CN1831834A - 信息的动态加密方法和加密电路 - Google Patents

Abstract

信息的动态加密方法和加密电路。在将加密密钥数据与被加密的原文信息数据经数字运算生成加密后的密文信息数据的基础上，用于加密的密钥数据采用至少由随机原始密钥数据与由实时时间数据运算生成的随时间变化的直接动态密钥数据后，再与被加密的信息数据经数字运算生成密文信息数据。通过利用实时时钟作为密钥生成的数据来源，因此即使是同一原文信息，在不同时刻所得到的密钥和密文信息都是随时间变化而不固定的，同样的原文在不同的时刻也将得到不同的密文，使非法者将难以跟踪、破解以达到保密、防伪的目的，并且还可以使其在规定的时域里有效。在此基础上对原始动态密钥作进一步的加扰处理，还可以得到更为复杂的密钥进行加密。

Description

信息的动态加密方法和加密电路

技术领域

本发明涉及一种对信息数据进行加密的方法和相应的加密电路，具体讲是一种进行动态加密的方法和加密电路。

背景技术

目前计算机软件加密的方法可分为两大类：软加密和硬加密。软加密主要有密码方式、软件自校验方式、钥匙盘方式等多种。随着软加密的发展，解密软件也大量出现。硬加密由于具有加密强度大、可靠性高等特点，已广泛用于信息和计算机软件保护。硬加密将硬件和软件相结合来实现软件的加密，软件在运行时需与硬件正确交换数据，否则程序不运行，或不能执行主要功能，如常用的插在计算机总线上的加密卡、接在计算机并口或USB口的软件狗(加密锁)、微狗等。软件狗大多用E²PROM存储密码数据，电路简单，成本低，但用SOFT-ICE等软件进行软件狗的解密和复制并不很困难。在这种情况下，软件狗内部增加了一个单片机称为微狗，通过对数据的处理来提高软件的加密强度；少数专业的硬加密生产商则采用独自的ASIC(特殊功能)芯片。加密卡的原理与软件狗和微狗的相似，不同的是通过总线操作，使得设计更灵活、功能更强，只是安装不方便。随着某一加密产品加密操作方式的公开，其解密也就为期不远。新出现的解密软件能模拟绝大部分软件与加密狗间的数据交换过程，从而达到解密；国产的加密卡和微狗，大多外用E²PROM存储配置数据和用户密码，获取这些数据就可能解密、甚至复制微狗，因此加密方法的独特性、手法的反常规性在加密应用中非常重要。

目前用于加密的电路可有静态码(固定码)加密电路和动态码加密电路之分。在静态码加密电路中，一种方式是采用将被加密的数据位置按一定的规律打乱，得到加密信息。这种方式的缺点在于很容易被分析破解，只要截获多组数据就能找到起加密的规律，破解其加密方法，复制其加密电路。另一种方式是事先将信息进行加密，然后把加了密的信息存储在指定的存储器里(EEPROM)里，当需要的时候就直接读取存储在存储器里的加密信息，这样的加密方法也是静态的，破解者只需要读取分析存储器里的信息就能破解其加密技术，复制其加密电路。因此，静态码加密电路在实际运用中存在极大的被破解和复制的危险。

目前的动态码加密电路有不同的形式。如，公开号CN1070058A的中国专利文献公开了一种利用逻辑电路对单片机用户程序进行动态加密的方法，采用将程序经分段加密后固化于ROM中，运行时启动密钥选择器动态选用与每段加密程序相对应的程序译码器工作。因其是靠选择算法的个数或组合作为动态的前提条件，由于算法的数量有限，故其加密效果将受算法制约。

公开号CN1560823A中介绍了一种基于动态变长码的数据加密与解密系统，系统的初始状态由用户密钥决定，加密时采用动态变长码编码技术，每加密一组明文后系统的状态都要发生变化，是无周期的多表密码代替方法的序列密码加密系统。由于其是利用存储的有限数量的随机数来改变原文数据的长度来达到加密目的，因此受随机数的限制，会出现同一原文在多次加密后产生相同的密文。

公开号CN1394067A中介绍的是一种利用电话来电显示作为动态加密码的网上银行支付系统，采用的是由动态密码中心向用户手机提供密码等信息，用户通过其电脑经相应的信息及密码作为支付核对码传输给网上银行的方式。

公开号CN1599313A提供的是一种公开加密方式的口令动态加密输入方法，采用将不同加密级别的随机动态产生的密钥对真实口令加密输入，并将用于口令的所有的数字或符号及按此密钥将加密后的数字或符号及其对应关系提示给用户，由用户将真实口令加密后通过输入单元传输至中央处理单元解密处理。

上述文献报道的动态加密方法还由于都采用了较为复杂的电路和软件系统，其实现难度大，动态程度不高且方式单一，其应用范围相对局限，而且在不同时刻的同一原文可能会产生出相同的密文信息。

硬件加密必须综合考虑加密方法的可行性、有效性、硬件复杂度等因素，由逻辑电路产生大量密码的一种简单有效的方法是使用线性反馈移位寄存器，其产生的伪随机数据已广泛用于数据通信中的加扰、扩频、跳频和数据加密。

发明内容

鉴于上述情况，本发明将提供一种新的用于对信息进行动态加密的方法和相应的加密电路。

本发明的信息动态加密方法的基本原理，同样是将用于加密的密钥数据与被加密的原文信息数据经数字运算生成加密后的密文信息数据。其中，用于加密的密钥数据为是一种由随机的原始密钥数据与由实时时间数据运算生成的随时间变化的动态密钥数据，然后再与被加密的原文信息数据经数字运算生成密文信息数据。

用于与原文信息数据生成密文信息数据的这一随时间变化的动态密钥数据，既可以是直接由所说的原始密钥数据与由实时时间数据运算生成的随时间变化的直接动态密钥数据，也可以根据需要，将所说的这一直接动态密钥数据进行进一步加扰处理后所生成和得到的加扰动态密钥数据，以得到更为复杂和更“乱”的动态密钥，因而用于加密后可以产生更为理想的加密效果。

这里所说的进一步加扰处理，可以选择目前在密码领域和加密技术中已有报道或使用的一种，或多种方式联合应用。例如至少可以包括线性反馈移位寄存器处理和非线性化网络处理中的一种。

线性反馈移位寄存器等电路工作单元，反馈移位寄存器是产生伪随机数据的简单、通用、理想的电路，其中的反馈方式可以包括有如全输出反馈及中间抽样反馈等不同形式。给寄存器赋予不同的初值，在移位时钟的作用下其输出端将得到不同的输出数据。利用线性反馈移位寄存工作单元这一特点，将实时时钟产生的直接动态密钥数据作为其初值，这样在任意时刻其就将产生出更为复杂的加扰动态密钥数据。

非线性化网络(电路)单元是一种在人工智能和计算机里已较多运用的概念和方法。利用非线性网络电路的复杂逻辑处理，可以得到更为复杂、无序的密钥输出，作为加扰动态密钥数据，同样也可以提高动态加密的效果。

特别是在本发明的一个可供参考的实施例中，上述所说的加扰处理采用了依次分别进行线性反馈移位寄存和非线性网络化的双重处理方式，即先通过线性反馈移位寄存器处理，输出的伪随机序列密钥再通过非线性化网络电路，利用其复杂逻辑处理，可以对伪随机数据做进一步处理使其更加复杂，增加数据的保密强度。

在本发明上述加密方法所说的如随机原始密钥数据的生成、时钟信号及相应的实时时间数据的生成、包括线性反馈移位寄存和非线性化网络处理等在内的各种加扰处理方式、包括常用的异或运算等加密运算方式等实现方式，都是目前在计算机及信息处理加密技术等领域中已广为使用的常规和成熟技术，不再赘述。

解密是加密的逆运算，向解密软件提供需要的密文数据、原始密钥、生成密钥的时间等相应数据，经相对应的反逻辑运算，即可以还原得到被加密的原文信息。

通过本发明的上述加密方法可以理解，其对动态加密的实现是以时间这一动态数据为参照，利用实时时钟作为动态密钥生成的数据来源，通过用于加密的原始密钥数据、根据随机时间得到的时间数据这两组随机数据，经加密电路产生随机的加密密钥，再用产生的动态加密密钥对需要加密的原文信息进行加密得到加密后的密文信息。由于时间是不断变化的，而且用于加密的动态密钥的使用是在需要的时候才被调入加密电路里进行加密运算，可实现随调随变，因此即使是同一个原文信息在不同的时刻也将产生不同的密文信息；而同样的原文信息在不同的时刻也将得到不同的密文。因此，要通过加密后的密文信息找到加密的规律是极困难的，适当增加数据的长度其破解几乎就不可能，这样给复制和破解设置了极高的壁垒，使非法者难以跟踪、破解以达到保密、防伪的目的，因此这一加密方式非常的安全可靠。并且，本发明的这一方法还可以使所获取的密文信息只能在规定的时域里有效，超过这一时域范围，分解密系统就将视为无效的密文或非法密文。

本发明的上述动态加密方法，可以应用于防伪系统，非接触式智能卡等多种领域。例如，由于是加密的信息是动态的，因此，安全、保密性好，非法复制几乎不可能，能有效地解决造假者通过复制或回收其条码、序列号、激光标志、包装等静态防伪标识物即能实现以假乱真的防伪难题。同样，也可以解决现有的智能卡、电子标签等也属于是静态的数据载体的易被复制盗用的问题。

以下通过由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明信息动态加密方法的一种工作原理示意图。

图2是实现本发明信息动态加密方法的一种电路结构框图。

图3是图2中的一种系统时钟信号发生电路结构。

图4是图2中的一种动态时间码发生电路。

图5是图2中的一种原始密钥发生电路。

图6是图2中的一种随机时间码单元的电路结构。

图7是图2中的一种线性反馈移位寄存器的电路结构。

图8是图2中的一种非线性化网络的电路结构。

图9是图2中的一种原文加密电路结构。

具体实施方式

如图1所示，本发明信息动态加密方法的基本工作原理，是由随机产生的原始密钥数据与由实时时间数据运算生成的随时间变化的直接动态密钥数据后，既可以直接与被加密的原文信息数据经数字运算生成密文信息数据，也可以根据需要再经过加就处理后生成和得到的进一步提高加密程度的加扰动态密钥数据，再与被加密的原文信息数据经数字运算生成密文信息数据。

图2～图9是以4位随机码形式的原始密钥进行动态加密处理的一种电路结构。

在图2所示的该电路结构框图中，有一个随机原始密钥生成单元和由时钟发生器及相应4位二进制计数器组成的动态时间码数字信息发生单元，并由二者经异或运算的随机时间码单元生成随时间信息变化的直接动态密钥输出数据，送入其后依次设置的由4位中间抽样反馈的线性反馈移位寄存器单元和非线性化网络处理器单元组成的加扰处理单元并生成串行加扰动态密钥数据，分别生成并行的第一加扰动态密钥数据和串行的第二加扰动态密钥数据后，送入4位移位寄存器形式的加扰动态密钥数据存储单元，并将其输出的并行加扰动态密钥与由原文数据单元输入的原文信息数据经数据加密单元运算生成加密后的密文信息数据并输出。

图3是上述的一种系统时钟信号发生电路结构。其中，由门电路U1A、U1B和R1、晶体振荡器KD、C1、C2构成系统时钟发生电路，由U1B的4脚输出时钟信号CLK供整个系统使用。

图4是上述的一种动态时间码发生电路。由12位二进制计数器4040(U2)组成随机时间码发生电路，其中U2第10脚接图3系统时钟CLK，第11脚接复位信号D1。时间计数脉冲信号D1送入U2的二进制计数器中计数，作为时间计数结果数据，由第9、7、6、5依次输出随机时间码DT0-DT3，记为DT[3:0]。

图5是一种随机原始密钥的发生电路。图6是一种进行异或运算的随机时间码单元的电路结构。

在图5中，由U3A、U3B、U4A、U4B的四个D触发器4013构成4位移位寄存器，将D0送入的随机串行数据转换成并行数据。其中U3A的5脚接D0，3脚接图3的系统时钟CLK，由各寄存器的4脚依次输出随机原始密钥FX0-FX3，记为FX[3:0]。

在图6中，由U5A、U5B、U5C、U5D构成一个4位二输入异或门电路，其中，FX[3:0]接图5中的FX[3:0]，DT[3:0]接图4中的DT[3:0]。通过异或电路将外部输入的4位原始密钥FX[3:0]和4位时间计数的DT[3:0]进行异或运算，得到一个和时间相关的4位随机时间码数据YD0-YD3，记为YD[3:0]，为生成的直接动态密钥数据，既可用于直接对原文信息数据进行加密，也可作为线性反馈移位寄存器的初始状态值，进行后续的进一步加扰处理。

图7是一种中间抽样反馈的线性反馈移位寄存器的电路。由U6A、U7A、U7B、U7C、U7D、U8A、U8B、U8C、U8D、U9A、U9B、U9C、U9D、U10A、U10B、U11A、U11B、U14D构成一线性反馈移位寄存器。

由4个D触发器结构的移位寄存器U10A、U10B、U11A、U11B和一个异或门组成一个线性反馈移位寄存器，它可以以一个时钟产生一个随机的状态值。其线性反馈移位寄存器的工作过程是；由D触发器结构的寄存器U10A、两个与门U7A，U7B和或门U9A构成了一个中间抽样反馈的寄存器；由U7C、U7D、U9B和U10B构成了另一个同样的中间抽样反馈的寄存器；共有4个该结构形式的反馈寄存器与一个异或门U14D构成的中间抽样反馈的线性反馈移位寄存器。对于采用N位随机码形式的原始密钥，可以设置N个这样结构组合构成的N位带反馈的移位寄存器。图中的YD0、YD1、YD2、YD3接图6中作为移位寄存器的初始状态值的直接动态密钥数据YD[3:0]为输入数据；U6A的3脚接来自计算机并行接口的随机时间码加载信号指令D2，CLK为移位时钟信号。

由D2随机时间码加载信号的选择，将来自图6的4位随机时间码YD[3:0]加载到由4个D触发器组成的线性反馈移位寄存器中。D2信号将反馈移位寄存器闭合，在移位时钟信号CLK的作用下寄存器内部状态开始随时钟节拍随机变化。随每个时钟节拍，反馈移位寄存器将产生的4位动态数据ST0、ST1、ST2、ST3的伪随机数据输出，记为ST[3:0]，作为第一加扰动态密钥数据。其既可用于直接对原文信息数据进行加密，也可送入后续的非线性化网络作进一步的加扰处理。

图8是一种非线性化网络电路的结构。由异或门U12A、U12B、U12C、U12D、U13A、U13B、U13C、U13D、U14A、U14B、U14C、U15A、U15B、U15C、U15D、U16A、U16B、U16C构成一个非线性化网络，将图7产生的4组4位动态数据ST[3:0]输入到该非线性化网络进行非线性化处理，产生四位本次加密生成的第二加扰动态密钥数据KA0-KA3，记为KA[3:0]，并将其串入到一个由U17A、U17B、U18A、U18B组成的4位移位寄存器形式的加扰动态密钥数据存储电路单元中存起来。依次执行这一过程，经过4个时钟后，产生一个转换成4位并行的KB0-KB3第二加扰动态密钥并行数据，记为KB[3:0]。其中，U16C第10脚接U17A第5脚，U17A第3脚接图4中CLK。

图9是一种原文加密电路。由U20A、U20B、U20C、U20D构成一个4位二输入异或门电路，其中，YW[3:0]为由原文数据单元输入的原文数据(被加密数据)，KB0-KB3为图8输出的第二加扰动态密钥数据KB[3:0]，通过异或电路将YW[3:0]和KB[3:0]进行异或运算得到加密后的密文码信息数据MY0-MY3，记为MY[3:0]，加密完成。

上述电路是以采用4位随机码形式的原始密钥进行动态加密处理的一种电路结构。以此为基础，采用N位随机码形式原始密钥时，使上述各电路中的相应元器件作相适应的增加，通过上述形式由普通逻辑门电路构成的加密电路，即可以产生N位形式的动态加密密码。

通过上述的实施例可以对本发明有更清楚的理解，但不应将这些实施例理解为是对本发明主题范围的限制。在不脱离和改变本发明上述技术思想情况下，根据本领域的普通技术知识和/或惯用手段，显然还可以做出多种形式的替换或变更，并均应包括在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.信息的动态加密方法，将用于加密的密钥数据与被加密的原文信息数据经数字运算生成加密后的密文信息数据，其特征是用于加密的密钥数据为至少由随机的原始密钥数据与由实时时间数据运算生成的随时间变化的直接动态密钥数据后，再与被加密的信息数据经数字运算生成密文信息数据。

2.如权利要求1所述的信息的动态加密方法，其特征是用于加密的密钥数据为将所说的直接动态密钥数据进行进一步加扰处理后生成的加扰动态密钥数据。

3.如权利要求2所述的信息的动态加密方法，其特征是所说的对所说的加扰处理至少包括线性反馈移位寄存处理。

4.如权利要求2所述的信息的动态加密方法，其特征是所说的对所说的加扰处理至少包括非线性化网络处理。

5.如权利要求1所述的信息的动态加密方法，其特征是所说的对所说的加扰处理为依次分别进行线性反馈移位寄存和非线性化网络双重处理。

6.用于信息动态加密的加密电路，其特征是有一个随机原始密钥生成单元和一个时钟数字信息发生单元，由二者经异或运算电路单元生成随时间信息变化的直接动态密钥输出数据，与由原文数据单元输入的原文信息数据经数据加密单元运算形成加密后的密文信息数据并输出。

7.如权利要求6所述的用于对信息进行动态加密处理的加密电路，其特征是所说的直接动态密钥输出数据作为移位寄存初值，先送入设置于其后的受时钟数字信息发生单元和加载操作指令单元控制的线性反馈移位寄存器单元，由其输出加扰动态密钥数据，用于与由原文数据单元输入的原文信息经进行异或运算的数据加密单元形成加密后的密文信息数据。

8.如权利要求7所述的用于对信息进行动态加密处理的加密电路，其特征是所说的线性反馈移位寄存器为具有中间抽样反馈的线性反馈移位寄存器。

9.如权利要求6所述的用于对信息进行动态加密处理的加密电路，其特征是在原始密钥生成单元与所说的时钟数字信息发生单元共同生成的直接动态密钥数据后，先送入一非线性化网络处理单元，由其输出加扰动态密钥数据，用于与由原文数据单元输入的原文信息经进行异或运算的数据加密单元形成加密后的密文信息数据。

10.如权利要求7或8所述的用于对信息进行动态加密处理的加密电路，其特征是由所说的线性反馈移位寄存器单元输出第一加扰动态密钥数据再送入一非线性化网络处理单元，并将其输出的第二加扰动态密钥数据，用于与由原文数据单元输入的原文信息经进行异或运算的数据加密单元形成加密后的密文信息数据。

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