基于手势信息的便携式无线加密传输系统

摘要：本文阐述了一个以Spartan-3E开发板为平台，基于手势信息的便携式无线加密传输系统。系统工作时，发送端使用者的手势信息经弯曲传感器采集并送往系统核心FPGA，采用Twofish算法对其进行加密后借助无线模块发送，在接收端进行解密过程，得到发送方的手势信息。软件方面借助开发工具ISE，并采用硬件描述语言VHDL开发了一套完整的软件体系。硬件方面独立设计了手势信息采集和电源电路，配合键盘和液晶显示使系统具有良好的便携性和人机交互性。本系统充分利用了FPGA的计算速度和硬件资源，可以在反恐，作战，侦察等信息安全涉及的多个领域得到应用。实验结果表明系统可行、有效。

关键词：手势信息，弯曲传感器，Twofish算法，信息安全

Summary:This paper proposed a portable wireless encrypted transformation system of gesture information with the flat of Spartan-3E Starter Kit Board. Gesture information of the sending terminal user was collected by the innovative Flex Sensor and transformed to system core FPGA, then encrypted by Twofish algorithm with high security and sent by wireless module. As the information was receiving, it was deciphered so as to get the sender's gesture. ISE and hardware language VHDL were employed to develop the software. Gesture collecting and power supply circuit were designed separately. Keyboard and LCD were employed as input and output device. To utilize FPGA calculating rate and hardware resource completely, some special optimization was introduced. The system could play a vital role in many scenes, such as anti-terrorism, battle，spying. Experiment demonstrated the system was feasible and effect.

Keyword:Gesture Information，Flex Sensor，Twofish Arithmetic，Information Security

　　一　选题背景

和平和发展是当今世界的主旋律，但是局部战争、恐怖主义、暴力犯罪等不和谐的音符依然存在，而在实际作战、反恐行动、秘密侦查等这些场合中，信息交互的安全性要求较一般场合要高得多。不仅要求产生信息的方式具有隐蔽性，不易被他人发现;而且要求传递信息的方式具有保密性，不易被他人破解。

因此，本文设计并实现了一个基于手势信息的便携式无线加密传输系统。系统以Spartan-3E开发板为平台，本系统充分利用了FPGA的计算速度和硬件资源，可以在作战、反恐、侦察等涉及信息安全的多个领域得到应用。

　　二　系统方案

本系统由两平台组成，实现了手势信息的无线加密半双工传输。

使用时，A使用平台1，B使用平台2，按照如下步骤执行：

A首先通过键盘来设定密码，并设置平台1为加密状态。然后通过手势输入设备将手势信息输入平台1，按动发送开关，平台1便会自动采集A的手势信息，将其转换为数字信号作为明文，经Twofish算法对其进行加密，之后将密文无线传给B。

B在接收之前，先设置平台1为加密状态，再通过键盘核定密钥。如果密钥与A一致，平台2便可以接受到A系统传出的密文，并自动对其解密，得到明文，即可以得到A所传递的手势信息，不同的手势信息可以代表A、B之前约定的不同实际含义。如果密钥与A不一致，平台2解密后得到的明文便是错误的，不能得到A所传递的手势信息。

反之，B可以通过相同的方法将自己的手势信息传递给A。在使用中，A只需要修改平台1的密钥即可使平台2的密钥核对失败。

系统工作时，还可以使用PC机，作为总监听站，来获取传输信息，监控系统两平台运行情况。

这样，利用该系统便可以实现A、B间手势信息的无线加密传输，完成信息交互，使用示意图见图2.1。

　　图2.1　系统功能示意图

　　三　软件系统设计

3.1 　软件系统流程

系统软件流程图见图3.1。

　　图3.1　软件子模块实现流程图

图3.1说明了各个子模块的逻辑关系和使用时的数据流，其中Twofish加解密算法是系统核心，占用FPGA内部接近40%的逻辑资源，其它部分占30%左右。

3.2 　Twofish算法

Twofish算法是由美国的Bruce Schneier等创建的优秀算法，是AES的候选算法之一。Twofish算法是典型的分组加密算法，加密时它将明文按一定的位长分组，明文和密钥的全部经过加密运算得到密文。解密时密文和密钥经过解密运算，还原成明文。Twofish的算法采用的明密文分组长度为128bit， 支持128bit、192bit、256bit的密钥长度。

　　四　硬件系统实现

硬件系统主要包括Spartan-3E嵌入式平台，自制电源