現代社會是一個信息社會。信息技術的飛速發展引發了社會前所未有的變化，同時徹底顛覆了傳統的生活方式。在現代社會中，信息安全所占據的地位越來越重要。但不幸的是，信息安全問題［1］正變得越來越突出。加密算法是解決上述問題的有效方法。除了消息傳輸的接收者之外，即使外界非法攔截密文，它也只會產生一些無意義的亂碼。有許多類型的加密算法，它們適應的地方通常是不同的。在單片機和嵌入式系統中，信息的傳輸非常頻繁，甚至沒有很多機密信息。因此，信息傳輸的安全性變得越來越重要。

一、單片機加密的必要性

自單片機誕生以來，由于其成本低，環境適應性強，可靠性高，結構靈活，易于生產，引起了人們的廣泛關注。憑借其卓越的性能，它已廣泛應用于各種行業，如機器人，航空航天，儀器儀表，工業和電信。單片機的普及也對促進各個領域的技術改造起到了很好的作用。然而，在通過MCU傳輸信息的過程中，它經常遭受非法入侵者的各種攻擊，例如偽造，篡改和盜版。但無論你攻擊哪種方式，這無疑會在各個方面給用戶造成無法估量的損失。在信息傳輸中，發送信息的一方稱為發送方，信息發送的預定目標稱為接收方。然而，在實際傳輸過程中，除了接收者之外，還有一些未知的非法攔截器將通過諸如竊聽之類的各種手段獲得傳輸的信息。更重要的是，他們會篡改，偽造，然后將收到的信息傳送給收件人。如果信息被歸類為機密信息，則由此產生的損失是不可想象的。因此，在發送信息之前處理該信息。要傳輸的信息稱為明文，明文通過一組規則轉換的信息稱為密文。密文本是隨機的，無序的，看似毫無意義的信息，所以即使密文是由攔截器獲得的，也不需要擔心信息泄露。當接收到密文時，需要恢復明文，并將密文恢復規則稱為解密算法。通常，加密和解密算法需要一對密鑰，它們可以相同或不同，并且這兩種情況對應于兩個不同的密碼系統。

二、單片機的嵌入式系統加密算法分類

隨著微型計算機的快速發展，微控制器和嵌入式系統已經滲透到人們的日常生活中。但微型計算機的信息安全問題引起了人們的擔憂，在信息傳遞的過程中，經常會受到非法入侵者的攻擊，導致信息被截取、篡改甚至偽造，從而造成巨大的損失。加密算法是保障信息安全的有效措施之一，而且加密算法還具有良好的可修改性和移植性，有關加密算法的研究及應用是極其廣泛的。現代加密算法主要分為4大類：對稱式加密算法、非對稱式加密算法、Hash算法以及輕量級密碼算法。本文就其中的2類進行分析和研究，對稱式加密算法以DES算法（三重）和AES算法為代表，非對稱式加密算法以RSA算法和ECC算法為代表，通過詳細研究上述加密算法的加解密過程，結合各自的優缺點及適用場所，最終選取AES算法作為單片機及嵌入式系統的加密算法。

（一）公鑰加密算法

公鑰密碼系統的概念［2］于1976年首次提到。最初提出解決私鑰密碼系統中的兩個眾所周知的問題（數字簽名和密鑰分發）。在此之前，幾乎所有加密算法，加密過程無非就是兩種基本方式-替換和替換，與公鑰加密不同，它使用數學函數。可以說，公鑰加密算法的出現給密碼學帶來了新的方向。公鑰加密算法的最大特點是加密和解密使用一對不同但相關的密鑰，因此公鑰加密算法也稱為雙密鑰加密算法。在這對密鑰中，加密密鑰是公共的，并且解密密鑰對用戶是私有的。這意味著在不知道解密密鑰的情況下，知道密文想要恢復明文是不可行的。

（二）DES算法

數據加密標準DES算法［3］是世界上最具影響力的數據包加密算法之一。DES算法是由一種稱為Lucifer算法修改以及發展而來，它有很多的優點：比如密鑰容易生成，加解密速度比較理想，在軟件上也易于實現。但是隨著密碼分析學的發展，人們發現，過去被認為足夠安全的DES算法已被證明不夠安全。另一方面，DES算法的密鑰長度僅為56Bit，這似乎太短。由于計算機計算能力的逐年增加，DES算法終于在1998年宣布。后來，一些學者提出DES算法可以用于多個密鑰的情況，這是三重DES的起源。三重DES對密碼分析有著很強的抵抗能力，但是，正由于多重使用所以產生了一個難以克服的缺點，那就是實現算法的速度較慢。此外，三重DES的分組長度跟先前一樣，還是短了些。盡管TripleDES的復雜性，但它越來越顯示出下降的跡象。新數據加密標準最基本的要求如下：首先，必須比三重DES加解密速度快；其次，最少要與三重DES安全性一樣；最后，數據包長度和密鑰長度就足夠了。最后，Rijndael算法在許多候選算法中成功地作為新的數據加密標準。雖說DES算法已不可避免地走向衰亡，但它的出現對密碼學的發展有著很大的推動作用，對于學習分組加密算法還是有著重要的參考意義。

（三）AES算法

根據AES加密算法密鑰安全性不足、加解密輪變換不對稱以及S盒存在安全隱患的缺點，針對性地對密鑰擴展算法、加解密算法結構以及S盒進行了改進。對于加解密算法結構，在加密算法輪變換中合并了行移位和列混合，精簡了輪函數的計算部件；在解密算法中首先調整了輪函數的變換順序，使其與加密輪變換順序保持了一致，之后再套用加密算法中的改進，合并了逆行移位和逆列混合，使得算法結構進一步得到了優化。對于原S盒的不足，筆者提出了一種新S盒的構造，經測試證明新S盒比原S盒有著更好的密碼性質，有效地提高了AES算法的安全性。現代社會越來越多地走向信息社會，信息的作用變得越來越重要。隨著微型計算機進一步的智能化、微型化，人們的日常生活也越來越離不開它。但在微型計算機的應用中，如果不能保證信息傳輸的安全性，則無法保證。們的重視。因此，微控制器和嵌入式系統的數據加密研究是必要的，并且有關這方面的研究在今后也必定會更加廣泛和深入。
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