一种加密与解密系统及其操作方法技术方案

技术编号:20390309 阅读:25 留言:0更新日期:2019-02-20 03:01
本发明专利技术公开了一种加密与解密系统及其操作方法;包括密钥芯片、密文芯片、随机数产生器和外围电路,其中外围电路由控制器、读写电路、信号放大器和地址编码电路组成。加密前,随机数产生器产生随机信号写入密钥芯片中。加密时,先把明文数据写入密文芯片中,然后将明文数据与密钥芯片中作为密钥的部分单元地址关联,将密钥信号施加在明文数据单元上进行加密计算,即完成数据加密。解密时,读取密钥芯片中密钥,与密文芯片中密文进行解密计算,即完成数据解密。整个过程中,密钥芯片始终保持离线状态。本发明专利技术以电阻状态作为密钥,在硬件的基础上对明文数据加密,并覆盖原始数据,离线存储密钥,提高了信息保存的安全性并节约了功耗和延时。

【技术实现步骤摘要】
一种加密与解密系统及其操作方法
本专利技术属于信息安全领域,更具体的,涉及一种加密与解密系统及其操作方法。
技术介绍
数据的加密与解密在信息化时代有着重要的应用。加密过程是指将明文数据通过编码手段进行编码,编码过程中使用的方法即为密钥,编码后的数据即为密文数据。解密过程是加密过程的逆运算,通过密钥对密文进行解码操作,输出即为明文。加密和解密的过程中,密钥必须是唯一而且可以被重复的,否则密文很容易被破解,或者根本无法破解,从而得不到原始数据。密钥是整个加密和解密过程的关键,因此,它的安全性决定了密文被破解的难易程度。传统加密方法如中国专利技术专利《基于SM3算法和随机挑战码的登录验证方法及系统》(申请号:CN108347335A)中提出的设计,对目前广泛使用的MD5等国际算法进行了优化,增加了摘要信息位数和登录挑战码。这种设计是基于数据算法、在软件层面进行的加密过程,虽然在已有技术上进行了改进,但是本质上还是基于算法,易被监听,进而被破解;而且,复杂的操作步骤虽然增加了安全性,但同时也使得整个系统消耗大量的功耗、操作时间和存储空间;另外,对存储原始数据的存储器进行暴力破解,也可以直接避开加密解密算法而获得其中的数据。因此,基于数据算法的加密过程依然存在安全性不高、能效低的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷,本专利技术的目的在于提供一种加密与解密系统及其操作方法,旨在提高基于数据算法的加密方法中存在的低安全性、低能效的问题。本专利技术提供了一种加密与解密系统,包括:密钥芯片、密文芯片、随机数产生器和外围电路;所述随机数产生器用于根据指令随机产生一系列二进制码;所述外围电路与所述密钥芯片和所述密文芯片均连接,用于读取所述密钥芯片中的密钥数据,并对所述密文芯片中的明文数据进行逻辑运算生成密文,即实现数据加密。更进一步地,所述密钥芯片和所述密文芯片结构相同,均包括:由N个阻变单元和N个晶体管构成的阻变交叉杆阵列,以及与阵列对应的地址选择电路,阵列中的每个阻变单元都与一个晶体管串联;晶体管栅极与选择线(SL)相连,晶体管源极与字线(WL)相连,晶体管漏极与阻变单元正极相连,阻变单元负极与位线(BL)相连。其中,所有阻变单元、晶体管的材料、参数均一致。其中,当给阻变单元正负极两端施加超过第一阈值的正向电压脉冲时,阻变单元变为低阻态;当给阻变单元正负极两端施加超过第二阈值的负向电压脉冲时,阻变单元变为高阻态;阻变单元的低阻态记为逻辑值1,阻变单元的高阻态记为逻辑值0。更进一步地,外围电路包括:控制器、密钥读写电路、密文读写电路、信号放大器和地址编码电路;所述密钥读写电路的第一输入端连接至所述随机数产生器的输出端,所述密钥读写电路的第二输入端连接至所述控制器的第一输出端,所述密钥读写电路的输出端连接至所述密钥芯片的第一输入端;所述密文读写电路的第一输入端连接至所述信号放大器的第一输出端,所述密文读写电路的第二输入端连接至所述控制器的第二输出端,所述密文读写电路的输出端连接至所述密文芯片的第一输入端;所述信号放大器的第一输入端连接至所述密钥芯片的输出端,所述信号放大器的第一输入端连接至所述控制器的第三输出端;所述地址编码电路的输入端连接至所述信号放大器的第二输出端,所述地址编码电路的第一输出端连接至所述密钥芯片的第二输入端,所述地址编码电路的第二输出端连接至所述密文芯片的第二输入端;所述控制器用于为所述密钥读写电路、所述密文读写电路、所述信号放大器和所述地址编码电路提供各种操作电压;所述密钥读写电路用于读取或写入密钥芯片中的数据;所述密文读写电路用于读取或写入密文芯片中的数据;所述信号放大器用于将密钥芯片中读取的电流信号转化为符合需要的电压信号;所述地址编码电路用于将密钥芯片和密文芯片中单元的地址关联并编码。本专利技术还提供了一种基于上述的加密与解密系统的操作方法,可执行数据加密功能,包括下述步骤:S11:通过所述随机数产生器产生随机脉冲序列,由所述控制器控制所述密钥读写电路对所述密钥芯片进行随机数据写入;S12:通过所述控制器控制所述密文读写电路将明文数据写入所述密文芯片中;S13:通过所述地址编码电路将所述密文芯片中明文数据的地址与所述密钥芯片中部分数据的地址关联,这部分数据即为密钥;S14:读取所述密钥芯片中的密钥数据,并通过所述信号放大器及所述密文读写电路对所述密文芯片中的明文数据进行逻辑运算生成密文,即实现数据加密。其中,逻辑运算为XOR逻辑。本专利技术还提供了一种基于上述的加密与解密系统的操作方法,可执行数据解密功能,包括下述步骤:S21:通过所述地址编码电路选取与所述密文芯片中密文数据地址对应的所述密钥芯片中的密钥;S22:读取所述密钥芯片中的密钥数据,并通过所述信号放大器及所述密文读写电路对所述密文芯片中的密文进行逻辑运算生成明文数据,即实现数据解密。其中,密钥芯片中的部分数据的位数由用户自定义。其中,址编码电路中的缓存区用于存储关联所述密钥芯片中密钥地址和所述密文芯片中密文地址的信息。通过本专利技术所构思的以上技术方案,与现有技术相比,由于使用器件的电阻状态作为密钥,密钥能够长久保存;随机产生以及离线存储密钥的特点,增强了密钥存储的安全性;在硬件的基础上,通过存储与逻辑运算一体化的加密解密方式,节约了功耗和延时,保障了密文不被暴力破解,提高了信息存储的安全性。附图说明图1为阻变器件的伏安特性曲线示意图;图2为加密与解密系统的结构示意图;图3为阻变单元芯片结构示意图;图4为数据加密流程示意图;图5为数据解密流程示意图;图6为信号放大器电路示意图;图7为XOR逻辑操作示意图;图8为XOR逻辑真值图;图9为本专利技术实施例一:数据的加密操作示意图;图10为本专利技术实施例二:数据的解密操作示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。在介绍本专利技术的技术方案之前,首先介绍阻变器件的一些特性,图1为双极性阻变器件的伏安特性曲线示意图。由图可知,当加在阻变器件两端的正向电压大于或等于第一阈值时,例如VSet,器件从高阻态变为低阻态;当加在阻变器件的负向电压小于或等于第二阈值时,例如VReset,器件从低阻态变为高阻态。基于上述阻变器件的特性,本专利技术中通过控制阻变器件两端的电压,达到控制器件阻态的目的,通过阻变器件阻态的变化来写入二进制数据“0”和“1”。例如当阻变器件为低阻时,即写入数据1;当阻变器件为高阻时,即写入数据0。当然,也可以在阻变器件为低阻时,写入数据0;当阻变器件为高阻时,写入数据1。在本专利技术中,记阻变器件的高阻态为逻辑0,低阻态为逻辑1。图1还标出了读取电压VRead的大小,VRead电压幅值远小于第一阈值和第二阈值,不会对阻变器件的阻态产生较大影响。图2为本专利技术加密与解密系统示意图,具体包括:密钥芯片和密文芯片、随机数产生器和外围电路,其中外围电路由控制器、密钥读写电路、密文读写电路、信号放大器和地址编码电路组成。随机数产生器的输出端与密钥读写电路的输入端相连,密钥读写电路的输出端与密钥芯片相连,密钥芯片与信号放大器的输入端相连,信号放大器的输出端与密文读写电路的输入端相连,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加密与解密系统,其特征在于,包括:密钥芯片、密文芯片、随机数产生器和外围电路;所述随机数产生器用于根据指令随机产生一系列二进制码;所述外围电路与所述密钥芯片和所述密文芯片均连接,用于读取所述密钥芯片中的密钥数据,并对所述密文芯片中的明文数据进行逻辑运算生成密文,即实现数据加密。

【技术特征摘要】
1.一种加密与解密系统,其特征在于,包括:密钥芯片、密文芯片、随机数产生器和外围电路;所述随机数产生器用于根据指令随机产生一系列二进制码;所述外围电路与所述密钥芯片和所述密文芯片均连接,用于读取所述密钥芯片中的密钥数据,并对所述密文芯片中的明文数据进行逻辑运算生成密文,即实现数据加密。2.如权利要求1所述的加密与解密系统,其特征在于,所述密钥芯片和所述密文芯片结构相同,均包括:由N个阻变单元和N个晶体管构成的阻变交叉杆阵列,以及与阵列对应的地址选择电路,阵列中的每个阻变单元都与一个晶体管串联;晶体管栅极与选择线相连,晶体管源极与字线相连,晶体管漏极与阻变单元正极相连,阻变单元负极与位线相连。3.如权利要求2所述的加密与解密系统,其特征在于,所有阻变单元、晶体管的材料、参数均一致。4.如权利要求2所述的加密与解密系统,其特征在于,当给阻变单元正负极两端施加超过第一阈值的正向电压脉冲时,阻变单元变为低阻态;当给阻变单元正负极两端施加超过第二阈值的负向电压脉冲时,阻变单元变为高阻态;阻变单元的低阻态记为逻辑值1,阻变单元的高阻态记为逻辑值0。5.如权利要求1-4任一项所述的加密与解密系统,其特征在于,所述外围电路包括:控制器、密钥读写电路、密文读写电路、信号放大器和地址编码电路;所述密钥读写电路的第一输入端连接至所述随机数产生器的输出端,所述密钥读写电路的第二输入端连接至所述控制器的第一输出端,所述密钥读写电路的输出端连接至所述密钥芯片的第一输入端;所述密文读写电路的第一输入端连接至所述信号放大器的第一输出端,所述密文读写电路的第二输入端连接至所述控制器的第二输出端,所述密文读写电路的输出端连接至所述密文芯片的第一输入端;所述信号放大器的第一输入端连接至所述密钥芯片的输出端,所述信号放大器的第一输入端连接至所述控制器的第三输出端;所述地址编码电路的输入端连接至所述信号放大器的第二输出端,所述地址编码电路...

【专利技术属性】
技术研发人员:李祎程龙缪向水
申请(专利权)人:华中科技大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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