TW202213961A - Adjustable five-stage encryption system, transmitting device and receiving device - Google Patents
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Abstract
Description
本發明提供一種加密系統,尤其指一種能切換加密層級的可調式五階加密系統及其發送端裝置和接收端裝置。The present invention provides an encryption system, in particular, an adjustable fifth-order encryption system capable of switching encryption levels and a transmitter device and a receiver device thereof.
進階加密標準(Advanced Encryption Standard, AES),在密碼學中又稱Rijndael加密法,是美國聯邦政府採用的一種區段加密標準。這個標準用來替代原先的DES,已經被多方分析且廣為全世界所使用。截至2006年,針對AES唯一的成功攻擊是旁道攻擊或社會工程學攻擊。美國國家安全局稽核了所有的參與競選AES的最終入圍者,認為他們均能夠滿足美國政府傳遞非機密檔案的安全需要。Advanced Encryption Standard (AES), also known as Rijndael encryption in cryptography, is a segment encryption standard adopted by the US federal government. This standard is used to replace the original DES, which has been analyzed by many parties and is widely used all over the world. As of 2006, the only successful attack against AES was a side-channel or social engineering attack. The NSA audited all the finalists for the AES campaign and believed they could meet the U.S. government's security needs for delivering unclassified files.
進階加密標準屆今已有過多次破解經歷,AES中128位元密鑰版本有10個加密迴圈,192位元密鑰版本有12個加密迴圈,256位元密鑰版本則有14個加密迴圈。至2006年為止,最著名的攻擊是針對AES的7次加密迴圈的128位元密鑰版本,8次加密迴圈的192位元密鑰版本、和9次加密迴圈的256位元密鑰版本所作的攻擊。隨著硬體設備的效率增加,估計以暴力攻擊法完全破解AES的日子已相去不遠。The Advanced Encryption Standard has been cracked many times so far. In AES, the 128-bit key version has 10 encryption loops, the 192-bit key version has 12 encryption loops, and the 256-bit key version has 14 encryption loops. encryption loop. As of 2006, the most famous attacks were against the 128-bit key version of AES with 7 encryption loops, the 192-bit key version with 8 encryption loops, and the 256-bit key version with 9 encryption loops. key version attack. As the efficiency of hardware equipment increases, it is estimated that the days of completely breaking AES with brute force attacks are not far away.
此外,隨著硬體設備的持續升級,人工智慧現已足以達到商用化層級的階段。透過硬體設備的處理效能以及人工智慧的強大計算能力,現今廣泛使用的加密標準很有可能經由人工智慧透過大量運算的方式破解。基於上述的原因,有必要針對現有的加密技術進行改良。In addition, with the continuous upgrading of hardware equipment, artificial intelligence is now sufficient to reach the stage of commercialization. Through the processing performance of hardware devices and the powerful computing power of artificial intelligence, the encryption standards widely used today are likely to be cracked by artificial intelligence through a large number of calculations. For the above reasons, it is necessary to improve the existing encryption technology.
本發明的主要目的,在於提供一種可調式五階加密系統包括一發送端裝置以及一接收端裝置。該發送端裝置包含一資料生成模組以及一資料加密模組。該資料加密模組包含一加密層級設定器以及一五階加密器。該加密層級設定器用以設定該五階加密器的一加密層級,該資料加密模組自該資料生成模組取得至少一數據封包,經由該五階加密器所選定的該加密層級對該數據封包進行加密後輸出一加密序列。該接收端裝置包含一資料目的模組以及一資料解密模組。該資料解密模組包含一解密層級設定器以及一五階解密器。該解密層級設定器用以依據該加密層級設定該五階解密器的一解密層級,該資料解密模組自該發送端裝置取得該加密序列,經由該解密該五階解密器所選定的該解密層級對該加密序列進行解密後輸出還原後的該數據封包至該資料目的模組。The main purpose of the present invention is to provide an adjustable fifth-level encryption system including a transmitter device and a receiver device. The sender device includes a data generation module and a data encryption module. The data encryption module includes an encryption level setting device and a fifth-level encryption device. The encryption level setter is used for setting an encryption level of the fifth-level encryptor, the data encryption module obtains at least one data packet from the data generation module, and the encryption level selected by the fifth-level encryptor is used for the data packet. After encryption, an encrypted sequence is output. The receiver device includes a data destination module and a data decryption module. The data decryption module includes a decryption level setter and a fifth-order decryptor. The decryption level setter is used for setting a decryption level of the fifth-order decryptor according to the encryption level. The data decryption module obtains the encryption sequence from the sender device, and decrypts the decryption level selected by the fifth-order decryptor. After decrypting the encrypted sequence, the restored data packet is output to the data destination module.
本發明的另一目的,在於提供一種發送端裝置,包括一資料生成模組以及一資料加密模組。該資料加密模組包含一加密層級設定器、以及一五階加密器,該加密層級設定器用以設定該五階加密器的一加密層級,該資料加密模組自該資料生成模組取得至少一數據封包,經由該五階加密器所選定的該加密層級對該數據封包進行加密後輸出一加密序列。Another object of the present invention is to provide a transmitter device, which includes a data generation module and a data encryption module. The data encryption module includes an encryption level setter and a fifth-level encryption device. The encryption level setter is used to set an encryption level of the fifth-level encryption device. The data encryption module obtains at least one encryption level from the data generation module. The data packet is encrypted by the encryption level selected by the fifth-order encryptor, and an encryption sequence is outputted.
本發明的另一目的,在於提供一種接收端裝置,包含一資料目的模組以及一資料解密模組。該資料解密模組包含一解密層級設定器以及一五階解密器。該解密層級設定器用以依據該加密層級設定該五階解密器的一解密層級,該資料解密模組自該發送端裝置取得該加密序列,經由該解密該五階解密器所選定的該解密層級對該加密序列進行解密後輸出還原後的該數據封包至該資料目的模組。Another object of the present invention is to provide a receiver device including a data destination module and a data decryption module. The data decryption module includes a decryption level setter and a fifth-order decryptor. The decryption level setter is used for setting a decryption level of the fifth-order decryptor according to the encryption level. The data decryption module obtains the encryption sequence from the sender device, and decrypts the decryption level selected by the fifth-order decryptor. After decrypting the encrypted sequence, the restored data packet is output to the data destination module.
是以,比起習知技術,本發明可依據需要的加密程度切換加密層級,並且能經由一套硬體實現不同的加密層級防護。Therefore, compared with the prior art, the present invention can switch the encryption level according to the required encryption level, and can realize the protection of different encryption levels through a set of hardware.
有關本發明之詳細說明及技術內容,現就配合圖式說明如下。以下針對本發明的其中一較佳實施例進行說明,請參閱「圖1」,為本發明可調式五階加密系統的方塊示意圖(一),如圖所示:The detailed description and technical content of the present invention are described below with reference to the drawings. One of the preferred embodiments of the present invention will be described below. Please refer to FIG. 1 , which is a block diagram (1) of the adjustable fifth-order encryption system of the present invention, as shown in the figure:
本實施態樣主要揭示一種可調式五階加密系統100,用於複數個裝置間相互傳輸資料時,對該等裝置所傳輸的資料分別進行加密及解密。該等產生資料或接收資料的裝置係可以為電腦(Computer)、伺服器(Server)、行動裝置(Mobile Device)、物聯網裝置(例如:監視器、電視、雲端硬碟、燈具等)、大量製造設備或機台等,於本發明中不予以限制。於本發明中依據訊號的收發關係將該等裝置定義為作為資料發送源的發送端裝置10、以及對應於該發送端裝置10用以接收該發送端裝置10資料的接收端裝置20。須特別注意的是,本發明並不以發送端裝置10僅執行資料加密功能、接收端裝置20僅執行資料解密功能為限,具體而言,在此所述的發送端裝置10及接收端裝置20一般均同時具有加密及解密的功能,以確保資料於雙向傳輸的過程中以彼此的金鑰進行加密或解密,在此必須先行敘明。This embodiment mainly discloses an adjustable fifth-
該發送端裝置10及該接收端裝置20之間係可以透過有線或無線網路傳輸資料。於其中一較佳實施態樣中,該發送端裝置10及該接收端裝置20之間係可以透過網際網路(Internet)、區域網路、或於任意有線或無線通訊埠之間傳輸資料,於本發明中不予以限制。為了完成資料加密、解密及傳輸的功能,該發送端裝置10及該接收端裝置20至少應包括處理器(Processor)、儲存單元、通訊單元彼此協同完成相應功能的工作,例如實體線路網卡、無線網卡、藍芽模組(Bluetooth)、紫蜂模組(Zigbee)等,該等訊號的傳輸方式及傳輸介面非屬本發明所欲限制的範圍。Data can be transmitted between the
於一實施例中,本發明可調式五階加密系統100中所述的「模組」、「器」、或單元的組合及其對應執行的功能,可以由單一晶片或複數個晶片的組合協同執行,該等晶片配置的數量非屬本發明所欲限定的範圍。此外,所述的晶片可以為但不限定於處理器、中央處理器(Central Processing Unit, CPU)、微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits, ASIC) 、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device, PLD)等可將資訊或訊號做處理、轉換用途或特殊用途的其他類似裝置或這些裝置的組合,於本發明中不予以限制。In one embodiment, the combination of "module", "device", or unit described in the adjustable fifth-
於一實施例中,所述的發送端裝置10主要包括資料生成模組12以及資料加密模組14。該資料生成模組12例如可以為快取記憶體(Cache memory)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、持續性記憶體(Persistent Memory)用以儲存及管理預備傳送及加密的資料。該資料加密模組14自該資料生成模組12取得至少一數據封包,資料加密模組14可以為執行加密計算處理用的處理器或微處理器,於本發明中不予以限制。最後,資料加密模組14將加密後的數據封包輸出至接收端裝置20,於此定義由資料加密模組14所輸出的加密後的數據封包為加密序列。In one embodiment, the sending
於一實施例中,所述的資料加密模組14包含加密層級設定器142以及輸入端連接至該加密層級設定器142的五階加密器144,請一併參酌「圖2」以及「圖3」,為本發明可調式五階加密系統的方塊示意圖(二)、五階加密器的方塊示意圖,如圖所示:加密層級設定器142用以依據用戶設定/自動配置去設定五階加密器144的加密層級。所述的五階加密器144的輸入端連接至資料生成模組12的輸出端取得至少一數據封包PK,五階加密器144包含依序連接的第一八位元串流加密器1441、第二八位元串流加密器1442、十六位元串流加密器1443、三十二位元串流加密器1444、以及六十四位元串流加密器1445(於此定義第一八位元串流加密器1441、第二八位元串流加密器1442、十六位元串流加密器1443、三十二位元串流加密器1444、以及六十四位元串流加密器1445的上位統稱為「串流加密器」)。In one embodiment, the
具體而言,第一八位元串流加密器1441的輸入端連接至加密層級設定器142的輸出端、另一輸入端連接至該資料生成模組12用以接收數據封包PK;第二八位元串流加密器1442輸入端連接至加密層級設定器142的輸出端、另一輸入端連接至第一八位元串流加密器1441的輸出端;十六位元串流加密器1443的輸入端連接至加密層級設定器142的輸出端、另一輸入端連接至第二八位元串流加密器1442的輸出端;三十二位元串流加密器1444的輸入端連接至加密層級設定器142的輸出端、另一輸入端連接至十六位元串流加密器1443的輸出端;六十四位元串流加密器1445的輸入端連接至加密層級設定器142的輸出端、另一輸入端連接至三十二位元串流加密器1444的輸出端。於此實施例中,加密層級設定器142依據加密層級(共五階加密層級)選擇要將第一八位元串流加密器1441、第二八位元串流加密器1442、十六位元串流加密器1443、三十二位元串流加密器1444、六十四位元串流加密器1445中何者進行啟動、以及由何者輸出加密後的數據封包PK,並且當位於序列後方的串流加密器被啟動時,該串流加密器前方的串流加密器也須啟動。例如:加密層級設定器142設定二階加密層級時,加密層級設定器142會啟動第第二八位元串流加密器1442並一併啟動一八位元串流加密器1441,使數據封包PK依序經由第一八位元串流加密器1441、以及第二八位元串流加密器1442進行加密,並由第二八位元串流加密器1442將加密後的數據封包PK輸出,藉此進行二階加密層級(相當於十六位元加密裝置)的加密;其餘未使用到的十六位元串流加密器1443、三十二位元串流加密器1444、以及六十四位元串流加密器1445則不啟動。當第一階加密層級僅啟動第一八位元串流加密器1441時,加密系統將可以構成一八位元加密裝置;當第二階加密層級僅啟動第一八位元串流加密器1441、以及第二八位元串流加密器1442時,加密系統將可以構成一十六位元加密裝置;當第三階加密層級僅啟動第一八位元串流加密器1441、第二八位元串流加密器1442、以及十六位元串流加密器1443時,加密系統將可以構成一三十二位元加密裝置;當第四階加密層級僅啟動第一八位元串流加密器1441、第二八位元串流加密器1442、十六位元串流加密器1443、以及三十二位元串流加密器1444時,加密系統將可以構成一六十四位元加密裝置;當第五階加密層級為啟動全部的串流加密器時,加密系統將可以構成一一百二十八位元加密裝置。Specifically, the input end of the first
在僅啟動第一八位元串流加密器1441的情況,該第一八位元串流加密器1441的輸出為第一加密序列ES1;在僅啟動第一八位元串流加密器1441、以及第二八位元串流加密器1442的情況,該第二八位元串流加密器1442的輸出為第二加密序列ES2;在僅啟動第一八位元串流加密器1441、第二八位元串流加密器1442、以及十六位元串流加密器1443的情況,該十六位元串流加密器1443的輸出為第三加密序列ES3;在僅啟動第一八位元串流加密器1441、第二八位元串流加密器1442、十六位元串流加密器1443、以及三十二位元串流加密器1444的情況,該三十二位元串流加密器1444的輸出為第四加密序列ES4;在串流加密器皆啟動的情況,六十四位元串流加密器1445的輸出為第五加密序列ES5。最後,加密層級設定器142所選定的加密層級控制五階加密器144將對應該加密層級的第一加密序列ES1、第二加密序列ES2、第三加密序列ES3、第四加密序列ES4或第五加密序列ES5經由資料傳輸層DA輸出至接收端裝置20。具體而言,在任一種加密層級僅會生成前述其中一種對應該加密層級的加密序列。When only the first
於一實施例中,前述的五階加密器144中第一八位元串流加密器1441、第二八位元串流加密器1442、十六位元串流加密器1443、三十二位元串流加密器1444、以及六十四位元串流加密器1445分別包含有加密線性反饋移位暫存器(Linear Feedback Shift Register, LFSR)以及一或複數個加密邏輯閘(Logic Gate),該加密線性反饋移位暫存器具有一加密金鑰,該加密金鑰可以由其他裝置輸入至加密線性反饋移位暫存器作為一預設金鑰,所述的裝置非屬本發明所欲限制的內容,於此先行敘明。該加密線性反饋移位暫存器將該加密金鑰的複數個加密位元抽頭進行邏輯運算後獲得一加密運算元,該加密運算元與該數據封包PK經由該加密邏輯閘進行運算後獲得加密序列,並且該加密運算元將反饋至加密線性反饋移位暫存器的第一位元作為加密金鑰的更新,所述的更新指該加密運算元會輸入至該加密線性反饋移位暫存器的加密金鑰的第一位元,使原先該加密金鑰的第一位元移動至第二位元、原先該加密金鑰的第二位元移動至第三位元,依此類推,原先該加密金鑰的最末位元會被前一位元覆蓋,藉此達到該加密金鑰的更新。In one embodiment, the first
於一實施態樣中,請參酌「圖4」,為本發明五階加密器的邏輯運算示意圖,如圖所示:第一八位元串流加密器1441包含有加密線性反饋移位暫存器1441L(存有第一加密金鑰a[1]至a[8] ,a[n]為該第一加密金鑰的第n位元)、以及加密邏輯閘1441G;第二八位元串流加密器1442包含有加密線性反饋移位暫存器1442L(存有第二加密金鑰b[1]至b[8] ,b[n]為該第二加密金鑰的第n位元)、以及加密邏輯閘1442G;十六位元串流加密器1443包含有加密線性反饋移位暫存器1443L(存有第三加密金鑰c[1]至c[16] ,c[n]為該第三加密金鑰的第n位元)、以及加密邏輯閘1443G;三十二位元串流加密器1444包含有加密線性反饋移位暫存器1444L(存有第四加密金鑰d[1]至d[32] ,d[n]為該第四加密金鑰的第n位元)、以及加密邏輯閘1444G;六十四位元串流加密器1445包含有加密線性反饋移位暫存器1445L(存有第五加密金鑰e[1]至e[64] ,e[n]為該第五加密金鑰的第n位元)、以及加密邏輯閘1445G。於一實施例中,所述的加密邏輯閘1441G、1442G、1443G、1444G、1445G以及邏輯運算皆使用互斥或閘(Exclusive Or, XOR)作為運算。於其他實施例中,所述的邏輯閘1441G、1442G、1443G、1444G、1445G以及邏輯運算可以用AND閘、OR閘、其他邏輯閘或複數個邏輯閘的組合實現運算,於本發明中不予以限制。In one embodiment, please refer to FIG. 4 , which is a schematic diagram of the logic operation of the fifth-order cipher of the present invention. As shown in the figure: the first
於其他實施例中,前述的五階加密器144亦可以於後端設置一多路復用器(Multiplexer, MUX)決定輸出的加密序列,或是於五階加密器144前端搭配設置一個控制模組(Control Module)用以取代加密層級設定器142決定啟動的串流加密器及邏輯閘的部分功能,該等實施方式的變化非屬本發明所欲限制的範圍。In other embodiments, the aforementioned fifth-
於一實施例中,請復參閱「圖1」,所述的接收端裝置20包括資料目的模組22以及資料解密模組24。該資料目的模組22相同可以為快取記憶體(Cache memory)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、持續性記憶體(Persistent Memory)用以儲存及管理所接收到的資料。該資料解密模組22係可以為執行解密計算處理用的處理器或微處理器,於本發明中不予以限制。最後,該資料解密模組24用以將所接收到的加密序列經由對應的加密層級進行解密處理後將還原的原始數據封包輸出至該資料目的模組22以儲存。In an embodiment, please refer to FIG. 1 again, the receiving
於一實施例中,所述的資料解密模組24包含解密層級設定器242以及輸入端連接至該解密層級設定器242的五階解密器244,請一併參酌「圖2」以及「圖5」,為本發明可調式五階加密系統的方塊示意圖(二)、五階解密器的方塊示意圖,如圖所示:解密層級設定器242用以設定五階解密器244的解密層級,所述的解密層級的數量對應加密層級的數量。所述的五階解密器244經由資料傳輸層DA自發送端裝置10取得至少一加密序列,五階解密器244包含依序連接的第一八位元串流解密器2441、第二八位元串流解密器2442、十六位元串流解密器2443、三十二位元串流解密器2444、以及六十四位元串流解密器2445(於此定義第一八位元串流解密器2441、第二八位元串流解密器2442、十六位元串流解密器2443、三十二位元串流解密器2444、六十四位元串流解密器2445的上位統稱為「串流解密器」)。具體而言,六十四位元串流解密器2445的輸入端連接至解密層級設定器242的輸出端、六十四位元串流解密器2445的輸出端連接至三十二位元串流解密器2444的輸入端;三十二位元串流解密器2444的另一輸入端連接至解密層級設定器242的輸出端、三十二位元串流解密器2444的輸出端連接至十六位元串流解密器2443的輸入端;十六位元串流解密器2443的另一輸入端連接至解密層級設定器242的輸出端、十六位元串流解密器2443的輸出端連接至第二八位元串流解密器2442的輸入端;第二八位元串流解密器2442的另一輸入端連接至解密層級設定器242的輸出端、第二八位元串流解密器2442的輸出端連接至第一八位元串流解密器2441的輸入端;第一八位元串流解密器2441的另一輸入端連接至解密層級設定器242的輸出端、第一八位元串流解密器2441的輸出端連接至資料目的模組22的輸入端。於本實施例中,解密層級設定器242依據解密層級選擇要啟動的串流解密器、以及依據解密層級選擇加密序列要輸入的串流解密器,藉此將加密序列依序解密,並且當位於序列前方的串流解密器被啟動時,該串流解密器後方的串流解密器也須啟動。例如:解密層級設定器242設定對應二階加密層級的二階解密層級時,解密層級設定器242會啟動第二八位元串流解密器2442並一併啟動第一八位元串流解密器2441,解密層級設定器242會依據二階解密層級將加密序列輸入第二八位元串流解密器2442後,加密序列經由第二八位元串流解密器2442、第一八位元串流解密器2441進行解密,由第一八位元串流解密器2441將解密後的加密序列輸出,藉此進行二階解密層級的解密(相當於十六位元解密裝置);其餘未使用到的十六位元串流解密器2443、三十二位元串流解密器2444、以及六十四位元串流解密器2445則不啟動。於此定義最後由五階解密器244所輸出的解密後加密序列為還原數據封包。當第一階解密層級(對應第一階加密層級)僅啟動第一八位元串流解密器1441時,該解密系統將可以構成一八位元解密裝置;當第二階解密層級(對應第二階加密層級)僅啟動第一八位元串流解密器2441、以及第二八位元串流解密器2442時,該解密系統將可以構成一十六位元解密裝置;當第三階解密層級(對應第三階加密層級)為啟動第一八位元串流解密器2441、第二八位元串流解密器2442、以及十六位元串流解密器2443時,該解密系統將可以構成一三十二位元解密裝置;當第四階解密層級(對應第四階加密層級)僅啟動第一八位元串流解密器2441、第二八位元串流解密器2442、十六位元串流解密器2443、以及三十二位元串流解密器2444時,該解密系統將可以構成一六十四位元解密裝置;當第五階解密層級(對應第五階加密層級)啟動全部的串流解密器時,該解密系統將可以構成一一百二十八位元解密裝置。具體而言,在任一種解密層級僅會接收到一種對應該解密層級的加密序列。In one embodiment, the
於此定義第一八位元串流解密器2441的輸出為第一數據封包PK1;第二八位元串流解密器2442的輸出為第二數據封包PK2;十六位元串流解密器2443的輸出為第三數據封包PK3;三十二位元串流解密器2444的輸出為第四數據封包PK4;六十四位元串流解密器2445的輸出為第五數據封包PK5。具體而言,五階解密器244所輸出的還原數據封包為第一數據封包PK1,一併敘明於此。Here, the output of the first
於一實施例中,前述的五階解密器244中第一八位元串流解密器2441、第二八位元串流解密器2442、十六位元串流解密器2443、三十二位元串流解密器2444、以及六十四位元串流解密器2445分別包含有解密線性反饋移位暫存器(Linear Feedback Shift Register, LFSR)以及一或複數個解密邏輯閘(Logic Gate),該解密線性反饋移位暫存器具有一解密金鑰,該解密金鑰對應於加密金鑰並且可以由其他裝置輸入至解密線性反饋移位暫存器作為一預設解密金鑰,所述的裝置非屬本發明所欲限制的內容,於此先行敘明。該解密線性反饋移位暫存器將該解密金鑰的複數個解密位元抽頭進行邏輯運算後獲得一解密運算元,該解密運算元與接收到的加密序列經由該解密邏輯閘進行運算後獲得解密序列,其中,該加密序列將反饋至解密線性反饋移位暫存器的第一位元作為解密金鑰的更新,所述的更新指該加密序列會輸入至將該解密線性反饋移位暫存器的解密金鑰的第一位元,使原先該解密金鑰的第一位元移動至第二位元、原先該解密金鑰的第二位元移動至第三位元,依此類推,原先該解密金鑰的最末位元會被前一位元覆蓋,藉此更新該解密金鑰。In one embodiment, the first
具體而言,請參酌「圖6」,為本發明五階解密器的邏輯運算示意圖,如圖所示:第一八位元串流解密器2441包含有解密線性反饋移位暫存器2441L(存有與第一加密金鑰a[1]至a[8]相同的第一解密金鑰,於此標號相同於第一加密金鑰)、以及解密邏輯閘2441G;第二八位元串流解密器2442包含有解密線性反饋移位暫存器2442L(存有與第二加密金鑰b[1]至b[8]相同的第二解密金鑰,於此標號相同於第二加密金鑰)、以及解密邏輯閘2442G;十六位元串流解密器2443包含有解密線性反饋移位暫存器2443L(存有與第三加密金鑰c[1]至c[16]相同的第三解密金鑰,於此標號相同於第三加密金鑰)、以及解密邏輯閘2443G;三十二位元串流解密器2444包含有解密線性反饋移位暫存器2444L(存有與第四加密金鑰d[1]至d[32]相同的第四解密金鑰,於此標號相同於第四加密金鑰)、以及解密邏輯閘2444G;六十四位元串流解密器2445包含有解密線性反饋移位暫存器2445L(存有與第五加密金鑰e[1]至e[64]相同的第五解密金鑰,於此標號相同於第五加密金鑰)、以及解密邏輯閘2445G。原則上,所述的五階解密器244中的邏輯閘與邏輯運算必須與五階加密器144執行反向邏輯運算(例如五階加密器144為AND,則五階解密器244為NAND)。Specifically, please refer to FIG. 6 , which is a schematic diagram of the logic operation of the fifth-order decryptor of the present invention. As shown in the figure: the first
於其他實施例中,前述的五階解密器244亦可以於前端設置一多路復用器(Multiplexer, MUX)決定加密序列欲輸入之串流解密器,或是於五階解密器244前端搭配設置一個控制模組(Control Module)用以取代解密層級設定器242決定啟動的串流解密器及邏輯閘的部分功能,該等實施方式的變化非屬本發明所欲限制的範圍。In other embodiments, the aforementioned fifth-
於其他實施例中,前述的資料生成模組12與資料加密模組14之間具有一進階加密器時(圖未示),資料目的模組22以及資料解密模組24之間具有一對應該進階加密器的進階解密器(圖未示),該進階加密器對資料生成模組12的數據封包PK進行加密處理後輸出至資料加密模組14;該進階解密器用對應該進階加密器的解密處理還原該數據封包PK至資料目的模組22。前述的加密處理例如:進階加密標準(Advanced Encryption Standard, AES),於本發明中不予以限制。In other embodiments, when there is an advanced encryptor (not shown) between the aforementioned
以上針對本發明硬體架構的一具體實施例進行說明,有關於本發明的工作程式將於下面進行更進一步的說明,請參閱「圖7」,為本發明可調式五階加密方法的流程示意圖:A specific embodiment of the hardware structure of the present invention is described above. The working program of the present invention will be further described below. Please refer to FIG. 7 , which is a schematic flowchart of the adjustable fifth-level encryption method of the present invention. :
於進行數據傳輸前,加密層級設定器142與解密層級設定器242將依據用戶設定/自動配置去設定相同的加密/解密層級(例如:當加密層級設定器142選定五階加密器144加密層級為五階時,解密層級設定器242將選定五階解密器244解密層級為五階),先行敘明於此。Before data transmission, the
首先,於發送端裝置10中,數據封包PK由資料生成模組12輸出至資料加密模組14(步驟S201)。First, in the
數據封包PK由資料加密模組14的五階加密器144接收並依照加密層級設定器142所設定的加密層級對該數據封包PK進行加密(步驟S202)。The data packet PK is received by the fifth-
加密後的數據封包PK由該五階加密器144輸出加密序列至接收端裝置20(步驟S203)。The encrypted data packet PK is outputted by the fifth-
加密序列經由資料解密模組24中的五階解密器244依照解密層級設定器242對應加密層級的解密層級將該加密序列進行解密(步驟S204)。The encrypted sequence is decrypted by the fifth-
解密後的加密序列由該五階解密器244輸出還原數據封包至資料目的模組22儲存(步驟S205)。The decrypted encrypted sequence is output by the fifth-
於一實施例中,所述五階加密器144具有第一八位元串流解密器2441、第二八位元串流解密器2442、十六位元串流解密器2443、三十二位元串流解密器2444、以及六十四位元串流解密器2445的五階加密器144進行加密;所述五階解密器244具有第一八位元串流解密器2441、第二八位元串流解密器2442、十六位元串流解密器2443、三十二位元串流解密器2444、以及六十四位元串流解密器2445的情況下,請參酌「圖8」、「圖9」,為本發明五階加密器144的加密流程示意圖與五階解密器244的解密流程示意圖。前述步驟S202依據加密層級可以由步驟S2021-S2025之中的一或複數個步驟替換,且該複數個步驟必須依序存在(例如:第四階加密層級的情況下,步驟S202需替換成對應的步驟S2024,此時步驟S2021-S2023也必須一併納入,因此,步驟S202在第四階加密層級的情況下能替換成步驟S2021-S2024);步驟S204依據解密層級可以由步驟S2041-S2045之中的一或複數個步驟替換,且該複數個步驟必須反向依序存在(例如:在第四階層解密層級的情況下,步驟S204需替換成對應的步驟S2042,此時步驟S2043-S2045也必須一併納入,因此,步驟S204能替換成步驟S2042-S2045),先前已描述過的步驟內容將不再贅述,先行敘明於此。於此實施例中,五階加密器144所述的邏輯運算皆為XOR;五階解密器244所述的邏輯運算都為OR(對應五階加密器的邏輯運算)。於其他實施例中,前述的邏輯運算可以由AND、NAND等其他邏輯運算,於本發明中不予以限制;於此實施例中,加密線性反饋移位暫存器所選用的複數個加密抽頭位元、與解密反饋移位暫存器所選用的複數個解密抽頭位元及數量僅為一實施例,該加密/解密抽頭位元能根據實際需求進行不同的選擇、數量變化(例如:選擇第一位元、第七位元做為加密/解密抽頭位元;選擇第四位元、第五位元、第六位元、第八位元做為加密/解密抽頭位元;於位元數更多的情況下可以選擇第二位元、第三十七位元等),該加密/解密抽頭位元的選擇非屬本發明所欲限制的範圍。前述的解密抽頭位元將對應加密抽頭位元進行選擇,以搭配進行解密。於本實施例中,該第一八位元串流加密器1441、該十六位元串流加密器1443、該三十二位元串流加密器1444的該加密位元抽頭數量為兩個;該第二八位元串流加密器1442、該六十四位元串流加密器1445的該加密位元抽頭數量為四個;該第一八位元串流解密器2441、該十六位元串流解密器2443、該三十二位元串流解密器2444的該解密位元抽頭數量為兩個;該第二八位元串流解密器2442、該六十四位元串流解密器2445的該解密位元抽頭數量為四個,先行敘明於此。於一實施例中,前述的加密位元抽頭與解密位元抽頭的位元數量為偶數個。In one embodiment, the fifth-
以下說明步驟S2021-S2025,請一併參酌「圖4」、「圖8」,為本發明五階加密器的邏輯運算示意圖、加密流程示意圖。數據封包PK由五階加密器144的第一八位元串流加密器1441接收,該數據封包PK經由第一八位元串流加密器1441加密並輸出(步驟S2021)。於一實施例中,第一八位元串流加密器1441中的加密線性反饋移位暫存器1441L擷取第二位元a[2]與第七位元a[7]進行邏輯運算後取得第一加密運算元,將該數據封包PK與該第一加密運算元經由加密邏輯閘1441G進行邏輯運算依序進行加密並由第一八位元串流加密器1441輸出;當加密層級設定器142設定為一階加密時,此時第一八位元串流加密器1441輸出的為第一加密序列ES1。Steps S2021-S2025 are described below. Please refer to FIG. 4 and FIG. 8 together, which are schematic diagrams of logical operations and encryption flow diagrams of the fifth-order encryptor of the present invention. The data packet PK is received by the first
經由第一八位元串流加密器1441加密並輸出的數據封包PK由第二八位元串流加密器1442接收,第二八位元串流加密器1442將接收到的該數據封包PK加密並輸出(步驟S2022)。於一實施例中,第二八位元串流加密器1442中的加密線性反饋移位暫存器1442L擷取第二位元b[2]、第五位元b[5]、第六位元b[6]、第七位元b[7]進行邏輯運算後取得第二加密運算元,將該數據封包PK與該第二加密運算元經由加密邏輯閘1442G進行邏輯運算依序進行加密並由第二八位元串流加密器1442輸出;當加密層級設定器142設定為二階加密時,此時第二八位元串流加密器1442輸出的為第二加密序列ES2。The data packet PK encrypted and output by the first
經由第二八位元串流加密器1442加密並輸出的數據封包PK由十六位元串流加密器1443接收,十六位元串流加密器1443將接收到的該數據封包PK加密並輸出(步驟S2023)。於一實施例中,十六位元串流加密器1443中的加密線性反饋移位暫存器1443L擷取第十四位元c[14]、第十六位元c[16]進行邏輯運算後取得第三加密運算元,將該數據封包PK與該第三加密運算元經由加密邏輯閘1443G進行邏輯運算依序進行加密並由十六位元串流加密器1443輸出;當加密層級設定器142設定為三階加密時,此時十六位元串流加密器1443輸出的為第三加密序列ES3。The data packet PK encrypted and output by the second
經由十六位元串流加密器1443加密並輸出的數據封包PK由三十二位元串流加密器1444接收,三十二位元串流加密器1444將接收到的該數據封包PK加密並輸出(步驟S2024)。於一實施例中,三十二位元串流加密器1444中的加密線性反饋移位暫存器1444L擷取第三十位元d[30]、第三十二位元d[32]進行邏輯運算後取得第四加密運算元,將該數據封包PK與該第四加密運算元經由加密邏輯閘1444G進行邏輯運算依序進行加密並輸出;當加密層級設定器142設定為四階加密時,此時三十二位元串流加密器1444輸出的為第四加密序列ES4。The data packet PK encrypted and output by the sixteen-
經由三十二位元串流加密器1444加密並輸出的數據封包PK由六十四位元串流加密器1445接收,六十四位元串流加密器1445將接收到的該數據封包PK加密並輸出(步驟S2025)。於一實施例中,加密層級設定器142設定為五階加密時,所述六十四位元串流加密器1445中的加密線性反饋移位暫存器1445L擷取第二位元e[2]、第六十一位元e[61]、第六十二位元e[62]、以及第六十四e[64]位元進行邏輯運算後取得第五加密運算元,將該數據封包PK與該第五加密運算元經由加密邏輯閘1445G進行邏輯運算依序進行加密並輸出,此時六十四位元串流加密器1445輸出的為第五加密序列ES5。The data packet PK encrypted and output by the 32-
以下說明步驟S2041-S2045,請一併參酌「圖6」、「圖9」,為本發明五階解密器的邏輯運算示意圖、解密流程示意圖。第五加密序列ES5由五階解密器244的六十四位元串流解密器2445接收,六十四位元串流解密器2445解密該第五加密序列ES5並輸出第五數據封包PK5(步驟S2041)。於一實施例中,當解密層級為五階時,六十四位元串流解密器2445中的解密線性反饋移位暫存器2445L擷取第二位元e[2]、第六十一位元e[61]、第六十二位元e[62]、以及第六十四位元e[64]進行邏輯運算後取得第五解密運算元,將該第五加密序列ES5與該第五解密運算元經由解密邏輯閘2445G進行邏輯運算依序轉換成第五數據封包PK5並輸出至三十二位元串流解密器2444。Steps S2041-S2045 are described below. Please refer to FIG. 6 and FIG. 9 together, which are schematic diagrams of logical operations and decryption flow diagrams of the fifth-order decryptor of the present invention. The fifth encrypted sequence ES5 is received by the sixty-four-
第五數據封包PK5由五階解密器244的三十二位元串流解密器2444接收,三十二位元串流解密器2444解密該第五數據封包PK5並輸出第四數據封包PK4(步驟S2042)。於一實施例中,當解密層級為五階時,三十二位元串流解密器2444中的解密線性反饋移位暫存器2444L擷取第三十位元d[30]、以及第三十二位元d[32]進行邏輯運算後取得第四解密運算元,將該第五數據封包PK5與該第四解密運算元經由解密邏輯閘2444G進行邏輯運算依序轉換成第四數據封包PK4並輸出至十六位元串流解密器2443;當解密層級為四階時,三十二位元串流解密器2444所接收的為發送端裝置10所輸出的第四加密序列ES4,此時三十二位元串流解密器2444中的解密線性反饋移位暫存器2444L擷取第三十位元d[30]、以及第三十二位元d[32]進行邏輯運算後取得第四解密運算元,將該第四加密序列ES4與該第四解密運算元經由解密邏輯閘2444G進行邏輯運算依序轉換成第四數據封PK4包並輸出至十六位元串流解密器2443。The fifth data packet PK5 is received by the thirty-two-
第四數據封PK4包由五階解密器244的十六位元串流解密器2443接收,十六位元串流解密器2443解密該第四數據封包PK4並輸出第三數據封包PK3(步驟S2043)。於一實施例中,當解密層級為五階或四階時,十六位元串流解密器2443中的解密線性反饋移位暫存器2443L擷取第十四位元c[14]、第十六位元c[16]進行邏輯運算後取得第三解密運算元,將該第四數據封包PK4與該第三解密運算元經由解密邏輯閘2443G進行邏輯運算依序轉換成第三數據封包PK3並輸出至第二八位元串流解密器2442;當解密層級為三階時,十六位元串流解密器2443所接收的為發送端裝置10所輸出的第三加密序列ES3,此時十六位元串流解密器2443中的解密線性反饋移位暫存器2443L擷取第十四位元c[14]、以及第十六位元c[16]進行邏輯運算後取得第三解密運算元,將該第三加密序列ES3與該第三解密運算元經由解密邏輯閘2443G進行邏輯運算依序轉換成第三數據封包PK3並輸出至第二八位元串流解密器2442。The fourth data packet PK4 is received by the 16-
第三數據封包PK3由五階解密器244的第二八位元串流解密器2442接收,第二八位元串流解密器2442解密該第三數據封包PK3並輸出第二數據封包PK2(步驟S2044)。於一實施例中,當解密層級為五階、四階或三階時,第二八位元串流解密器2442中的解密線性反饋移位暫存器2442L擷取第二位元b[2]、第十三位元b[13]、第十四位元b[14]、以及第十六位元b[16]進行邏輯運算後取得第二解密運算元,將該第三數據封包PK3與該第二解密運算元經由解密邏輯閘2442G進行邏輯運算依序轉換成第二數據封包PK2並輸出至第一八位元串流解密器2441;當解密層級為二階時,第二八位元串流解密器2442所接收的為發送端裝置10所輸出的第二加密序列ES2,此時第二八位元串流解密器2442中的解密線性反饋移位暫存器2442L擷取第二位元b[2]、第十三位元b[13]、第十四位元b[14]、以及第十六位元b[16]進行邏輯運算後取得第二解密運算元,將該第二加密序列ES2與該第二解密運算元經由解密邏輯閘2442G進行邏輯運算依序轉換成第二數據封包PK2並輸出至第一八位元串流解密器2441。The third data packet PK3 is received by the second
第二數據封包PK2由五階解密器244的第一八位元串流解密器2441接收,第一八位元串流解密器2441解密該第二數據封包PK2並輸出第一數據封包PK1(步驟S2045)。具體而言,當解密層級為五階、四階、三階或二階時,第一八位元串流解密器2441中的解密線性反饋移位暫存器2441L擷取第二位元a[2]、以及第七位元a[7]進行邏輯運算後取得第一解密運算元,將該第二數據封包PK2與該第一解密運算元經由解密邏輯閘2441G進行邏輯運算依序轉換成第一數據封包PK1並輸出至資料目的模組22,此時定義該第一數據封包PK1為該五階解密器244輸出的還原數據封包;當解密層級為一階時,第一八位元串流解密器2441所接收的為發送端裝置10所輸出的第一加密序列ES1,此時第一八位元串流解密器2441中的解密線性反饋移位暫存器2441L擷取第二位元a[2]、以及第七位元a[7]進行邏輯運算後取得第一解密運算元,將該第一加密序列ES1與該第一解密運算元經由解密邏輯閘2441G進行邏輯運算依序轉換成第一數據封包PK1並輸出至資料目的模組22,此時定義該第一數據封包PK1為該五階解密器244輸出的還原數據封包。The second data packet PK2 is received by the first
綜上所述,比起習知技術,本發明可依據需要的加密程度切換加密層級,並且能經由一套硬體實現不同的加密層級防護。To sum up, compared with the prior art, the present invention can switch the encryption level according to the required level of encryption, and can realize the protection of different encryption levels through a set of hardware.
以上已將本發明做一詳細說明,惟,以上所述者,僅為本發明之一較佳實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾,皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。The present invention has been described in detail above, however, the above-mentioned is only a preferred embodiment of the present invention, and should not limit the scope of the present invention by this Equivalent changes and modifications should still fall within the scope of the patent of the present invention.
100:可調式五階加密系統 10:發送端裝置 12:資料生成模組 14:資料加密模組 142:加密層級設定器 144:五階加密器 1441:第一八位元串流加密器 1441L:加密線性反饋移位暫存器 1441G:加密邏輯閘 1442:第二八位元串流加密器 1442L:加密線性反饋移位暫存器 1442G:加密邏輯閘 1443:十六位元串流加密器 1443L:加密線性反饋移位暫存器 1443G:加密邏輯閘 1444:三十二位元串流加密器 1444L:加密線性反饋移位暫存器 1444G:加密邏輯閘 1445:六十四位元串流加密器 1445L:加密線性反饋移位暫存器 1445G:加密邏輯閘 20:接收端裝置 22:資料目的模組 24:資料解密模組 242:解密層級設定器 244:五階解密器 2441:第一八位元串流解密器 2441L:解密線性反饋移位暫存器 2441G:解密邏輯閘 2442:第二八位元串流解密器 2442L:解密線性反饋移位暫存器 2442G:解密邏輯閘 2443:十六位元串流解密器 2443L:解密線性反饋移位暫存器 2443G:解密邏輯閘 2444:三十二位元串流解密器 2444L:解密線性反饋移位暫存器 2444G:解密邏輯閘 2445:六十四位元串流解密器 2445L:解密線性反饋移位暫存器 2445G:解密邏輯閘 DA:資料傳輸層 ES1:第一加密序列 ES2:第二加密序列 ES3:第三加密序列 ES4:第四加密序列 ES5:第五加密序列 PK:數據封包 PK1:第一數據封包 PK2:第二數據封包 PK3:第三數據封包 PK4:第四數據封包 PK5:第五數據封包 S201-205:步驟 S2021-2025:步驟 S2041-2045:步驟 100: Adjustable fifth-order encryption system 10: Sender device 12: Data generation module 14: Data encryption module 142: Encryption level setter 144: Fifth Order Encryptor 1441: First octet stream encryptor 1441L: Encrypted Linear Feedback Shift Register 1441G: Encryption logic gate 1442: Second octet stream encryptor 1442L: Encrypted Linear Feedback Shift Register 1442G: Encryption logic gate 1443: 16-bit stream encryptor 1443L: Encrypted Linear Feedback Shift Register 1443G: Encryption logic gate 1444: Thirty-two-bit stream cipher 1444L: Encrypted Linear Feedback Shift Register 1444G: Encryption logic gate 1445: Sixty-four bit stream cipher 1445L: Encrypted Linear Feedback Shift Register 1445G: Encryption logic gate 20: Receiver device 22: Data Purpose Module 24: Data decryption module 242: Decrypt level setter 244: Fifth Order Decryptor 2441: First octet stream decryptor 2441L: Decrypt Linear Feedback Shift Register 2441G: Decryption logic gate 2442: Second octet stream decryptor 2442L: Decrypt Linear Feedback Shift Register 2442G: Decryption logic gate 2443: 16-bit stream decryptor 2443L: Decrypt Linear Feedback Shift Register 2443G: Decryption logic gate 2444: Thirty-two-bit stream decryptor 2444L: Decrypt Linear Feedback Shift Register 2444G: Decryption logic gate 2445: Sixty-four bit stream decryptor 2445L: Decrypt Linear Feedback Shift Register 2445G: Decryption logic gate DA: Data Transport Layer ES1: First encryption sequence ES2: Second Encrypted Sequence ES3: Third Encrypted Sequence ES4: Fourth Encrypted Sequence ES5: Fifth Encrypted Sequence PK: data packet PK1: The first data packet PK2: The second data packet PK3: The third data packet PK4: Fourth data packet PK5: Fifth data packet S201-205: Steps S2021-2025: Steps S2041-2045: Steps
圖1,本發明可調式五階加密系統的方塊示意圖(一)。FIG. 1 is a block diagram (1) of the adjustable fifth-order encryption system of the present invention.
圖2,本發明可調式五階加密系統的方塊示意圖(二)。FIG. 2 is a block diagram (2) of the adjustable fifth-order encryption system of the present invention.
圖3,本發明五階加密器的方塊示意圖。FIG. 3 is a block diagram of a fifth-order cipher of the present invention.
圖4,本發明五階加密器的邏輯運算示意圖。FIG. 4 is a schematic diagram of the logical operation of the fifth-order cipher of the present invention.
圖5,本發明五階解密器的方塊示意圖。FIG. 5 is a block diagram of the fifth-order decryptor of the present invention.
圖6,本發明五階解密器的邏輯運算示意圖。FIG. 6 is a schematic diagram of the logical operation of the fifth-order decryptor of the present invention.
圖7,本發明可調式五階加密方法的流程示意圖。FIG. 7 is a schematic flowchart of the adjustable fifth-order encryption method of the present invention.
圖8,本發明五階加密器的加密流程示意圖。FIG. 8 is a schematic diagram of the encryption flow of the fifth-order encryption device of the present invention.
圖9,本發明五階解密器的解密流程示意圖。FIG. 9 is a schematic diagram of the decryption flow of the fifth-order decryptor of the present invention.
100:可調式五階加密系統 100: Adjustable fifth-order encryption system
10:發送端裝置 10: Sender device
12:資料生成模組 12: Data generation module
14:資料加密模組 14: Data encryption module
20:接收端裝置 20: Receiver device
22:資料目的模組 22: Data Purpose Module
24:資料解密模組 24: Data decryption module
DA:資料傳輸層 DA: Data Transport Layer
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