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自動(dòng)計(jì)量稱重日益普及，防止數(shù)據(jù)篡改變得日益重要，數(shù)字稱重儀表在這方面具有獨(dú)有的優(yōu)勢。作為數(shù)字稱重領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，HBM在其最新的數(shù)字稱重儀表中，采用了AES 256 位加密技術(shù)，AES 加密標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為稱重技術(shù)加密的新標(biāo)準(zhǔn)。不僅因?yàn)槠浞犀F(xiàn)代加密技術(shù)的所有要求，還提供了很多其他優(yōu)勢，為稱重系統(tǒng)的使用帶來了很多便利，節(jié)約時(shí)間和費(fèi)用。
一、關(guān)于AES
在了解AES 之前我們必須熟悉現(xiàn)代加密技術(shù)的基本要求，現(xiàn)代加密技術(shù)的要求為：
1. 安全性：只有授權(quán)用戶才能讀取數(shù)據(jù)和相關(guān)信息；
2. 防止篡改：當(dāng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，數(shù)據(jù)和信息容器就記錄了數(shù)據(jù)變化的時(shí)間；
3. 防止偽造：可以識(shí)別信息和數(shù)據(jù)的創(chuàng)建者或發(fā)送者；
4. 綁定：數(shù)據(jù)或信息的創(chuàng)建者或發(fā)送者不能與數(shù)據(jù)和信息的原始創(chuàng)建者產(chǎn)生沖突。
AES(Advanced Encryption Standard)是密碼學(xué)中的新一代對(duì)稱高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，又稱Rijndael 加密法，是美國聯(lián)邦政府采用的一種區(qū)塊加密標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用來替代原DES，已經(jīng)被多方分析且廣為全世界所使用。經(jīng)過五年的甄選流程，高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST） 于2001 年11 月26 日發(fā)布于FIPS PUB 197，并在2002 年5月26 日成為有效的標(biāo)準(zhǔn)。2006 年，高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)已然成為對(duì)稱密鑰加密中最流行的算法之一。
AES 算法為比利時(shí)密碼學(xué)家Joan Diemen 和Vincent Rijmen 所設(shè)計(jì)，結(jié)合兩位作者的名字，以Rijndael 之命名。
增強(qiáng)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES） 被認(rèn)為是一種現(xiàn)代“非可溯”算法。AES 甚至被用于美國的官方文件的最高安全標(biāo)準(zhǔn)。歐洲研究院項(xiàng)目NESSIE(歐洲新簽名和加密項(xiàng)目)，希望統(tǒng)一商業(yè)和政府文件加密技術(shù)，也明確推薦AES。這是因?yàn)锳ES 可靠性符合現(xiàn)代加密技術(shù)的要求。
二、AES 加密算法的簡述
NIST 為AES 新標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布了以下要求：必須是對(duì)稱算法，特別是分組密碼；必須使用128、192和256bits 密匙；必須能夠容易被一般的硬件和軟件使用；必須能夠通過密碼分析學(xué)測試；必須有較小的存儲(chǔ)空間，占用有限資源；必須對(duì)所有人開放并免費(fèi)使用。
AES 的Rijndeal 算法是一個(gè)由可變數(shù)據(jù)塊長和可變密鑰長的選代分組加密算法。數(shù)據(jù)塊經(jīng)過多次數(shù)據(jù)變換操作，每一次變換操作產(chǎn)生一個(gè)中間結(jié)果，這個(gè)中間結(jié)果，叫做狀態(tài)。狀態(tài)可表示為二維字節(jié)數(shù)組，它有4 行，Nb 列，且Nb 等于數(shù)據(jù)塊長除32。
數(shù)據(jù)塊按a0,0，a1,0，a2,0，a3,0，a0,1，a1,1，a2,1，a3,1，a0,2，a1,2……的順序映射為狀態(tài)中的字節(jié)。在加密操作結(jié)束時(shí)，密文按同樣的順序從狀態(tài)中抽取。密鑰也可類似地表示為二維字節(jié)數(shù)組，它有4 行，Nk 列，且Nk 等于密鑰塊長除32。算法變換的圈數(shù)Nr 由Nb 和Nk 共同決定，具體值列如表2所示。
Nb 和Nk 決定Nr 的值。
Rijndeal 加密體系的信息內(nèi)容是以128 位長度分組為加密單元的。加密密鑰長度有128，192 或256 位多種選擇。與之相比，DES 加密的分組長度為64 比特，而密鑰長度只有64 比特。三重DES 加密的分組長度是64 比特，而密鑰長度為112 比特。
圖1 描述AES 的操作模式。首先密鑰K0 和待加密信息按位相與。然后所有可加密的分組都用一個(gè)函數(shù)F 進(jìn)行迭代計(jì)算，計(jì)算用的子密匙是由一個(gè)密匙擴(kuò)展函數(shù)產(chǎn)生的，初始的密匙是主密匙。
對(duì)于AES 函數(shù)F 要迭代10 次。圖2 描述的是加密過程中函數(shù)F 是如何被迭代的。一個(gè)128 位的分組轉(zhuǎn)換成16 個(gè)字節(jié)，作為下面處理的輸入。首先，每一個(gè)字節(jié)分別經(jīng)過替換函數(shù)S 的處理，然后，用第二個(gè)置換函數(shù)P 對(duì)16 個(gè)字節(jié)進(jìn)行處理。然后這個(gè)結(jié)果就和匙擴(kuò)展函數(shù)產(chǎn)生的子匙進(jìn)行位與。
匙Ki 是用匙擴(kuò)展函數(shù)從第K(i- 1)輪的子匙和第K0的密匙得到。圖3 描述了匙擴(kuò)展函數(shù)。16 個(gè)字節(jié)被分成4 組，每組4 個(gè)字節(jié)來進(jìn)行處理。最后一組的4 個(gè)字節(jié)由替換函數(shù)S （這個(gè)S 和用F 函數(shù)進(jìn)行迭代處理時(shí)的S 是一樣） 來進(jìn)行替換處理。
最初的4 個(gè)字節(jié)的結(jié)果和X 系數(shù)相加，這個(gè)系數(shù)是與輪數(shù)相關(guān)的，它是預(yù)先定義的。最后，為了得到Ki，把得到的4 個(gè)字節(jié)的結(jié)果和K(i- 1)匙的最初4 個(gè)字節(jié)按位相加，然后得到的結(jié)果又和K(i- 1)匙的下面的4 個(gè)字節(jié)按位相加，如此類推。
為了實(shí)現(xiàn)簡單性，一個(gè)字節(jié)應(yīng)該是256 個(gè)元素集的一個(gè)元素，對(duì)于這些元素只包含一些簡單的操作，例如加法、乘法、反轉(zhuǎn)。
事實(shí)上，前面提到的替換函數(shù)S 在這個(gè)有限域里的反轉(zhuǎn)。置換函數(shù)S 被定義為一個(gè)很簡單的操作，以便能簡單的實(shí)現(xiàn)。這些考慮使AES 實(shí)際起來非常有效。
在反解密方面，AES 算法具有很多優(yōu)于傳統(tǒng)DES 等算法的強(qiáng)大能力，包括對(duì)抗已知分析攻擊的能力，可以有效地實(shí)現(xiàn)抵抗差分密碼分析、抵抗密碼線性分析、抵抗刪節(jié)差分分析，抵抗平方攻擊和抵抗插值法分析等。
三、AES 在稱重技術(shù)中的應(yīng)用
德國HBM公司已成功采用了AES 256 位的加密標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)字稱重儀表的加密標(biāo)準(zhǔn)。有效防備了對(duì)稱重系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的篡改。綜合起來有下述特點(diǎn)：
1. 排除篡改
稱重傳感器傳輸給數(shù)字稱重儀表數(shù)據(jù)，采用基于AES 加密技術(shù)的貿(mào)易模式。稱重?cái)?shù)據(jù)包括時(shí)間和日期都進(jìn)行加密。這樣隨時(shí)都可以檢查數(shù)據(jù)的真實(shí)性，這在開放的網(wǎng)絡(luò)上是很難完成的。任何秤的變化都被存儲(chǔ)，核定人員在以后任何時(shí)間都可以進(jìn)行追溯。顯然，這樣人為的篡改可以排除在外。
2. 安裝、維護(hù)簡單方便
安裝數(shù)字稱重儀表對(duì)于系統(tǒng)集成商來說非常簡單。僅需要幾個(gè)簡單的命令，就可以完成。因?yàn)樗械馁Q(mào)易（LFT） 稱重應(yīng)用（例如數(shù)據(jù)、去皮、毛重、凈重、手工去皮） 都直接以加密形式存儲(chǔ)在內(nèi)部，后處理軟件無需其他任何特殊功能就可以完成。
3. 加密不會(huì)帶來任何的性能損失
由于256 位加密和測量數(shù)據(jù)的處理是并行完成的，當(dāng)然不會(huì)帶來任何的性能損失。
4. 有利于保護(hù)企業(yè)產(chǎn)權(quán)
防止數(shù)據(jù)篡改相關(guān)數(shù)據(jù)的同時(shí)具有保護(hù)企業(yè)相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。防止了其他公司對(duì)產(chǎn)品的更換和模仿。
四、總結(jié)
德國HBM公司采用數(shù)字技術(shù)和AES 加密技術(shù)在稱重技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定成果。進(jìn)一步保護(hù)了企業(yè)的利益，也讓使用者能夠更加放心使用。國內(nèi)工業(yè)衡器的發(fā)展處于一個(gè)突飛猛進(jìn)的階段，希望更多的企業(yè)能夠關(guān)注和加強(qiáng)對(duì)AES 加密技術(shù)的認(rèn)識(shí)。同時(shí)為中國衡器工業(yè)的發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)。

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