[发明专利]一种具有语义安全的自适应加密系统及方法

权利要求书

1.一种具有语义安全的自适应加密系统，其特征在于，该系统包括以下五个部分：

A.时钟管理模块，该模块由一个锁相环PLL和一个晶振组成，晶振提供了一个频率为10Mhz的原始时钟clk1，该时钟按照接收自加密模块的分频系数N，通过锁相环PLL产生了一个频率为10NMhz的时钟clk2，并且将这两路时钟发送给加密模块，供其使用；

B.加密轮数调节模块，该模块由一路选择信号sel_round通过一个多路器将预设的可选轮数r1、r2……rn选择其中一个轮数并发送给加密模块作为加密模块的加密轮数；该模块通过调节按钮来改变sel_round输入信号，从而达到调节加密轮数的目的，每按一次，加密轮数依次循环改变；

C.物理噪声源模块，该模块会产生一组128比特的随机序列random1和一组16比特的随机序列random2，分别发送给密钥扩展模块和加密模块；

D.加密模块，该模块在接收到扩展密钥key、加密轮数N及随机序列random1后，实现正常的对信号源数据Data_in的加密功能，并将密文、随机序列random1、随机序列random2通过输出接口Data_out输出；

E.密钥扩展模块，该模块接受来自物理噪声源的随机序列random1，并将其作为初始密钥，进行密钥扩展，并将扩展后的密钥key传送给加密模块。

2.如权利要求1所述的加密系统，其特征在于，所述物理噪声源模块中，所述random1的取值范围为16进制数00000000000000000000000000000000至ffffffffffffffffffffffffffffffff，所述random2的取值范围为16进制数0000至ffff。

3.如权利要求1所述的加密系统，其特征在于，所述加密模块中Data_in，Data_out的取值范围为16进制数0000至ffff。

4.一种具有语义安全的自适应加密方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)产生随机初始密钥种子、语义安全随机数及轮数；

2)生成扩展密钥；

3)根据时钟信号接收数据信号；

4)把数据信号存入寄存器，作为分频系数；

5)把分频系数进行分频处理，得到分频后的时钟信号；

6)根据步骤5)中所得的时钟信号接收并加密明文数据；

7)加密结束。

5.如权利要求4所述的加密方法，其特征在于，所述步骤1)的实现方法为：触发物理噪声源模块，令其产生一组128比特的随机序列random1和一组16比特的随机序列random2，分别发送给密钥扩展和加密模块；触发加密轮数调节模块，确定加密轮数ri，并将之传送给加密模块。

6.如权利要求5所述的加密方法，其特征在于，所述步骤2)的实现方法为：密钥扩展模块接收到来自物理噪声源模块的随机序列random1，将其作为初始密钥，并将扩展后的密钥key传输给加密模块，转至步骤3)。

7.如权利要求6所述的加密方法，其特征在于，所述步骤3)的实现方法为：时钟管理模块发送给加密模块一路10Mhz的时钟信号clk1，加密模块按照该时钟信号来接收来自数据源的16路并行数据信号Data_in，若某一时钟Data_in的16进制表示为ffff，表征下一个时钟Data_in所传输的16比特数据为分频系数，转至步骤4)，否则转至步骤3)。

8.如权利要求7所述的加密方法，其特征在于，所述步骤4)的实现方法为：加密模块按照10Mhz的时钟频率来接收当前时钟的数据信号Data_in，并将之存入寄存器，作为自适应系统的分频系数N，转至步骤5)。

9.如权利要求8所述的加密方法，其特征在于，所述步骤5)的实现方法为：加密模块将自适应系统的分频系数N发送给时钟管理模块，时钟管理模块按照该系数通过锁相环PLL进行分频处理，得到分频后的时钟信号clk2，该信号的时钟频率为10*NMhz，并将clk2发送给加密模块，clk2的时钟频率也正是明文数据的传输频率，转至步骤6)。

10.如权利要求4所述的加密方法，其特征在于，所述步骤6)中的加密方法如下：

1)从扩展密钥key中自高位取128比特子密钥与128比特明文plain异或得到128比特数据T，将T的高16比特数据异或随机序列random2，其他比特不变，得到中间状态128比特T1，将T1进行轮变换得到中间状态128比特S₁，这是第一轮，记轮数为round，此时round＝1；此处轮变换和现今的高级加密标准AES相同，包括字节替代，行变换，列混合三个部分，转至步骤2)；

2)若round小于等于ri-2，则从扩展密钥key中自高位依次取128比特子密钥，异或上S_i得到中间状态T_i，将T_i进行轮变换得到S_i+1，并且将round增加1，转至步骤2)；否则转至步骤3)；

3)从扩展密钥key中自高位依次取128比特子密钥，异或上S_ri-1得到中间状态T_ri-1，将T_ri-1进行字节代换、行变换得到S_ri，再从扩展密钥key中自高位依次取128比特子密钥，异或上S_ri，得到最终的密文cipher。