基于单片机实现SRAM工艺FPGA的加密应用

位端，高电平有效，即ASET为高时，将初值85置入移位寄存器内，LPMSHIFTREG模块的“DIRECTION”设置为“RIGHT”即移位方向为右移。Q[39..0]表示40位移位寄存器的各个状态，SHIFTIN为串行输入，SHIFTIN为Q0、Q2、Q21、Q23四个状态异或运算的结果。

系统加电时，单片机将ASET置为低电平，经过一个非门，变成高电平使移位寄存器处于置位状态。在配置完成后，单片机将ASET信号置为高电平，经非门使移位寄存器正常工作。

利用移位寄存器电路产生伪随机码的电路非常简单，反馈逻辑也便于修改。

5 单片机验证伪码的程序

在位寻址区（20H～2FH）定义了字节变量WORD1、WORD2、WORD3、WORD4、WORD5，用来存储移位寄存器的40个状态。其中Q0对应WORD1.0，Q1对应WORD1.1……Q39对应WORD5.7。同时，在位寻址区定义了WORD6、WORD7、WORD8、WORD9，用来进行后面的反馈逻辑计算。

单片机一上电，首先将ASET脚清零，同时，也将PNMA脚清零，将初值55H作为移位寄存器的初始状态，接着完成FPGA的上电配置工作。配置完成后，单片机检测来自FPGA的外部中断CONFDONE。如果配置完成，CONFDONE为高电；否则，为低电平。在检测到CONFDONE为高电平，即配置完成后，单片机将ASET脚置为1，使能FPGA内的伪码发生电路工作，单片机产生伪随机码的流程。配置完成后，首先将Q0输出到PNMA引脚，接着计算反馈逻辑输入，将参与反馈运算的几个状态运算结果存在中间变量MID_VARY中。然后，对各个状态进行右移，为了提高运算效率，使用了带进位C的字节循环右移指令。移位完成后，将MID_VARY存入Q39，再将新的Q0输出到PNMA引脚，程序循环执行产生伪随机码。

单片机核心源程序如下：

CLR ASET ；单片机上电后将ASET位清0

CLR PNMA

MOV WORD1，#55h

MOV WORD2，#0

MOV WORD3，#0

MOV WORD4，#0

MOV WORD5，#0；将55H作为移位寄存器的初值PEIZHI：

…… ；进行FPGA的配置工作

JB CONFDONE，PNPRODUCE；根据CONFDONE判断配置是否完成

LJMP PEIZHI ；否则继续配置

PNPRODUCE：SETB ASET ；配置完成后，将ASET脚置1

XMQLOOP：MOV C，Q0

MOV PNMA，C ；将Q0输出到PNMA引脚，作为PN码

MOV C，Q0

MOV WORD6.0，C ；用WORD6单元的0位来存Q0的状态

MOV C，Q2

MOV WORD7.0，C ；用WORD7单元的0位来存Q2的状态

MOV C，Q21

MOV WORD8.0，C ；用WORD8单元的0位来存Q21的状态

MOV C，Q23

MOV WORD9.0，C ；用WORD9单元的0位来存Q23的状态

MOV ACC，WORD6

XRL A，WORD7

XRL A，WORD8

XRL A，WORD9 ；通过异或指令，计算反馈逻辑

MOV C，ACC.0 ；反馈逻辑为Qin=Q0

；XOR Q2 XOR Q21 XOR Q23

MOV MID_VARY，C ；将运算后的状态存到MID_VARY中右移运算

MOV ACC，WORD1

RRC A ；移位Q7～Q0

MOV WORD1，A ；移位后，保存到WORD1单元中

MOV ACC，WORD2

RRC A ；移位Q15～Q8

MOV WORD2，A ；移位后，保存到WORD2单元中

MOV Q7，C ；将Q8的值赋到Q7

MOV ACC，WORD3

RRC A ；移位Q23～Q16

MOV WORD3，A ；移位后，保存到WORD3单元中

MOV Q15，C ；将Q16的值赋到Q15

MOV ACC，WORD4

RRC A ；移位Q31～Q24

MOV WORD4，A ；移位后，保存到WORD4单元中

MOV Q23，C ；将Q24的值赋到Q23

MOV ACC，WORD5

RRC A ；移位Q39～Q32

MOV WORD5，A ；移位后，保存到WORD5单元中

MOV Q31，C ；将Q32的值赋到Q31

MOV C，MID_VARY ；将前面反馈计算的值赋给Q39

MOV Q39，C

LJMP XMALOOP ；继续产生下一代PN码元

6 其它加密方法介绍及比较

对SRAM工艺的FPGA进行加密，除了可以利用单片机实现外，还可以用E2PROM工艺的CPLD实现。与用单片机实现相比，利用CPLD的优点在于可实现高速伪码，但要在硬件电路中增加一块CPLD芯片，使整个硬件电路复杂化，增加了成本。本文提供的加密方法考虑到配置完成后单片机处于空闲状态，此时利用单片机进行加密，不需要增加任何电路成本，使得整个系统硬件结构十分简洁。本文提出采用长伪随机码来实现加密。如果采用其它的算法产生验证信息，并增加单片机与FPGA工作时信息实时交互，使得获取验证信息的难度足够大，也可以达到类似的加密效果。