一種基于KEELOQ的改進加密算法及其在單片機中的實現(xiàn)技術(shù)

摘要：討論了Microchip公司的KEELOQ加解密算法的實現(xiàn)機制，通過引入隨隨機數(shù)，提出了一種新的改進算法，并給出了其在單片機中的實現(xiàn)方案。該算法具有簡單實用、所需硬件資源少、傳輸效率和安全性相對較高等優(yōu)點，適用于需要數(shù)據(jù)加密的小型無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

    關(guān)鍵詞：加密算法 KEELOQ 單片機 跳碼技術(shù)

當(dāng)今的編解碼電路已經(jīng)朝著高度集成化和微電腦化發(fā)展。像普通的固定編解碼芯片和MC145026/145027、PT2262/2272等已被廣泛應(yīng)用于公用系統(tǒng)中，給生活帶來了方便。然而這些芯片不能保證系統(tǒng)的安全性。由于這些系統(tǒng)每次發(fā)送的數(shù)據(jù)流一模一樣，只是高低電平的組合，第三方面通過捕捉設(shè)備，一旦用戶信號出現(xiàn)，便可瞬間取得合法的身份識別碼；或使用編碼掃描設(shè)備，主動攻擊解碼芯片。因此保證系統(tǒng)的安全性是一個很現(xiàn)實的問題。在此背景下，基于加密算法的編解碼IC的安全機制得到了應(yīng)用。Microchip公司的KEELOQ技術(shù)是這種技術(shù)的代表。KEELOQ技術(shù)是一種多變化、抗截獲得、安全可靠性高的非線性跳碼加密解密技術(shù)。KEELOQ目前是通過硬件芯片IC（以Mirochip公司的HCS300為代表）實現(xiàn)，主要應(yīng)用于汽車陣盜系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)，是無鑰進入系統(tǒng)領(lǐng)域的首選芯片。但也由于硬件芯片本身的限制（其所能加密的數(shù)據(jù)必須預(yù)先寫入EEPROM中），使之很難用于其它（如數(shù)據(jù)加密）領(lǐng)域。

本文把這項封裝在芯片里的KEELOQ加密技術(shù)用軟件方式實現(xiàn)，并針對單片機的特性進行了適當(dāng)改進。這種在單片機中實現(xiàn)的改進算法不僅包含了原來HCS300所具備的所有功能，而且在系統(tǒng)安全性、靈活性、可擴展性、傳輸效率等方面均有較大改善，同時對改進算法在數(shù)據(jù)加密領(lǐng)域作為全新的嘗試，以其特殊的密鑰管理方法獨立于對稱型加密（如DES）與不對稱型加密算法（即公開密鑰體制，如RSA），成為一種適用于無線傳輸領(lǐng)域小型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)加密算法。

1 KEELOQ技術(shù)簡介及其硬件實現(xiàn)

KEELOQ技術(shù)的核心思想是用64bit的EN_KEY[64:0](加密密鑰)去加密32bit的CSR[31:0]（校驗碼）得到32bit的CRYP密文。加密機制為：首先定義一個非線性表，這個非線性表有5位輸入NLF_IN[4:0]，一位輸出NLF_OUT。它在CSR[31:0]中間隔均勻地取固定5位：I0、I1、I2、I3、I4，通過非線性產(chǎn)生一個輸出碼NLF_OUT；這一位輸出碼NLF_OUT再與EN_KEY中的15位、CSR中的2位進行異或運算后輸出第一位輸出碼CRYP[0]；每輸出一位后，EN_KEY、CSR分別進行移位，EN_KEY作循環(huán)移位，CRYP[0]作為CSR移位的輸入；重復(fù)上述步驟直到輸出32位CRYP[0:31]。依此法，即使32bit的校驗碼CSR中只有一位發(fā)生變化，用KEELOQ加密算法得到的CRYP密文也會有50%以上的數(shù)據(jù)位（16bit）發(fā)生變化。

Microchip公司以KEELOQ技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)了滾動碼系統(tǒng)專用芯片，HCS300是其中較典型的一款。它是一塊8引腳

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