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FirstStepTowardInternetBasedEmbeddedControlSystem基于internet嵌入式控制系统的第一步
摘要Abstract
IP网络在近几十得到了很大的发展。许多计算机和设备都已经接入到IP网络,并且已经有许许多多的应用伴随着这一现象的出现而出现。一个有趣的应用是构建嵌入式控制系统并让它连接到网络中去。本文解释了一个嵌入式WEB服务器的实现,这个服务器提供安全支持,论文中同时实现了一个带有TCP/IP协议栈微控制器系统的安全算法TEA(TinyEncryptionAlgorithm)。此WEB服务器微控制器系统是基于8051系列单片机的。在服务器端和客户端都进行编码算法。因此,客户端需要一个运行加密机制的插件以致他们可以安全访问嵌入式WEB服务器。
(一)引言Introduction
在8位的微控制器(8051系列)上实现TCP/IP协议是一个大的挑战。Picweb项目组使用AT90S8515构建了嵌入式服务器,Web51组同样基于ATC8252构建了WEB服务器。他们构建的嵌入式服务器都没有安全支持,仅仅尽力地在微控制器上实现了TCP/IP协议栈。可移植性也没有被考虑进去。由于这些缺点,我们决定构建一个更好的嵌入式web服务器并且使用高级语言来设计,这种高级语言与大多数微控制器兼容。不仅和8位微控制器兼容,而且和16位微控制器兼容。
为了解决攻击web的安全问题,我们开发了一个称为安全socket层(SSL)的协议。这个协议有能力鉴别每一个用户,SSL的开发选择了对称密码哦算法TEA(TinyEncryptionAlgorithm)这种算法对代码空间和数据空间都要比RSA少


嵌入式web服务器的简单控制结构图
(二)TCP/IP介绍
TCP/IP是互联网中使用的标准协议,在RFC1180中TCP/IP遵循下面在OSI7层协议中的4层(见图2)
从TCP/IP协议的低端看,网络接口层被定义为物理网络媒体层。比如以太网(Ethernet)帧中继(Framerelay),ATM和令牌环(TokenRing),在互联网层有以下几个协议:IP,ARP,IGMP,ICMP。在我们的嵌入式web服务器中,我们仅实现了IP,ARP和ICMP协议,而IGMP没有被实现,因为我们假定路由过程是在本地的路由表中进行的。在主机到主机的传输层中,主要有两个协议:UDP和TCP。这里我们仅仅实现TCP,因为WEB服务和HTTP服务仅仅需要TCP。为了能成为一个web服务器,其上的TCP仅仅运行于端口80,而其他端口的报文被忽略。端口80意味着应用层与HTTP协议有关,这个HTTP协议用来发送HTML文件
TCP/IPprotocolarchitecturelayers
(三)小型密码算法(TEA)TinyEncryptionAlgorithm(TEA)
TEA密码算法是一种对称密码算法,这种算法需要delta常量(delta=)和迭代因子(n)。一个迭代过程将产生64位数据位和128位钥匙(key)位,并最终变为64位的密钥(siphertext)在这情况下,数据存在数组V[],钥匙存在数组K[],加密的结果最后存在数组V[],这将覆盖先前数据存储的位置。
加密与解密过程EncodingandDecodingProcess