[发明专利]基于地址异或的数据总线加密方法

说明书

本发明公开了一种基于地址异或的数据总线加密方法，对于总线加密密钥的每一个比特位，都与存储器地址总线的某一比特位或者多位比特位进行异或操作，得到异或后的总线加密密钥。将与地址异或后的总线加密密钥与存储器明文数据进行异或来得到密文数据。使得每一个地址中的明文数据所对应的异或密钥都不同，从而使得攻击者难以通过分析密文数据来推算密钥从而恢复明文。本发明能够抵抗针对存储器数据的物理攻击；既能有效提高系统的安全性，又能大幅提高运算速度。

技术领域

本发明涉及信息加密领域，特别是涉及一种基于地址异或的数据总线加密方法。

背景技术

近年来，针对智能卡存储器的物理攻击越来越受到关注和研究。智能卡的存储器中往往存有敏感数据，例如密钥、用户隐私相关的信息。针对存储器的物理攻击通过各种手段来获取这些敏感信息。物理攻击首先需要去除芯片封装，然后通过物理或者化学的方式对芯片进行逐层剥离。对于非易失性存储器(ROM)，可以直接通过逆向工程、图像识别、染色等方法来获取存储器中的数据。另外，对于所有类型的存储器，包括非易失性存储器(ROM)和易失性存储器(RAM)，攻击者都可以通过用探针探测总线的方式，来获取总线上传输的数据。当在智能卡中实现了数据总线加密，在存储器中或者总线上出现的数据即为密文数据，攻击者需要通过分析密文数据来恢复出明文数据。

由于需要在读写存储器时，实时进行数据总线加密运算，因此数据总线加密方法相对于对称加密算法(例如DES,AES)来说都比较简单，运算速度较快。但是也由于数据总线加密方法比较简单的原因，其方法一般来说需要严格保密，从而提升攻击者的攻击难度。传统的数据总线加密方法有两种，一种为简单异或总线加密方法，一种为置换总线加密方法。简单异或总线加密方法即将明文数据直接和密钥进行异或，如果明文数据恰巧为“全0”或者“全1”，那么密钥很容易就被暴露。并且由于所有明文数据都和同一个密钥进行异或，攻击者通过观测密文数据，就能够推测明文数据之间的相关性。因此简单异或总线加密方法的安全性较低。而置换总线加密方法根据密钥的不同将明文数据的比特位进行不同的置换操作。通过层层的置换操作，使得明文的每一位都能够随机的置换到密文的某一位。但这种方法由于置换层数较多，因此运算速度较慢。另一个问题就是置换无法改变明文数据的数值，因此如果明文数据恰巧为“全0”或者“全1”，那么密文数据将会和明文数据相等。并且如果明文数据为较为特殊的值，例如所有比特位中只有1个比特位为“1”，那么攻击者能够通过观测密文来猜测密钥。另外，与简单异或总线加密方法类似，由于所有明文数据都基于同一个密钥进行置换操作，攻击者通过观测密文数据，就能够推测明文数据之间的相关性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于地址异或的数据总线加密方法，既能有效提高系统的安全性，又能大幅提高运算速度。

为解决上述技术问题，本发明的基于地址异或的数据总线加密方法，包括如下步骤：

步骤1，产生与存储器数据总线比特位数相等的总线加密密钥k；

步骤2，对于总线加密密钥k的每一个比特位，都与存储器地址总线的某一比特位或者多位比特位进行异或操作，得到异或后的总线加密密钥k’；

步骤3，对存储器进行写入操作时，将存储器明文数据总线和总线加密密钥k’进行异或得到存储器密文数据总线；对存储器进行读出操作时，将存储器密文数据总线和总线加密密钥k’进行异或得到存储器明文数据总线。

步骤1所述产生与存储器数据总线比特位数相等的总线加密密钥k，包括直接选取原始总线加密密钥中的某一位来得到总线加密密钥k中的每一个比特位。

步骤1所述产生与存储器数据总线比特位数相等的总线加密密钥k，包括将原始总线加密密钥中的某些比特位进行异或来得到总线加密密钥k中的每一个比特位。

步骤1所述存储器数据总线的位宽，可以是任意位数，包括8位、16位、32位。