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1、江苏大学本科毕业论文 J I A N G S U U N I V E R S I TY本 科 毕 业 论 文 基于无线新型电子车牌安全加密和鉴权系统设计与实现Design and implementation ofsecurityencryption and authenticationsystem based on wirelesselectroniclicense plate专 业： 通信工程 班 级： 11通信1班 姓 名： 张 乐 然 指导教师姓名： 王 志 超 指导教师职称： 副 教 授 2015 年 5 月V基于无线新型电子车牌安全加密和鉴权系统设计与实现专业班级：11通信1班 学
2、生姓名：张乐然指导老师：王志超 职称：副教授摘要 当前，随着智慧交通技术的发展，课题组所研发的无线新型电子车牌有着广泛的市场需求，而电子车牌加密与鉴权系统的设计与实现工作意义重大，是直接关系到此类电子车牌能否进一步推广的关键技术之一。本文针对这一需求，提出了一种基于无线新型电子车牌安全加密和鉴权系统设计思路与具体实现过程。主要涉及设备鉴别、信息传输和存储以及代码和数据保护等方面一系列安全措施。在设备鉴别上通过Cortex系列芯片内部固化全球唯一ID的方法作为设备在网络服务中的识别ID，确保设备的唯一性，即设备与服务账号的一对一绑定。同时还设置一个独特的256bit密钥作为设备登录服务器的身份验
3、证。可以有效防止套用牌照、盗版牌照等情况的出现。在设备信息传输和储存中使用SHA256作为数据的指纹校验，使用AES256作为数据加密的方法。高达256bit的数据校验指纹和加密密钥，配合牢固的AES加密算法来确保数据传输的安全可靠。改进的DiffieHellman密钥交换算法来保护密钥交换防止传输途中的失窃。运用了基于Cortex-M4协处理器的一种特别优化的SHA256和AES256加密算法，在资源贫乏的单片机中也可以高速处理数据而不占用CPU时间，避免影响其他操作的执行。在设备的代码和数据保护上，利用硬件级保护方法，在硬件上电加载前就设定保护模式，未经授权的外部设备不能读取设备中的任何信
4、息，强制的读取会触发保护机制，设备Flash会强制启动擦除程序擦除所有数据。最后，使用本文设计实现的数据加密和鉴权系统，在新型无线电子汽车牌照上进行应用，并对保护中的电子车牌进行攻击和测试，验证了系统的安全性和可靠性，保证用户的授权安全性及可控性。关键词：无线电子车牌 加密 鉴权Design and implementation ofsecurityencryption and authenticationsystem based on wirelesselectroniclicense plateAbstract At present, Internet of things technolo
5、gy in the fields of energy, health care, public security, traffic, intelligent home plays a major role, provides a convenient, fast and reliable way of life for human beings, But the open networking platform exist authentication and authorization mechanism is not perfect, communication data confiden
6、tiality is not strong, hardware device data anti fake deficiencies such as lack of ability, and a lot of time networking equipment applications were asked to have higher security, therefore it must be as early as possible in the design a secure encryption and authentication system based on equipment
7、 necessary to protect.The response to this demand, providing a new wireless electronic license plate this based on equipment has higher security requirements of secure encryption and authentication system design and implementation.In the equipment identification through a cortex series chip internal
8、 curing globally unique ID method as the equipment in service network ID, to ensure that the equipment uniqueness, i.e., the equipment and the service account of binding.At the same timealso seta unique 256bitaskeydevice loginauthenticationserver.Caneffectively preventpiracyandapply the license,thel
9、icense.In the code and data protection of equipment, using hardware protection method, in hardware electrical load set protection mode, the authorized external equipment can not read any information equipment, mandatory reading will trigger protection mechanism, flash device will forced to start the
10、 program erase all data.Finally, used in the design and implementation of data encryption and authentication system, in the new wireless electronic car license, and attacks and testing on the protection of the electronic license plate, to verify the reliability and safety of the system, ensure the u
11、ser security authorization and controllable.Key words: Security encryption authentication electronic license plate目 录第一章 绪论11.1研究背景和意义11.2 国内外研究现状21.3主要工作21.4 论文结构3第二章 相关技术42.1安全散列算法42.1.1 Hash函数概述42.1.2 SHA-256算法概述52.1.3 SHA-256运算步骤62.2 高级加密标准(AES)92.2.1 AES算法概述92.2.2 轮变换102.2.3 密钥扩展方案12第三章 设计概要153
12、.1 系统概要153.2 系统需求分析163.3 系统设计分析18第四章 硬件设计214.1 主控芯片214.1.1最小系统设计224.2 北斗/GPS定位模块234.2.1最小系统设计244.2.2模块连接254.3 3G无线通信模块25第五章 软件设计275.1 Unique ID的读取和验证275.1.1 Unique ID测试285.2 SHA256散列函数285.2.1 SHA256测试305.3 AES256加密算法315.3.1 AES256测试335.4 基于socket和json的传输加密345.4.1 ME3000初始化345.4.2 ME3000连接服务器355.4.3
13、ME3000发送和接收数据365.4.4 JSON格式的通讯协议415.4.5通讯模块测试425.5 片上flash储存435.5.1 flash储存测试445.6 基于硬件的芯片读取保护445.6.1 读取保护测试45第六章 系统测试466.1 硬件测试466.1.2 K60最小系统测试466.2 软件测试466.3 测试总结47结论481本论文主要工作482未来工作展望48致谢50参考文献：51第一章 绪论1.1研究背景和意义随着近年来嵌入式技术不断发展，产品应用也越来越广泛、在包括工业制造、生产控制、军事装备、消费类产品、航空航天、仪器仪表检测、交通运输等各个方面都发挥着不可替代的作用。
14、汽车电子牌照作为一种新型的基于嵌入式技术的智能设备，被开发用于解决当前汽车牌照功能单一，交通管理部门和车主对车辆的管理不方便，在车辆行驶过程中的识别不迅速，在交通管理中对车辆的统计不够精确等问题。是一个实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化系统。半导体技术不断革新不仅带动硬件平台性能不断提升,也使得硬件的成本不断降低,嵌入式软件已经成为产品智能化改造和增值的关键之所在,也是整个行业保持不断增长的中心之所在1。然而嵌入式设备由于使用方式比较特殊，由于缺乏保护和防盗版机制，新产品投放市场不久,就被竞争对手复制，然后以盗版产品的形式重新投放到市场。这些各种形式的盗版、破解极大的
15、损害了原创厂商的利益，阻碍了创新的发展，如果不加阻止，将让厂商不再敢投入资金和人力进行创新，对于行业百害而无一例。据国际反仿冒联盟称,到2015年,仿冒和盗版产品的国际贸易额预计将超过1.7万亿美元,而这个数字己经超过了当前全球经济出口总额的2%2。显然，形势已经非常紧迫。另一方面,由于嵌入式设备的特殊使用方式，对于嵌入式内部的代码和数据保护，也成了一个难题。嵌入式系统中的程序代码和数据都储存在FLASH、EEPROM这样的存储器中,这些储存设备缺乏必要的保护措施，使其中的信息很容易被读取和拷贝,严重威胁设备的信息安全。在这种情况下，迫切需要引入一种低成本的保护机制来基于产品一定的安全防护措施不仅要防止固件不被拷贝，更重要的是保证固件可以在安全的环境下运行。而且即使固
