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CN111935119B - 数据加密认证方法及数据加密认证系统 - Google Patents

数据加密认证方法及数据加密认证系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种数据加密认证方法，应用于FPGA，包括选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中，并在选择进行身份认证时，对认证密钥进行加密并存储到加密码流中，以生成包含身份认证的加密码流；选择不进行加密，并在选择进行身份认证时，将认证密钥存储到一次性可编程存储器中，并生成包含身份验证的码流，能够使一次性可编程存储器存储不同功能的密钥，使得只进行身份认证时无需额外的电路对认证密钥进行保护，减少了对FPGA资源的占用，提高了一次性可编程存储器的利用率。本发明还提供了一种用于实现数据加密认证方法的数据加密认证系统。

Description

数据加密认证方法及数据加密认证系统
技术领域
本发明涉及FPGA技术领域，尤其涉及一种数据加密认证方法及数据加密认证系统。
背景技术
现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)通常通过内嵌AES解密引擎和HMAC认证来保护数据，其中AES的解密密钥和HMAC的认证密钥是防止他人对FPGA内数据进行克隆或修改的关键。
为了保护解密密钥和认证密钥的安全，通常会把解密密钥和认证密钥存储到FPGA内部的一次性可编程存储器中，一次性可编程存储器能够实现一次性写入，从而使得外部无法读取。但往往受限于一次性可编程存储器的容量大小，一次性可编程存储器无法选择性存储解密密钥和认证密钥，一次性可编程存储器的利用率低，且仅进行HMAC认证时，采用格外的电路对认证密钥进行加密，不但占用FPGA额外的资源，且安全性较低。
公开号为CN110896396A的中国发明专利公开了一种认证电路、包括该认证电路的电子系统和形成网络的方法，提供了认证电路、包括该认证电路的电子系统和形成网络的方法。所述电子系统包括多个硬件设备和认证电路。所述认证电路在电子系统的制造过程期间与所述多个硬件设备一起作为固定硬件集成在所述电子系统中，所述认证电路被配置为基于由所述多个硬件设备中的至少一个硬件设备从所述电子系统的内部提供的系统识别码来验证系统完整性，所述系统完整性指示所述认证电路和所述多个硬件设备的组合自从所述制造过程后就未被修改，所述认证电路被配置为仅响应于所述系统完整性通过验证才执行挖掘操作，以生成要链接到区块链的下一个区块。可以防止或减小出现恣意挖掘竞争的可能性。其中，一次性可编程存储器无法选择性存储解密密钥和认证密钥，一次性可编程存储器的利用率低。
公开号为CN107925574A的中国发明专利公开了一种秘密数据的安全编程，该方法包括提供一种装置，该装置包括连接到非易失性存储器的安全元件，该非易失性存储器包括存储在其中的第一加密密钥；该安全元件使用第一加密密钥解密和认证第一秘密数据，以形成第二秘密数据；然后将第一加密密钥的真实值呈现为不可读的。其中，非易失性存储器为一次性可编程存储器，无法选择性存储解密密钥和认证密钥，一次性可编程存储器的利用率低。
因此，有必要提供一种新型的数据加密认证方法及数据加密认证系统以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据加密认证方法及数据加密认证系统，提高了一次性可编程存储器的利用率，减少FPGA额外资源的占用。
为实现上述目的，本发明的所述数据加密认证方法，应用于FPGA，包括以下步骤：
选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中，并在选择进行身份认证时，对认证密钥进行加密并存储到加密码流中，以生成包含身份认证的加密码流；
选择不进行加密，并在选择进行身份认证时，将认证密钥存储到一次性可编程存储器中，并生成包含身份验证的码流。
本发明的有益效果在于：选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中，选择不进行加密，并在选择进行身份认证时，将认证密钥存储到一次性可编程存储器中，能够使一次性可编程存储器存储不同功能的密钥，提高了一次性可编程存储器的利用率，使得只进行身份认证时无需额外的电路对认证密钥进行保护，减少了对FPGA资源的占用，提高了安全性。
优选地，所述数据加密认证方法还包括以下步骤：
选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中，并在选择不进行身份认证时，直接生成不包含身份认证的加密码流。其有益效果在于：便于保证解密密钥的安全性。
优选地，所述数据加密认证方法还包括以下步骤：
选择不进行加密和不进行身份认证时，直接生成不包含身份认证的码流。其有益效果在于：便于简单有效的生成功能性码流。
优选地，所述加密采用对称加密算法。其有益效果在于：计算量小，加密速度快，效率高。
进一步优选地，所述对称加密算法为128位高级加密标准、192位高级加密标准或256位高级加密标准中的任意一种。
优选地，所述加密采用SM4算法。
优选地，所述身份认证采用哈希运算消息认证码。其有益效果在于：所述哈希运算消息认证码具有不可逆、防篡改和唯一性的特点，提高了安全性。
本发明还提供了一种数据加密认证系统，所述数据加密认证系统包括第一选择模块、第二选择模块、加密模块、身份认证模块和一次性可编程存储器，所述第一选择模块与所述加密模块连接，所述第二选择模块与所述身份认证模块连接，所述加密模块与所述身份认证模块连接，所述加密模块和所述身份认证模块还均与所述一次性可编程存储器连接，所述第一选择模块用于选择是否进行加密，在选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中；所述第二选择模块用于选择是否进行身份认证，在所述第一选择模块选择不进行加密，且所述第二选择模块选择进行身份认证时，所述第二选择模块将认证密钥存储到一次性可编程存储器中；所述加密模块用于在所述第一选择模块选择进行加密和所述第二选择模块选择进行身份认证时，对所述认证密钥进行加密并存储到加密码流中，生成包含身份认证的加密码流，还用于在所述第一选择模块选择进行加密，且所述第二选择模块选择不进行身份认证时，对待处理数据进行加密，生成不包含身份认证的加密码流；所述身份认证模块用于在所述第一选择模块选择不进行加密和所述第二选择模块选择进行身份认证时，对待处理数据进行身份认证，生成包含身份认证的码流，还用于在所述第一选择模块选择进行加密和所述第二选择模块选择进行身份认证时，对待处理数据进行身份认证，生成包含身份认证的加密码流；所述一次性可编程存储器用于所述存储解密密钥或所述认证密钥。
所述数据加密认证系统的有益效果在于：所述一次性可编程存储器用于存储解密密钥或认证密钥，提高了一次性可编程存储器的利用率，使得只进行身份认证时无需额外的电路对认证密钥进行保护，减少了对FPGA资源的占用，并提高了安全性。
附图说明
图1为本发明数据加密认证系统的结构框图；
图2为本发明一些具体实施例中数据加密认证方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
针对现有技术存在的问题，本发明的实施例提供了一种数据加密认证系统，参照图1，所述数据加密认证系统10包括第一选择模块11、第二选择模块12、加密模块13、身份认证模块14和一次性可编程存储器15。其中，所述一次性可编程存储器15的英文名称为eFuse。
参照图1，所述第一选择模块11与所述加密模块13连接，所述第二选择模块12与所述身份认证模块14连接，所述加密模块13与所述身份认证模块14连接，所述加密模块13和所述身份认证模块14还均与所述一次性可编程存储器15连接。
参照图1，所述第一选择模块11用于选择是否进行加密，在选择进行加密时，将解密密钥存储到所述一次性可编程存储器15中；
所述第二选择模块12用于选择是否进行身份认证，在所述第一选择模块11选择不进行加密，且所述第二选择模块12选择进行身份认证时，所述第二选择模块12将认证密钥存储到所述一次性可编程存储器15中；
所述加密模块13用于在所述第一选择模块11选择进行加密和所述第二选择模块23选择进行身份认证时，对所述认证密钥进行加密并存储到加密码流中，生成包含身份认证的加密码流，还用于在所述第一选择模块11选择进行加密，且所述第二选择模块12选择不进行身份认证时，对待处理数据进行加密，生成不包含身份认证的加密码流；
所述身份认证模块14用于在所述第一选择模块选择11不进行加密和所述第二选择模块12选择进行身份认证时，对待处理数据进行身份认证，生成包含身份认证的码流，还用于在所述第一选择模块11选择进行加密和所述第二选择模块12选择进行身份认证时，对待处理数据进行身份认证，生成包含身份认证的加密码流；
所述一次性可编程存储器15用于所述存储解密密钥或所述认证密钥。
本发明的一些实施例中提供了一种数据加密认证方法，应用于FPGA，包括以下步骤：
选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中，并在选择进行身份认证时，对认证密钥进行加密并存储到加密码流中，以生成包含身份认证的加密码流；
选择不进行加密，并在选择进行身份认证时，将认证密钥存储到一次性可编程存储器中，并生成包含身份验证的码流。
本发明的一些实施例中，所述数据加密认证方法还包括以下步骤：选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中，并在选择不进行身份认证时，直接生成不包含身份认证的加密码流。
本发明的一些实施例中，所述数据加密认证方法还包括以下步骤：选择不进行加密和不进行身份认证时，直接生成不包含身份认证的码流。
本发明的一些实施例中，所述加密采用对称加密算法。
本发明的一些具体实施例中，所述对称加密算法为128位高级加密标准、192位高级加密标准或256位高级加密标准中的任意一种。
本发明的又一些具体实施例中，所述加密采用SM4算法。
本发明的一些实施例中，所述身份认证采用哈希运算消息认证码(Hash-basedMessage Authentication Code，HMAC)。具体地，哈希运算消息认证码由安全散列算法1(SHA-1)、安全散列算法224(SHA-224)、安全散列算法256(SHA-256)、安全散列算法384(SHA-384)和安全散列算法512(SHA-512)中的任意一种构建。
具体地，参照图1和图2，所述第一选择模块11选择是否采用高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)进行数据加密，若选择进行数据加密，则将解密密钥存储到所述一次性可编程存储器15中，然后所述第二选择模块12选择是否采用哈希运算消息认证码进行身份认证，若选择进行身份认证，则所述加密模块13采用高级加密标准对认证密钥进行加密并存储到加密码流中，以生成包含身份认证的加密码流，若选择不进行身份认证，则所述加密模块13对待处理数据进行加密，生成不包含身份认证的加密码流；
若选择不进行数据加密，则所述第二选择模块12选择是否采用哈希运算消息认证码进行身份认证，若选择进行身份认证，则将认证密钥存储到所述一次性可编程存储器15中，然后所述身份认证模块14对待处理数据进行身份认证，生成包含身份认证的码流，若选择不进行身份认证，则所述加密模块13和所述身份认证模块14均不对待处理数据进行处理，所述加密模块13直接输出所述待处理数据，即不包含身份认证的码流。
虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (5)

1.一种数据加密认证方法，应用于FPGA，其特征在于，包括以下步骤：
选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中，并在选择进行身份认证时，对认证密钥进行加密并存储到加密码流中，以生成包含身份认证的加密码流；
选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中，并在选择不进行身份认证时，直接生成不包含身份认证的加密码流；
选择不进行加密，并在选择进行身份认证时，将认证密钥存储到一次性可编程存储器中，并生成包含身份验证的码流；
选择不进行加密和不进行身份认证时，直接生成不包含身份认证的码流，其中，所述加密采用对称加密算法。
2.根据权利要求1所述的数据加密认证方法，其特征在于，所述对称加密算法为128位高级加密标准、192位高级加密标准或256位高级加密标准中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的数据加密认证方法，其特征在于，所述加密采用SM4算法。
4.根据权利要求1所述的数据加密认证方法，其特征在于，所述身份认证采用哈希运算消息认证码。
5.一种数据加密认证系统，其特征在于，用于实现权利要求1～4中任意一项所述的数据加密认证方法，所述数据加密认证系统包括第一选择模块、第二选择模块、加密模块、身份认证模块和一次性可编程存储器，所述第一选择模块与所述加密模块连接，所述第二选择模块与所述身份认证模块连接，所述加密模块与所述身份认证模块连接，所述加密模块和所述身份认证模块还均与所述一次性可编程存储器连接，
所述第一选择模块用于选择是否进行加密，在选择进行加密时，将解密密钥存储到一次性可编程存储器中；
所述第二选择模块用于选择是否进行身份认证，在所述第一选择模块选择不进行加密，且所述第二选择模块选择进行身份认证时，所述第二选择模块将认证密钥存储到一次性可编程存储器中；
所述加密模块用于在所述第一选择模块选择进行加密和所述第二选择模块选择进行身份认证时，对所述认证密钥进行加密并存储到加密码流中，生成包含身份认证的加密码流，还用于在所述第一选择模块选择进行加密，且所述第二选择模块选择不进行身份认证时，对待处理数据进行加密，生成不包含身份认证的加密码流，其中，所述加密采用对称加密算法；
所述身份认证模块用于在所述第一选择模块选择不进行加密和所述第二选择模块选择进行身份认证时，对待处理数据进行身份认证，生成包含身份认证的码流，还用于在所述第一选择模块选择进行加密和所述第二选择模块选择进行身份认证时，对待处理数据进行身份认证，生成包含身份认证的加密码流；
所述一次性可编程存储器用于所述存储解密密钥或所述认证密钥。
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