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基于ARM7处理器的小型传输加密系统的实现

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摘要：介绍了一款ARM7芯片LPC2106为中心控制器，通过USB转UART接口实现RS232串行通信的方式与前后两台计算机之间通信，并对前后台计算机之间传输的数据进行加密及检验处理，从而达到保护后台计算机的目的，大力加强了后台计算机数据的安全性。

关键词：UART；AES

1.系统的硬件电路

1.1设计思路

系统中心控制器为一款ARM7的处理器LPC2106。LPC2106包含两个UART，每个UART都有16字节接收和发送FIFO。每个UART对应与USB转UART接口的芯片PL2303的连接，这样系统需要一片LPC2106和两片PL2303即可。系统下载程序是通过20针的HJTAG进行的，需要一个与HJTAG通信的接口。整个系统硬件电路框图见图3.1所示。

1.2电源电路

LPC2106需要使用两组电源，I/O口供电电源为3.3V，内核及片内外设供电电源为1.8V。所用USB转UART芯片PL2303需要5V和3.3V。首先，电源接入口为5V的计算机USB输出电压。电路如图4.1所示，其中二极管D1，D2防止电源反接，经过C7，C1滤波后，再分别通过IP1117和AMS1117芯片稳压输出3.3V和1.8V，稳压输出后的电压再经过电容滤波。R1与LED构成电源指示电路，以指示系统是否上电。

1.3USB转UART接口电路

系统所用芯片为PL2303，通过查该芯片的数据手册，最高波特率可达1228800bps，但是计算机一般较高波特率设为921600bps，所以系统传输数据的波特率设为921600bps。电路如图4.6所示。

2.系统软件设计

系统软件架构采用层次结构，可以将其分成三层：物理层，传输层和协议应用层。物理层用于控制UART器件，传输层采用规定协议进行数据传输，应用层负责将收到的单个字节数据块组合成一个完整的数据块，并写入程序存储器缓冲区，并对数据进行加密与校验处理。

整个系统的数据传输程序流程图见图5.5所示。

3.系统关键技术

本系统的关键技术为对数据进行加密处理，对数据进行加密采用的加密标准为AES。

3.1AES加密算法原理

AES是分组密钥，算法输入128位数据，密钥长度也是128位。用Nr表示对一个数据分组加密的轮数。每一轮都需要一个与输入分组具有相同长度的扩展密钥的参与。由于外部输入的加密密钥K长度有限，所以在算法中要用一个密钥扩展程序把外部密钥K扩展成更长的比特串，以生成各轮的加密密钥。

1.圈变化

AES每一个圈变换由以下三个层组成。一是非线性层，进行字节代换（S盒代换）；二是线行混合层：进行变换和列混淆运算；三是密钥加层：与扩展密钥进行异或运算。

2.轮变化

系统采用128位密钥，加解密需要进行10轮的圈变换。

3.2加密程序流程图

基于加密原理，加密程序流程图如图5.1所示。

3.3整个文件数据的加密实现

综上所述，AES算法每次只能对128位的数据进行加解密，对整个文件数据进行加密处理，故要把整个文件数据分成128位数据组，不足的部分必须补足为128位才可。

结束语

小型传输加密系统在某些需要对较少量的的数据进行必威体育官网网址安全传输方面得到很好的应用。在文件数据传输速率方面需进一步提高，可以找到传输波特率更高的芯片，也可找到更快的数据传输方式。另外在内存上可通过扩展外部RAM来增加数据存储空间，这样能扩大一次性的传输量。总之，小型传输加密系统还有进一步提高的空间，力争做到更好。

参考文献：

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[2]周立功等.ARM微控制器基础与实战（第2版）.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

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[6]谭浩强.C语言程序设计.北京：清华大学出版社，1999.

[7]WilliamStallings.密码编码学与网络安全（第四版）.北京：电子工业出版社，2006.

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杨静（1985-）男本科毕业于西安电子科技大学电子信息工程专业助理工程师现就职于中国电子科技集团第十研究所。

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-全文完-