一种基于KEELOQ的改进加密算法及其在单片机中的实现技术
摘要：讨论了Microchip公司的KEELOQ加解密算法的实现机制，通过引入随随机数，提出了一种新的改进算法，并给出了其在单片机中的实现方案。该算法具有简单实用、所需硬件资源少、传输效率和安全性相对较高等优点，适用于需要数据加密的小型无线数据传输系统，具有广阔的应用前景。关键词：加密算法 KEELOQ 单片机 跳码技术
当今的编解码电路已经朝着高度集成化和微电脑化发展。像普通的固定编解码芯片和MC145026/145027、PT2262/2272等已被广泛应用于公用系统中，给生活带来了方便。然而这些芯片不能保证系统的安全性。由于这些系统每次发送的数据流一模一样，只是高低电平的组合，第三方面通过捕捉设备，一旦用户信号出现，便可瞬间取得合法的身份识别码；或使用编码扫描设备，主动攻击解码芯片。因此保证系统的安全性是一个很现实的问题。在此背景下，基于加密算法的编解码IC的安全机制得到了应用。Microchip公司的KEELOQ技术是这种技术的代表。KEELOQ技术是一种多变化、抗截获得、安全可靠性高的非线性跳码加密解密技术。KEELOQ目前是通过硬件芯片IC（以Mirochip公司的HCS300为代表）实现，主要应用于汽车阵盗系统和门禁系统，是无钥进入系统领域的首选芯片。但也由于硬件芯片本身的限制（其所能加密的数据必须预先写入EEPROM中），使之很难用于其它（如数据加密）领域。
本文把这项封装在芯片里的KEELOQ加密技术用软件方式实现，并针对单片机的特性进行了适当改进。这种在单片机中实现的改进算法不仅包含了原来HCS300所具备的所有功能，而且在系统安全性、灵活性、可扩展性、传输效率等方面均有较大改善，同时对改进算法在数据加密领域作为全新的尝试，以其特殊的密钥管理方法独立于对称型加密（如DES）与不对称型加密算法（即公开密钥体制，如RSA），成为一种适用于无线传输领域小型系统的数据加密算法。
1 KEELOQ技术简介及其硬件实现
KEELOQ技术的核心思想是用64bit的EN_KEY[64:0](加密密钥)去加密32bit的CSR[31:0]（校验码）得到32bit的CRYP密文。加密机制为：首先定义一个非线性表，这个非线性表有5位输入NLF_IN[4:0]，一位输出NLF_OUT。它在CSR[31:0]中间隔均匀地取固定5位：I0、I1、I2、I3、I4，通过非线性产生一个输出码NLF_OUT；这一位输出码NLF_OUT再与EN_KEY中的15位、CSR中的2位进行异或运算后输出第一位输出码CRYP[0]；每输出一位后，EN_KEY、CSR分别进行移位，EN_KEY作循环移位，CRYP[0]作为CSR移位的输入；重复上述步骤直到输出32位CRYP[0:31]。依此法，即使32bit的校验码CSR中只有一位发生变化，用KEELOQ加密算法得到的CRYP密文也会有50%以上的数据位（16bit）发生变化。
Microchip公司以KEELOQ技术为基础开发了滚动码系统专用芯片，HCS300是其中较典型的一款。它是一块8引脚
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