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基于計算機總線的CPLD加密電路

發布時間:2010-7-28 12:50    發布者:lavida
關鍵詞: CPLD , 計算機 , 加密 , 總線
計算機硬件技術在不斷進步,例如CPU的運行速度由初期的2"16MHz,到如今的1GHz以上,內存由原來的1Mbit到現在的256"512Mbit,這些都給軟件運行提供了良好的環境,同時也帶動了計算機軟件行業的大力發展。  

隨著軟件產品的廣泛應用,對軟件的知識產權保護也開始重要。軟件產品通過系列號碼加密,每一個軟件均有唯一的產品系列號碼。軟件產品配置加密電路板后,軟件產品和該產品軟件加密板同時售出,用戶在使用時一套軟件要配備一塊加密板,通過控制加密板,就可以保證軟件產品安全。   

計算機訪問外部設備地址  

計算機系統是通過主板上的I/O接口地址來實現訪問外部設備的。例如,讀取硬盤中的數據是通過直接訪問1F0"1F7H的接口地址,也就實現了訪問硬盤的操作。當鼠標器連接到串行口COM2時,計算機在上電復位時自動啟動鼠標的串行通訊功能。其中并行接口LPT1和LPT2為專用打印機使用,地址分別是278"27FH、378"37FH。計算機接口被不斷的開發,并行接口已經有了更多的用途。  

基于ISA總線的加密電路  

利用計算機ISA總線設計一個密碼電路,可以實現加密的目的。ISA總線加密電路利用Xilinx等公司可編程邏輯器件(CPLD)可以設計一組加密電路。在電路中,IC1 是Xilinx公司的可編程邏輯器件XC9572,有84個引腳,其中可作為I/O的有68個引腳,內部有1600個邏輯門,72個宏單元,響應速度7"15ns。P1是ISA總線引腳。D0"D7是計算機訪問外部設備的8位數據總線,a0"a19是訪問外部設備的20條地址總線,ior是讀外部設備數據信息的讀選通線,iow是向外部設備發送信息或命令的寫選通線,rst是計算機的復位線,在復位時,加密卡與計算機同時復位。  

將ISA總線的地址a(19,0)、ior、iow和aen經過譯碼作為片選、時鐘,對一組觸發器電路進行操作,就能夠讀取密碼數據。在選擇地址時,a(10)"a(19)為空,既隨機狀態。加密電路地址可以選擇打印機接口地址278H、279H、27AH。例如選擇278H,在加密電路中,通過地址278H讀取一組低8位數據D(7,0),就能夠作為軟件運行的密碼,控制軟件是工作還是退出。在圖中,利用Xilinx公司的Project Navigator軟件設計了一組只讀八-D觸發器電路,并將觸發器的輸入端A1、A2、A4、A5、A8設置為“1”電平,把A3、A6、A7設置為“0”電平,當讀取觸發器時有恒定數據9BH,此數據即為密碼。  

其中ISA總線的選通278H地址的邏輯公式是:  
G1 = "a" * "a" * "a" * "a" * /"a" * /"a" * /"a" * /"a" * /"a" * /"a" */aen */ ior (1)  

基于PCI總線的加密電路  

計算機的PCI總線被普遍應用,一些速度快、內存容量大的新型計算機主板已經以PCI總線為主。PCI總線的特點是體積小,速度快。設計計算機的板卡利用PCI總線是大勢所趨。利用PCI總線設計加密電路,電路中利用了華邦(Winband)公司生產的計算機PCI總線接口電路W89C940,最大運行速度是10MS。PCI總線與ISA總線在工作原理上有所區別。PCI總線卡必須擁有驅動程序,不同功能的計算機卡的驅動程序也不相同,因此計算機所有的PCI總線電路都必須配備一只串行EEPOAM ,例如AT93C46,用來存放驅動碼。  

對加密電路進行設計時,同樣利用Xilinx公司的Project Navigator軟件設計一組可以寫數據、再讀數據的八-D觸發器電路。電路的數據D[7:0]經過輸入緩沖器BUFE8輸入到八-D觸發器,其控制選通端是IN,當IN信號為“1”時,數據D[7:0]輸入到觸發器,并且鎖存數據;當輸出選通信號OUT為“1”時,輸出數據Q[7:0]傳輸到D[7:0],即讀取八-D觸發器的數據。計算機軟件在運行時,通過寫、讀數據就起到加密的作用。  

并行接口的加密電路  

并行加密電路的設計都是選用計算機的并行打印機接口。計算機的打印機接口LPT1,數據傳輸形式、連接器插座等在IEEE1284中有明確的規定。其主要特性是,數據傳送總線DB7"DB0,打印機工作忙時,pin1是數據鎖存信號,pin10是打印機接收數據。Atmel公司的EEPROM器件AT93C46,具有比較低的工作電流,所以將其正電源VCC連接到ERR端。其工作方式是首先輸入控制字,讀取數據就寫入讀控制字,寫器件就寫入寫控制字,之后才能讀或寫16位(16bit)數據。讀操作過程是,寫入讀控制字,寫入7位(7bit)地址,接下來就可以在輸出端接收數據,每當輸入一個時鐘,就有一位(1bit)輸出,輸出16位后自動結束。打印機接口的加密電路可以設計許多種方式,例如;時間電路,寫入電路的數據與讀出數據的時間相關。  

結語  

經過實際設計證明,基于計算機總線設計加密電路的方法,方便實用。這種方法的結構簡單,利用CPLD設計加密電路方便可行,能夠比較好地實現加密功能。計算機加密電路的設計有多種方法,各種方法具有不同的優缺點。實際上,在電路的設計過程中,可以增加一些邏輯功能用來實現功能加密、工作狀態加密、實時數據加密等電路,這樣能夠更好地起到真正加密的作用。
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