[發明專利]一種無線串口數據安全傳輸裝置及方法

在審

• 申請號: 201610260758.8
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN105704163A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 姜明富;商信華;杜永強;何勇;肜麗;朱猛;孫劍
• 申請（專利權）人: 信陽農林學院
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04W12/02
• 代理公司: 鄭州知己知識產權代理有限公司 41132
• 代理人: 王瑞麗

技術領域

本發明涉及串口通信領域，尤其是涉及一種無線串口數據安全傳輸裝置及 方法。

背景技術

串行通信是指外設與嵌入式系統或計算機間使用兩根數據線連接，一方 的發送對應另一方的結束引腳，數據在一根數據線上一位一位按先后順序傳 輸，每一位數據都占據一個固定的時間長度。通常串口用于ASCII碼字符的傳 輸，在傳輸數據的時候，通信一般使用3根線，發送、接受、地線，一根線路 用于發送數據，另外一條線路用于接收數據。串口通信是需要設置通信的參 數，這些參數包括波特率、數據位、停止位和奇偶校驗位等參數。

常用串口通信有3種標準，分別是RS232、RS422、RS485，這三種標準都是 由電子工業協會(EIA)定制并發布的。RS-232標準既是ANSI/EIA-232標準， 保證各個不同廠家產品的兼容，是IBM-PC及其兼容機上的串行連接標準，可 用于工業儀器儀表的連接控制。工業控制平臺系統基于WindowsCE系統或者 其他能夠獨立運行的工控系統，這些控制系統的控制信息通過無線串口發出， 怎么保證無線串口發出的控制信息不被泄露、竊聽是需要解決的主要問題。

目前在工業和家庭信息安全領域使用最廣泛的密碼方式是軟件加密方 式，軟件加密方式易于實現，易移植，使用范圍廣，成本低，升級方便。但 是這種方式也有缺點，容易受到跟蹤攻擊、加密軟件運行時影響系統整體處 理效率、加密速度慢。許多加密算法在一種加密系統實現，稍作修改便可以 在其他加密系統上實現。可以很容易將他們復制下來，并安裝在許多機器上。 軟件加密程序很大眾化，并可以用于大多數操作系統。這些是用于保護個人 文件；用戶通常必須手工加解密文件。

硬件加密技術主要用在軍事和對保密要求和實效性要求比較高的領域， 其運行速度快，執行效率高，較穩定，不易被攻破。為了防止攻擊者的跟蹤 攻擊，硬件加密設備可以安全地封裝起來，避免跟蹤事情發生，防竄改盒能 防止別人修改硬件加密設備。由于工業控制的實時性安全性要求較高，所以 采用硬件加密方式進行設計研究。結合工控平臺的安全層次，硬件加密可以 在通信物理層上實現。

目前實現安全通信的方法有很多，使用最多的就是數據加密。目前加密技 術按照密鑰形式不同分為私鑰密碼體制(對稱密碼體制)和公鑰密碼體制(非 對稱密碼體制)，由于公鑰密碼體制在保證數據安全方面的機密性、完整性、 可靠性、抗抵賴性、簽名等方面的特征優越，已經成為現在數據加密領域的首 選加密方式。

公鑰密碼體制的典型實現方式就是RSA密碼體制，實際應用中RSA密碼算 法加密、解密運算均為模冪運算，即M^emodN。最初通過軟件編程實現該算 法最直接的運算方法是用循環語句將M乘e次之后，再進行求模運算，這種做 法在M、e、n都比較小的時候運算速度和資源利用量是可行的，但是當為了增 強RSA算法的安全性，M、e及n需要取512位以上的值，軟件實現方式不僅運算 速度慢而且中間結果會占用大量臨時存儲空間，所以軟件實現有很大的困難。 特別是在資源很有限的嵌入式系統實現軟件加解密更困難。由于硬件加密方 式的安全性高，速度快，實時性強，目前硬件加解密方式是新的研究方向。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種無線串口數據 安全傳輸裝置及方法，采用FPGA硬件對發送和接收的信息進行加密和解密， 用以實現串口數據的安全傳輸。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種無線串口數據安全傳輸裝置，包括無線發射模塊和基于RSA的FPGA 安全處理模塊，所述無線發射模塊采用RF2321100-232無線發射模塊；所述 RF2321100-232無線發射模塊包括CC1101發送單元、RF1100-232電路和RS232 接口電路，所述CC1101發送單元、RF1100-232電路和RS232接口電路依次連 接，所述RF1100-232電路經RS232接口電路連接所述基于RSA的FPGA安全處 理模塊。

作為優選，所述基于RSA的FPGA安全處理模塊包括接口模塊、存儲模塊、 RSA核心加解密模塊和控制模塊，所述接口模塊、存儲模塊、RSA核心加解密 模塊依次連接，所述控制模塊分別與所述接口模塊、存儲模塊、RSA核心加解 密模塊連接。