基于TMS320VC5410的DES加密系统设计

摘要：数据加密标准DES是对称密码体系中应用最广泛的算法之一。为了满足信息安全和加密型数据采集系统的密钥的有效存储，设计基于 TMS320VC5410系列DSP和SLE5542型IC卡的DES加密系统。采用MeBSPl接口与CD4066开关电源设计了IC卡读卡器，并通过 CCS开发环境编写、下栽和调试应用程序，完成了DSP与SLE5542卡之间的IS07816-3通信协议。另外通过McBSPO连接MAX232电平转换器，以软件形式实现了目标板从RS232接口接收来自PC机的明文数据，系统对其进行DES加密后输出密文。实验结果表明系统可以正确读取IC卡中的 64位密钥，完成数据加密后准确地显示在接收端，符合设计要求。
关键词：数据加密标准(DES)；TMS320VC5410；加密；SIE5542

数据加密是为了保证所传输信息的安全而在特定参数(称为密钥)的控制下按照某种规律对原始数据进行的人为扰乱，将其转换成秘密形式的信息。数据加密标准 (Data Encrvption Standard，DES)是第一个广泛应用于商用数据保密的、公开的密码算法，在其公布和正式实施后，成为许多国家政府、银行和标准组织的信息安全处理标准。然而DES实现信息保密的前提是对于密钥的有效管理，这就要求基于DES的加密系统必须提供可靠、方便的密钥保存设备。同时在近20年，DSP处理器的性能得到很大改善，软件和开发工具也得到相应发展，价格大幅下降，应用也越来越广泛。本文选用TI公司TMS320VC54x系列DSP，采用软件方式实现DES加密算法，同时以集成电路卡(Integrated Circuit Card)作为密钥存储设备。为了解决DSP的通用IO口较少的问题，使DSP片上的一些特殊功能引脚工作在通用输入输出引脚状态显得尤为重要。本文结合 DSP运算速度快、片上资源多的特点，研究并实现基于DSP的DES加密系统及其与IC卡以及终端PC机之间的通信协议。

1 DES算法简介
DES作为美国国家标准的加密算法，既可用于加密又可用于解密。其加密过程主要分为3个部分，如图1所示。首先把输入的数据比特流以每64 bit为一组进行分组得到明文x，之后是一个初始置换，IP，记为Xo=IP(x)=LoRo(Lo代表左边32 bit，Ro代表右边32 bit)；然后以每一组作为加密单元，在16个子密钥(每个子密钥的长度为48 bit)的控制下根据下列规则计算LiRi(1≤i≤16)，进行16轮的非线性变换：

每轮中都有换位和代替运算；最后再经过一个逆初始置换IP-1(为IP的逆变换)输出一组64 bit长的密文。


对于数据较大的文件加密要求芯片具有很高的处理速度。出于保密通信系统的需求，该系统设计以IC卡作为密钥的存储设备，采用TI公司 TMS320VC54x系列DSP实现对来自PC机的明文数据进行DES加密处理。该方案运算速度快、保密性好，具有很高的可扩展性，用于保密的数据采集系统中，对来自数据采集模块的信号进行DES加密后，传输给PC机。