3.1 相关算法[3]

（1）3DES算法
　　
数据加密标准DES（Data Encryption Standard）产生于20世纪70年代。经过20多年的使用，目前仍是一个世界内的加密标准。这说明它的安全性相当高。它是一个分组加密算法，以64位分组对数据加密。密钥K的长度也是64位，可以是任意数。DES算法是对称的，加密与解密使用相同的算法与密钥（除了密钥的编排顺序不同）。因而可以说，DES算法的保密性完全依赖于密钥K。
　　
目前对DES的破译，最有效的是穷举功击。之所以说DES已经不太安全，是因为其密钥短。以现今的运算技术来说，计算量已经不算很大。不过，如果增加密钥的长度，其安全性也可以相应地增强。3DES正是基于这样的原理。加密时，使用2个不同的密钥K1和密钥K2对1个分组进行3次加密。也就是说，先用密钥K1加密，然后用密钥K2解密，最后用密钥K1加密；解密时则先用密钥K1解密，然后用密钥K2加密，最后用密钥K1解密。
　　
计算式如下：
　　
C=E1(D2(E1(P)))    (1)

P=D1(E1(D1(C)))    (2)
　　
其中，P为明文，C为密文。Ei()为加密函数，Di()为解密函数。

（2）Geffe发生器
　　
Geffe发生器是一种密钥序列发生器，利用线性反馈移位寄存器LFSR（Linear Feedback Shift Register）产生序列密码。LFSR的输出就是m序列，是一个伪随机序列。Geffe发生器使用了3个LFSR,以非线生方式组合。其中，2个LFSR作为复合器的输入，第3个LFSR控制复合器的输出。使用相关攻击，Geffe发生器的破译并不难，故而不能直接将它作为3DES算法的密钥，因此这里对其作取摘要处理。

（3）MD5算法
　　
MD5（Message Digest）算法是由MIT的密码专家，RSA算法的发明人之一Ron Rivest设计发明的一种认证算法标准。MD5算法完成于1992年，它可以对任意长的报文输入，得到1个128位的输出。该算法可以保证2条不同的报文产生相同的摘要的可能性很小，并且由给定的摘要反向求其对应的报文极端困难。因此将摘要作为密钥既可以保证随机性，安全性也能提高了不少。

3.2 密钥的生成机制
　　
无论从3DES算法本身，还是从该体制的加密原理来讲，密钥的生成机制都至关重要。因此，必须保证使用的密钥是安全的。其安全性体现为两个方面：一是密钥本身是随机的；一是密钥的管理机制。
　　
密钥的生成过程如下：先由Geffe发生器得到一随机序列，然后通过MD5算法取摘要，得到的128比特数据就是密钥K1和密钥K2组合。由Geffe发生器及MD5算法原理可以看出，这样产生的密钥是随机的。
　　
由该体制的工作过程可以看出，密钥的管理是安全的。这是由于在主程序内，加密结束后，随即将密钥销毁，主程序内不保留密钥；使用密钥时，通过监控程序从微狗内获取。微狗和DSP是物理分开的，保证了密钥存放的安全。

4 结果分析
　　
严格地说，这种方法并不属于加密，只是一种保护手段——利用几个简单的，结合DSP和单片机的特点，构造一种保护体制。甚至其效果究竟如何，可以从2个方面分析。

4.1 安全性分析
　　
既然是一种保护方法，那么安全性是最重要的指标。由这种体制的加密原理及工作过程，可以看出安全性可以保护。3DES算法，无论从理论上还是实践上，都是一种相当好的加密算法。虽然利用穷举攻击，该算法最终可以破译，但需要2 112次穷举，所花费的代价实在太大，可以说得不偿失。因此，只要保证密钥的安全，可以认为这种保护体制是完全的。而从密钥的生成过程和管理机制来讲，密钥是安全的。
　
4.2 性能分析[4～6]
　　这种保护方法的速度很快，因为3DES算法要是混乱和扩散的组合，只使用了标准的算术和逻辑运算。Geffe发生器和MD5算法用到的也主要是逻辑运算，用DSP或者单片机实现非常方便。譬如对于TMS320VC5402来说，Geffe发生器产生64字的伪随机序列需要296 544个周期，MD5处理64个字长的消息需要用3400个周期，所花费的时间分别为2965ms和0.003ms。
　　
因此，我们只是利用了一些简单的算法，结合DSP和1片微狗，构造出1个DSP程序保护体制，以小代价获得了好的效果，还是很值得的。