基于CH375的嵌入式USB文件加解密系统的设计

4.2 单片机软件
单片机软件编写比较复杂，以下是CH375程序编写时的要点：
CH375芯片占用两个地址位，单片机A0 引脚为选择命令数据端口，并通过8 位并口对CH375 芯片进行读写，所有操作命令都是由一个命令码、若干个输入数据和若干个输出数据组成，部分命令不需要输入数据，部分命令没有输出数据^[2]。
单片机对CH375的操作步骤如下：
(1)在A0=1时向命令端口写入命令代码；
(2)如果该命令具有输入数据，则在A0=0 时依次写入输入数据，每次一个字节；
(3)如果该命令具有输出数据，则在A0=0 时依次读取输出数据，每次一个字节；
(4)命令完成，可以暂停或者转到(1)继续执行下一个命令。CH375 芯片专门用于处理USB 通信，在接收到数据后或者发送完数据后，CH375以中断方式通知单片机进行处理。CH375内部中断逻辑图如图7所示。

单片机通过CH375芯片接收数据的处理步骤如下：
(1)当CH375接收到USB主机发来的数据时，首先锁定当前USB 缓冲区，防止被后续数据覆盖，然后将INT#引脚设置为低电平，向单片机请求中断。
(2)单片机进功率电感入中断服务程序时，首先执行GET_STATUS 命令获取中断状态。
(3)CH375在GET_STATUS 命令完成后，将INT#引脚恢复为高电平，取消中断请求。

(4)由于通过上述GET_STATUS 命令获取的中断状态是“下传成功”，所以单片机执行RD_USB_DATA 命令从CH375读取接收到的数据。
(5)CH375在RD_USB_DATA 命令完成后释放当前缓冲区，从而可以继续USB通信。
(6)单片机退出中断服务程序。
单片机通过CH375芯片发送数据的处理步骤如下：
(1)单片机执行WR_USB_DATA 命令向CH375写入要发送的数据。
(2)CH375被动地等待USB 主机在需要时取走数据。
(3)USB主机取走数据后，CH375首先锁定当前USB缓冲区，防止重复发送数据，然后将INT#引脚设置为低电平，向单片机请求中断。
(4)单片机进入中断服务程序时，首先执行GET_STATUS 命令获取中断状态。
(5)CH375在GET_STATUS 命令完成后，将INT#引脚恢复为高电平，取消中断请求。
(6)由于通过上述GET_STATUS 命令获取的中断状态是“上传成功”，所以单片机执行WR_USB_DATA 命令向CH375写入另一组要发送的数据。如果没有后续数据需要发送，单片机就不必执行WR_USB_DATA 命令。
(7)单片机执行UNLOCK_USB 命令。
(8)CH375在UNLOCK_USB 命令完成后释放当前缓冲区，从而可以继续USB 通信。
(9)单片机退出中断服务程序。
(10)如果单片机已经写入了另一组要发送的数据，则转到(2)，否则结束。
4.3 加密算法设计
本系统采用一种基于随机因子的轻量级加密算法。
传统的置换和替代加密技术比较脆弱，同一明文M在同一文件或所有文件中均为相同的密文C，因此很容易通过频度统计的办法破解。针对传统的置换和替代加密技术的缺点，本系统在对文件进行加密时加入随机因子，使共模电感器得明文随着位置的不同其对应密文也有所不工字电感器同，其基本过程如下：
(1)首先将明文M采取一定的方法“乱”排序：例如将每10个字节分为一组，先在每组内倒序排列，再在组内采取奇偶位置对调，从而完成分组换位的目的。
(2)其次对“乱”排序的二次明文M进行加密处理：加密各明文到密文的转换不是固定的，而是随机的，称为随机加密因子。基本流程如下：
①取出二次明文当前需加密的字节SB。
②计算SB的随机加密因子Factor。
③变换SB到DB，DB=SB XOR Factor^[3]。
其中,SB为明文，DB为加密后的密文。随机加密因子Factor由两部分组成：密钥Key和SB的位置偏移量p（mod 256）。设密钥为：“Huazhong University of Seience and Technology EI DSP Laboratory Zoe”共69个字符。当前需要加密的二次明文为字母A（SB的ASCII码为65，其在文件中的偏移量p为第234个字节），则密钥Key计算方法如下：234 mod 69=27，密钥中第27个字母为i（ASCII码为105），所以Key=105。随机加密因子Factor=（105+234=339）mod 256=73。密文DB=SB XOR Factor=65 XOR 73=8。如果第236个字节也为插件电感字母A，可计算出所对应的Factor=85，密文为17。可见同一明文在文件中的位置不同，相应的密文也有所不同，这样就难以通过频度统计的办法破解。 1

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