地完成对于FlexRay数据的加密处理。本发明型利用硬件加密的方法对所传输数据进行加密处理，其加密速度快，加密度高可满足车载数据对于可靠性与实时性的要求。加密模块附加的密钥分配及数字签名功能可进一步提高数据的安全性。

Description

一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置
技术领域
本发明涉及车载总线技术、FPGA嵌入式系统开发技术、密码学及其应用技术领域，尤其是用来实现FlexRay总线协议数据传输的一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置。
背景技术
FlexRay协议具有高速的传输速率，这一速率是之前其他总线所不能达到的，也是使其成为下一代车内总线的主要原因之一。高速的传输速率可为车内网络与外界进行数据交流提供可能性，可实现与外界进行快速的数据交流。在此基础上，毎个汽车个体都是网络的一部分，既是网络资源的提供者，又是网络资源的使用者。用类比的方法，可以将目前互联网的威胁类比到未来汽车网络中。呈然，安全性对汽车网络的限制比互联网更为苛刻。
同时，车载数据对于实时性与可靠性具有较高要求，使得软件加密中易被破解的缺点使其不再适用，而基于硬件的加密方法虽可能在造价上不具优势，但其加密速度快，加密度高可满足车载数据对于可靠性与实时性的要求。
发明内容
本发明是为了解决利用硬件的加密方法实现车载数据加密传输而提供的一种基于FPGA的总线协议车载数据的加密传输装置，该装置能够很好地实现利用FlexRay总线协议对车载数据进行传输，并保障传输数据的加密性与实时性。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，包括FPGA控制器及外围电路，特点是：FPGA控制器为ALTERA公司的Cyclone IV系列的EP4CE6E22C8芯片，利用FPGA控制器自行设计FlexRay总线协议处理模块、数据加密模块，FPGA控制器与外围电路相连接，利用外围电路辅助完成加密传输。外围电路包括电源电路、驱动器接口模块、JTAG接口模块、复位电路模块、FLASH模块以及SDRAM模块，电源电路为FPGA装置进行供电。JTAG接口模块主要用于程序下载和烧写FLASH，SDRAM模块用于存储密钥。
所述FlexRay总线协议处理模块用于实现数据按照协议的要求的封装。
所述数据加密模块用于对FlexRay数据进行加密，加密方法为128位AES加密。
所述数据加密模块同时用于对加密密钥进行分配并完成数字签名处理，密钥的分配及数字签名处理利用1024位RSA加密完成，RSA加密的实现过程中利用二进制算法中的R-L算法完成模幂运算。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)利用硬件加密的方法对所传输的FlexRay数据进行加密处理，并在加密时利用FPGA自行设计加密程序，加入优化算法，提升加密速度，从而降低加密带来的时延。
(2)本发明中的加密模块可完成数字签名处理能进一步提升加密效果，同时对加密密钥进行分配，提高了数据的安全性。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容,并且随着对本发明专利的更全面理解,本发明专利的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为本发明专利一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置结构示意图；
图2为本发明专利一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置的数据加密及协议处理原理图；
图3为本发明专利一种基于FPGA的车载FlexRay数据传输装置的加密处理流程图；
图4为本发明专利一种基于FPGA的车载FlexRay数据传输装置的解密处理流程图；
图5为本发明专利一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置的密钥分配及数字签名处理流程图；
具体实施方式
为了加深对本发明专利的理解，下面将结合实施例对本发明专利作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明专利，并不构成对本发明专利保护范围的限定。
参阅图1，一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，包括FPGA控制器及外围电路，特点是：FPGA控制器为ALTERA公司的Cyclone IV系列的EP4CE6E22C8芯片，利用FPGA控制器自行设计FlexRay总线协议处理模块、数据加密模块，FPGA控制器与外围电路相连接，利用外围电路辅助完成加密传输。外围电路包括电源电路、驱动器接口模块、JTAG接口模块、复位电路模块、FLASH模块以及SDRAM模块，电源电路为FPGA装置进行供电。JTAG接口模块主要用于程序下载和烧写FLASH，SDRAM模块用于存储密钥。
所述FlexRay总线协议处理模块用于实现数据按照协议的要求封装。
所述数据加密模块用于对FlexRay数据进行加密，加密方法为128位AES加密。
所述数据加密模块同时用于对加密密钥进行分配并完成数字签名处理，密钥的分配及数字签名处理利用1024位RSA加密完成，RSA加密的实现过程中利用二进制算法中的R-L算法完成模幂运算。
参阅图2为本发明的数据加密及协议处理原理图，本发明是这样工作的：
初始化后，首先判断是否有数据输入，若有数据输入则看是否符合协议规范，若是，则按协议格式进行编码，再按照协议格式封装，并进行加密处理，构成加密数据流之后返回初始状态。若不是符合规格，则返回初始状态等待新数据。
参阅图3、图4为本发明的加密、解密处理流程。
AES加密过程涉及到4种操作：字节代换、行移位变换、列混淆变换和轮密钥加。解密过程分别为对应的逆操作。由于每一步操作都是可逆的，按照相反的顺序进行解密即可恢复明文。加解密中每轮的密钥分别由初始密钥扩展得到。
参阅图5为本发明的密钥分配及数字签名处理流程。
当数据加密完成时，先将密钥提取出来，同时加入数字签名数据，构成RSA数据流，对数据流进行RSA加密，形成RSA数据流，最后先将RSA加密数据传输至总线再传输RSA数据流。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，包括FPGA控制器及外围电路，其特征在于：所述FPGA控制器为ALTERA公司的Cyclone IV系列的EP4CE6E22C8芯片，利用FPGA控制器自行设计FlexRay总线协议处理模块、数据加密模块，FPGA控制器与外围电路相连接，利用外围电路辅助完成加密传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，其特征在于：所述FlexRay总线协议处理模块用于实现数据按照协议的要求的封装。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，其特征在于：所述数据加密模块用于对FlexRay数据进行加密，加密方法为128位AES加密。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，其特征在于：所述数据加密模块同时用于对加密密钥进行分配并完成数字签名处理。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，其特征在于：所述密钥的分配及数字签名处理利用1024位RSA加密完成，RSA加密的实现过程中利用二进制算法中的R-L算法完成模幂运算。
6.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的车载FlexRay数据加密传输装置，其特征在于：外围电路包括电源电路、驱动器接口模块、JTAG接口模块、复位电路模块、FLASH模块以及SDRAM模块，电源电路为FPGA控制器进行供电，驱动器接口模块用于收发数据，JTAG接口模块主要用于程序下载和烧写FLASH，SDRAM模块用于存储密钥。
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