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　　在STC单片机内部的EEPROM中需要存储两种密码，一种是读取M1卡时需要验证的物理密码，另一种是3DES算法用到的加密、解密的逻辑密码，M1卡的物理密码一般是12个字节，3DES算法的逻辑密码是16个字节。当需要往M1卡中写入数据时，单片机把事先存储在STC15单片机的EEPROM中16字节逻辑密钥读取到password^[16]数组中，然后把要写入M1卡中的数据按照8个字节一组进行3DES算法加密，当达到16个字节后写入用户指定的扇区块中，如果加密数据不够8个字节，按照约定进行补零以满足3DES算法要求。当单片机控制射频芯片验证物理密码并读取到M1卡中的数据后，按照8个字节一组进行3DES算法解密，并把解密后的明文数据返回给用户。如果不知道3DES算法的16位逻辑密钥，即使非法读取到了M1卡中的数据也无法得到其明文，从而达到了防止数据被破解的目的。

　　如果得到了卡中的密文，尽管无法得到其明文，但是攻击者可以对卡进行完全复制，包括复制第0扇区第0块的卡序列号等信息(如UID卡即可修改其0扇区第0块的内容)，为了防止攻击者对M1卡中的数据进行复制到另一张M1卡中，需要在STC单片机的EEPROM或者外部存储器中建立一个存储卡序列号和时间戳的系统表，卡序列号和时间戳各占4个字节。每当单片机系统对卡进行一次操作之后，就要在卡中和系统表中都写入新的时间戳，当两张完全一样的复制卡先后被系统读取到之后，由于系统在先被读取的复制卡中写入了新的时间戳信息，从而把另一张复制卡标识为非法卡，也就是说，无论攻击者复制了多少张完全相同的卡，只有最先被系统读取到那一张能正常使用，从而，防止了卡被复制。时间戳是STC单片机从DS1302中读取出来的年、月、日、时、分、秒之后经过相应的移位操作而合成的一个四字节无符号变量。时间戳的合成方法如图4所示。系统处理总体流程图如图5所示。

　　根据图4所示，时间戳的合成算法可以用以下语句来实现：

　　ts = ((INT32U)yr << 26) | ((INT32U)month << 22) | ((INT32U)day << 17);

　　ts |= ((INT32U)hr << 12) | ((INT32U)min << 6) | (INT32U)sec;

　　时间和日期也可以由单片机系统的定时器或者其他方法来实现。

3 系统测试

　　为了对STC单片机在3DES算法加密、解密数据的正确性和运算能力进一步分析，对STC单片机系统进行了系统测试。在STC单片机RAM中建立一个容量为1K字节的数组test3des[1024]，并给它赋初始值，调用TripleDes函数进行加密，并通过串口发送到上位机显示出来;把加密后的数据重新赋值给数组test3des[1024]，调用TripleDes函数进行解密，并发串口显示，实际测试证明3DES算法是正确的。考虑到STC单片机系统运行速度较低，如果让STC单片机对加密、解密速度进行计算并处理，势必会影响到结论的准确性，为此，使用VC++编写上位机软件配合3DES算法处理速度测试。在STC单片机调用3DES算法加密、解密数据时，通过单片机串口发送到上位机一个开始命令，上位机软件启动精密计时，等STC单片机处理完数据时再给上位机软件发送一个结束命令，上位机软件停止计时，通过单片机处理的数据字节数和计时时间可以计算出STC单片机调用3DES算法加密、解密数据的速度。STC单片机在不同晶振频率下3DES算法加密、解密测试对照表如表1所示。平均加密或解密时间是经过10次测试取其平均值。

　　从表1的数据可知：在STC单片机运行在典型工作频率22.1184MHz的情况下，3DES算法加密、解密的平均速度约为308.7bit/s，加密或解密M1卡一个块数据(16个字节)用时约为0.41s，完全达到了实际应用的条件，而且，随着所选用单片机或微处理器运行速度的提高，所用时间会更少。

4 结论

　　通过分析3DES算法原理和防复制方法，在较低配置的STC单片机系统中实现了3DES加密算法，并进行了实验测试，得到了实验测试结果，证明了3DES算法在非接触式M1卡中应用的可行性，这对保障RFID卡信息安全性和保密性具有重要的作用，在实际应用中也具有一定的参考意义。

参考文献：

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关键词： 3DES算法 加密 解密 STC15单片机 201509