基于計(jì)算機(jī)總線的CPLD加密電路

本文采用計(jì)算機(jī)ISA、PCI總線和打印機(jī)接口設(shè)計(jì)加密電路。利用CPLD設(shè)計(jì)電路，具有加密性能好的特點(diǎn)。通過(guò)串行EEPROM AT93C46設(shè)計(jì)一個(gè)并行加密電路，密碼存儲(chǔ)在電路器件中。ISA總線直接對(duì)CPLD進(jìn)行讀取密碼。PCI總線可以通過(guò)W89C940af對(duì)CPLD操作，讀取設(shè)置密碼。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；加密電路；ISA和PCI總線
引言
計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)在不斷進(jìn)步，例如CPU的運(yùn)行速度由初期的2~16MHz，到如今的1GHz以上，內(nèi)存由原來(lái)的1Mbit到現(xiàn)在的256~512Mbit，這些都給軟件運(yùn)行提供了良好的環(huán)境，同時(shí)也帶動(dòng)了計(jì)算機(jī)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(duì)軟件的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)也開(kāi)始重要。軟件產(chǎn)品通過(guò)系列號(hào)碼加密，每一個(gè)軟件均有唯一的產(chǎn)品系列號(hào)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(shí)售出，用戶在使用時(shí)一套軟件要配備一塊加密板，通過(guò)控制加密板，就可以保證軟件產(chǎn)品安全。

計(jì)算機(jī)訪問(wèn)外部設(shè)備地址
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是通過(guò)主板上的I/O接口地址來(lái)實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)外部設(shè)備的。例如，讀取硬盤中的數(shù)據(jù)是通過(guò)直接訪問(wèn)1F0~1F7H的接口地址，也就實(shí)現(xiàn)了訪問(wèn)硬盤的操作。當(dāng)鼠標(biāo)器連接到串行口COM2時(shí)，計(jì)算機(jī)在上電復(fù)位時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)鼠標(biāo)的串行通訊功能。計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)接口地址如表1所示，在表中簡(jiǎn)要介紹了主要的系統(tǒng)地址，還有一些接口地址未列入其中，其中并行接口LPT1和LPT2為專用打印機(jī)使用，地址分別是278~27FH、378~37FH。計(jì)算機(jī)接口被不斷的開(kāi)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(jì)算機(jī)ISA總線設(shè)計(jì)一個(gè)密碼電路，可以實(shí)現(xiàn)加密的目的。ISA總線加密電路如圖1所示，利用Xilinx等公司可編程邏輯器件(CPLD)可以設(shè)計(jì)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(gè)引腳，其中可作為I/O的有68個(gè)引腳，內(nèi)部有1600個(gè)邏輯門，72個(gè)宏單元，響應(yīng)速度7~15ns。P1是ISA總線引腳。D0~D7是計(jì)算機(jī)訪問(wèn)外部設(shè)備的8位數(shù)據(jù)總線，a0~a19是訪問(wèn)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(xiě)選通線，rst是計(jì)算機(jī)的復(fù)位線，在復(fù)位時(shí)，加密卡與計(jì)算機(jī)同時(shí)復(fù)位。
將ISA總線的地址a(19,0)、ior、iow和aen經(jīng)過(guò)譯碼作為片選、時(shí)鐘，對(duì)一組觸發(fā)器電路進(jìn)行操作，就能夠讀取密碼數(shù)據(jù)。在選擇地址時(shí)，a(10)~a(19)為空，既隨機(jī)狀態(tài)。加密電路地址可以選擇打印機(jī)接口地址278H、279H、27AH。例如選擇278H，在加密電路中，通過(guò)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(yùn)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(jì)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(shí)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<3>" * "a<4>" * "a<5>" * "a<6>" * /"a<7>" * /"a<8>" * /"a<9>" * /"a<0>" * /"a<1>" * /"a<2>" */aen */ ior (1)

基于PCI總線的加密電路
計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)主板已經(jīng)以PCI總線為主。PCI總線的特點(diǎn)是體積小，速度快。設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的板卡利用PCI總線是大勢(shì)所趨。利用PCI總線設(shè)計(jì)加密電路如圖2所示。電路中利用了華邦(Winband)公司生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)PCI總線接口電路W89C940，最大運(yùn)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(dòng)程序，不同功能的計(jì)算機(jī)卡的驅(qū)動(dòng)程序也不相同，因此計(jì)算機(jī)所有的PCI總線電路都必須配備一只串行EEPOAM ，例如AT93C46，用來(lái)存放驅(qū)動(dòng)碼。
對(duì)圖2中加密電路進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，同樣利用Xilinx公司的Project Navigator軟件設(shè)計(jì)一組可以寫(xiě)數(shù)據(jù)、再讀數(shù)據(jù)的八-D觸發(fā)器電路，得到PCI總線的加密電路如圖3所示。電路的數(shù)據(jù)D[7：0]經(jīng)過(guò)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(hào)為“1”時(shí)，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(hào)OUT為“1”時(shí)，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(jì)算機(jī)軟件在運(yùn)行時(shí)，通過(guò)寫(xiě)、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(jì)都是選用計(jì)算機(jī)的并行打印機(jī)接口。計(jì)算機(jī)的打印機(jī)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DB7~DB0，打印機(jī)工作忙時(shí)，pin1是數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，pin10是打印機(jī)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(xiě)入讀控制字，寫(xiě)器件就寫(xiě)入寫(xiě)控制字，之后才能讀或?qū)?6位(16bit)數(shù)據(jù)。讀操作過(guò)程是，寫(xiě)入讀控制字，寫(xiě)入7位(7bit)地址，接下來(lái)就可以在輸出端接收數(shù)據(jù)，每當(dāng)輸入一個(gè)時(shí)鐘，就有一位(1bit)輸出，輸出16位后自動(dòng)結(jié)束。打印機(jī)接口的加密電路可以設(shè)計(jì)許多種方式，例如；時(shí)間電路，寫(xiě)入電路的數(shù)據(jù)與讀出數(shù)據(jù)的時(shí)間相關(guān)。

結(jié)語(yǔ)
經(jīng)過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)證明，基于計(jì)算機(jī)總線設(shè)計(jì)加密電路的方法，方便實(shí)用。這種方法的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用CPLD設(shè)計(jì)加密電路方便可行，能夠比較好地實(shí)現(xiàn)加密功能。計(jì)算機(jī)加密電路的設(shè)計(jì)有多種方法，各種方法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。實(shí)際上，在電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以增加一些邏輯功能用來(lái)實(shí)現(xiàn)功能加密、工作狀態(tài)加密、實(shí)時(shí)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。

參考文獻(xiàn)
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