一種基于計算機總線的CPLD加密電路設(shè)計

計算機硬件技術(shù)在不斷進步，例如CPU的運行速度由初期的216MHz，到如今的1GHz以上，內(nèi)存由原來的1Mbit到現(xiàn)在的256512Mbit，這些都給軟件運行提供了良好的環(huán)境，同時也帶動了計算機軟件行業(yè)的大力發(fā)展。

隨著軟件產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，對軟件的知識產(chǎn)權(quán)保護也開始重要。軟件產(chǎn)品通過系列號碼加密，每一個軟件均有唯一的產(chǎn)品系列號碼。軟件產(chǎn)品配置加密電路板后，軟件產(chǎn)品和該產(chǎn)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(chǎn)品安全。

計算機訪問外部設(shè)備地址

計算機系統(tǒng)是通過主板上的I/O接口地址來實現(xiàn)訪問外部設(shè)備的。例如，讀取硬盤中的數(shù)據(jù)是通過直接訪問1F01F7H的接口地址，也就實現(xiàn)了訪問硬盤的操作。當(dāng)鼠標(biāo)器連接到串行口COM2時，計算機在上電復(fù)位時自動啟動鼠標(biāo)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27827FH、37837FH。計算機接口被不斷的開發(fā)，并行接口已經(jīng)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(shè)計一個密碼電路，可以實現(xiàn)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(shè)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(nèi)部有1600個邏輯門，72個宏單元，響應(yīng)速度715ns。P1是ISA總線引腳。D0D7是計算機訪問外部設(shè)備的8位數(shù)據(jù)總線，a0a19是訪問外部設(shè)備的20條地址總線，ior是讀外部設(shè)備數(shù)據(jù)信息的讀選通線，iow是向外部設(shè)備發(fā)送信息或命令的寫選通線，rst是計算機的復(fù)位線，在復(fù)位時，加密卡與計算機同時復(fù)位。

將ISA總線的地址a(19,0)、ior、iow和aen經(jīng)過譯碼作為片選、時鐘，對一組觸發(fā)器電路進行操作，就能夠讀取密碼數(shù)據(jù)。在選擇地址時，a(10)a(19)為空，既隨機狀態(tài)。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(shù)據(jù)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(shè)計了一組只讀八-D觸發(fā)器電路，并將觸發(fā)器的輸入端A1、A2、A4、A5、A8設(shè)置為“1”電平，把A3、A6、A7設(shè)置為“0”電平，當(dāng)讀取觸發(fā)器時有恒定數(shù)據(jù)9BH，此數(shù)據(jù)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(yīng)用，一些速度快、內(nèi)存容量大的新型計算機主板已經(jīng)以PCI總線為主。PCI總線的特點是體積小，速度快。設(shè)計計算機的板卡利用PCI總線是大勢所趨。利用PCI總線設(shè)計加密電路，電路中利用了華邦(Winband)公司生產(chǎn)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(qū)別。PCI總線卡必須擁有驅(qū)動程序，不同功能的計算機卡的驅(qū)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(qū)動碼。

對加密電路進行設(shè)計時，同樣利用Xilinx公司的Project Navigator軟件設(shè)計一組可以寫數(shù)據(jù)、再讀數(shù)據(jù)的八-D觸發(fā)器電路。電路的數(shù)據(jù)D[7：0]經(jīng)過輸入緩沖器BUFE8輸入到八-D觸發(fā)器，其控制選通端是IN，當(dāng)IN信號為“1”時，數(shù)據(jù)D[7：0]輸入到觸發(fā)器，并且鎖存數(shù)據(jù)；當(dāng)輸出選通信號OUT為“1”時，輸出數(shù)據(jù)Q[7：0]傳輸?shù)紻[7：0]，即讀取八-D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)。計算機軟件在運行時，通過寫、讀數(shù)據(jù)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(shè)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(shù)據(jù)傳輸形式、連接器插座等在IEEE1284中有明確的規(guī)定。其主要特性是，數(shù)據(jù)傳送總線DB7DB0，打印機工作忙時，pin1是數(shù)據(jù)鎖存信號，pin10是打印機接收數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)就寫入讀控制字，寫器件就寫入寫控制字，之后才能讀或?qū)?6位(16bit)數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)，每當(dāng)輸入一個時鐘，就有一位(1bit)輸出，輸出16位后自動結(jié)束。打印機接口的加密電路可以設(shè)計許多種方式，例如；時間電路，寫入電路的數(shù)據(jù)與讀出數(shù)據(jù)的時間相關(guān)。

結(jié)語

經(jīng)過實際設(shè)計證明，基于計算機總線設(shè)計加密電路的方法，方便實用。這種方法的結(jié)構(gòu)簡單，利用CPLD設(shè)計加密電路方便可行，能夠比較好地實現(xiàn)加密功能。計算機加密電路的設(shè)計有多種方法，各種方法具有不同的優(yōu)缺點。實際上，在電路的設(shè)計過程中，可以增加一些邏輯功能用來實現(xiàn)功能加密、工作狀態(tài)加密、實時數(shù)據(jù)加密等電路，這樣能夠更好地起到真正加密的作用。