[发明专利]基于AES算法和PUF技术的嵌入式系统加密保护装置和方法

权利要求书

1.一种基于AES加解密算法和PUF技术的嵌入式系统加密保护装置，其特征在于，包括：

通信模块，用于与所述嵌入式系统通信；

真随机数发生器模块，用于产生随机明文；

环形振荡器簇，包括多个用于产生激励的环形振荡器；

RO PUF模块，在接收到所述嵌入式系统通过所述通信模块发出的认证请求后，利用所述环形振荡器产生的激励产生响应值；所述RO PUF模块和所述真随机数发生器模块共享所述环形振荡器输出的激励；

编译码器模块，根据所述响应值和所述嵌入式系统通过所述通信模块发送的校验码进行译码，产生与AES加密对应的密钥；

所述编译码器模块包括汉明码纠错码编译码器，所述汉明码纠错码编译码器用于利用所述响应值和校验码进行汉明码纠错码译码产生所述密钥；

AES加密模块，利用从所述编译码器模块接收的密钥对随机明文进行加密，得到密文后，将所述明文和与该明文对应的密文通过所述通信模块反馈至所述嵌入式系统。

2.如权利要求1所述的基于AES加解密算法和PUF技术的嵌入式系统加密保护装置，其特征在于：所述AES加密模块基于有限域优化的S盒查找表求逆模块的精简型电路模块以及密钥扩展模块进行加密，并且每周期完成一轮AES加密操作，通过复用加密模块进行10轮加密操作，10个周期完成一次AES加密运算。

3.如权利要求2所述的基于AES加解密算法和PUF技术的嵌入式系统加密保护装置，其特征在于：所述RO PUF模块接收的激励与产生响应值一一对应。

4.一种基于如权利要求1-3中任一项所述的AES加解密算法和PUF技术的嵌入式系统加密保护装置来实现的方法，其特征在于，包括加密认证模式，所述加密认证模式包括以下步骤：

在通过通信模块接收到加密认证请求时，RO PUF模块利用环形振荡器产生的激励产生响应值；

编译码器模块根据所述响应值和嵌入式系统通过所述通信模块发送的校验码进行译码，产生与AES加密对应的密钥；

AES加密模块接收密钥产生器模块产生的密钥后，对真随机数发生器模块产生的随机明文进行加密，得到密文后，将所述明文和与该明文对应的密文通过所述通信模块反馈至所述嵌入式系统。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述AES加密模块将所述明文和与该明文对应的密文通过所述通信模块反馈至所述嵌入式系统之后，还包括：

所述嵌入式系统接收到所述明文和密文后，执行根据自身存储的密钥对接收到的密文进行解密；

将解密的结果与接收到的明文进行比对，若二者一致，则认证成功，否则，所述嵌入式系统认证失败并停止工作。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括初始化模式，所述初始化模式包括：

如果通过所述通信模块接收到密钥初始化请求，则所述真随机数发生器模块产生一组16位随机激励，并发送给RO PUF模块；

所述RO PUF模块利用所述随机激励产生一组对应的响应，并将该响应发送给编译码器模块；

所述编译码器模块对所述响应进行编码，获得一组密钥和校验码；

将所述密钥和校验码返回给所述嵌入式系统并保存至所述嵌入式系统。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括更新密钥模式，通过有限状态机控制所述加密认证模式、初始化模式和更新密钥模式之间的状态切换，其中，所述更新密钥模式包括步骤：

如果通过所述通信模块接收到密钥更新密钥请求，则所述真随机数发生器模块产生一组16位随机激励，并发送给RO PUF模块；

所述RO PUF模块利用所述随机激励产生一组对应的响应，并将该响应发送给编译码器模块；

所述编译码器模块对所述响应进行编码，获得一组新的密钥和校验码；

将更新后的所述密钥和校验码返回给所述嵌入式系统并更新保存至所述嵌入式系统。