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DSP技術(shù)在PC加密卡中的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2012-06-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

摘要:隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,相關(guān)的安全與保密已成為人們越來越關(guān)注的話題,針對市場需求與目前軟件和硬件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與信息安全的區(qū)別,為了使卡達(dá)到低成本、高效率的目的,設(shè)計(jì)了一種采用卡,通過對該卡原理上的分析,提出了一種運(yùn)用TMS320C54x系列芯片與I9054接口芯片共同實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)卡的設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)安全;加密算法;;PCI總線

0 引言
隨著Internet/Intranet的迅速發(fā)展和普及,網(wǎng)絡(luò)帶來的直接和潛在的危險(xiǎn)也在逐步增強(qiáng),就如何確保網(wǎng)絡(luò)信息的安全已成為人們越來越關(guān)注的焦點(diǎn),個(gè)人和企業(yè)對業(yè)務(wù)的安全需求日益迫切,首當(dāng)其沖的是軍隊(duì)信息在網(wǎng)絡(luò)上的失泄密問題已造成的嚴(yán)重后果將直接關(guān)系到國家的安全與穩(wěn)定。所以對各種安全防護(hù)措施與保密的要求越來越高,而密碼作為一項(xiàng)有效解決網(wǎng)絡(luò)安全問題的手段得到了越來越廣泛的。如果網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)男畔⒑拖到y(tǒng)信息能夠以加密的方式處理,將在很大程度上提高網(wǎng)絡(luò)和信息的安全。然而,由于個(gè)人或一般辦公室使用的都是低成本的PC電腦很難配備價(jià)格高昂的加密機(jī),使用安全軟件來實(shí)現(xiàn)加密和解密,雖然價(jià)格實(shí)惠,但對系統(tǒng)性能有極大的影響,也容易被黑客通過技術(shù)手段突破,此外,在安全程度與強(qiáng)度上也足與專門設(shè)計(jì)的硬件加密能力不能相比擬的。所以廣大的網(wǎng)民尤其是經(jīng)常處理涉密事件的單位與個(gè)人急需一種低成本、高性能的加密和解密的方案。在本文中,基于TI公司研發(fā)的高性能DSP如果在PC加密,不失為一種有效的保密方法。
作為一種有效的網(wǎng)絡(luò)安全解決方案,加密卡應(yīng)當(dāng)具有的功能如下:
(1)使用密碼算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密,密碼算法應(yīng)當(dāng)多種多樣以便更換、定期升級解決硬件難以變動的缺點(diǎn),減少用戶投資。
(2)應(yīng)保護(hù)存儲證書、密鑰以及重要的數(shù)據(jù),主密鑰及重要的密鑰應(yīng)受到額外的保護(hù),這種保護(hù)強(qiáng)度應(yīng)超過其他通常的軟件。
(3)與主機(jī)、外圍設(shè)備和系統(tǒng)軟件有一個(gè)良好的接口,使用戶還有研發(fā)升級軟件的空間。
這些功能決定了PC加密卡的設(shè)計(jì)和目標(biāo)的基本結(jié)構(gòu)。

1 PC加密卡的基本結(jié)構(gòu)
本文介紹的PC加密卡主要由DSP芯片、計(jì)算機(jī)總線接口(PCI)、板上的FLASH ROM、隨機(jī)數(shù)生成模塊和外部設(shè)備接口等組成。TI全新DSP TM S320C6x系列功能強(qiáng),速度非常快,但價(jià)格過高,不適合于一般的加密和解密。中等性能的TMS320C54x系列,成本低,產(chǎn)品成熟,是一個(gè)更好的選擇。在本文中的PC加密卡以TMS320C54x DSP為主CPU來實(shí)現(xiàn)加密算法的運(yùn)算,很大程度上減輕了計(jì)算機(jī)CPU的計(jì)算負(fù)擔(dān),提高整體運(yùn)算速度。又因?yàn)橄盗蠨SP產(chǎn)品具有HPI接口,因此可以很容易地實(shí)現(xiàn)DSP與PCI總線之問的連接。所以該加密卡就需要在PCI總線平臺上開發(fā)實(shí)現(xiàn)。
為了減少產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間和成本,以及獲得更好的數(shù)據(jù)傳輸性能,通常使用通用PCI接口芯片。考慮到TMS320C54x 3.3 V低電壓的運(yùn)行環(huán)境與未來DSP的發(fā)展方向,PLX公司的PCI9054芯片是最好的選擇。其兩者的外圍信號都是3.3 V電壓。
另外采用FLASH ROM作為外部儲存介質(zhì),存儲所有的加密算法、主控程序和密鑰管理程序,構(gòu)成與DSP之間的密碼算法運(yùn)算和重要數(shù)據(jù)的存儲平臺。具體使用AMD公司512 KB的29LV040,選擇此規(guī)格的原因:第一符合3.3 V的運(yùn)行環(huán)境;第二除了存儲程序外,依據(jù)容量還可存放數(shù)千個(gè)1 024 b的公鑰或密鑰,滿足了更多通信系統(tǒng)安全的需要。圖1是加密卡的基本框圖。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/148895.htm

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2 PC加密卡的設(shè)計(jì)
雖然現(xiàn)在PC機(jī)的CPU運(yùn)行速度越來越快,但加密和解密是一個(gè)極為復(fù)雜的過程,需要大量的科學(xué)計(jì)算霸占CPU的時(shí)間,這樣會使CPU運(yùn)行負(fù)荷,從而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能下降,其他方面工作的處理能力也會變得極為緩慢。而PC加密卡是一種專為加密和解密設(shè)計(jì)的硬件,配備專業(yè)的DSP信號處理芯片來專一地進(jìn)行加解密的科學(xué)計(jì)算,分擔(dān)了CPU的處理運(yùn)算強(qiáng)度,提高了加解密的速度和PC的性能。C54x系列的DSP芯片目前擁有主頻高達(dá)500 MHz或以上超快速度,計(jì)算能力也可以實(shí)現(xiàn)200 MIPS的水平,并且有望進(jìn)一步提高,使用C54x系列產(chǎn)品的另一個(gè)優(yōu)勢是它們采用同一套指令集,這就意味著有很好的軟件兼容性,無需反復(fù)更新。
加密卡能夠成功實(shí)現(xiàn)就依賴與上述各模塊之間的協(xié)調(diào)工作。當(dāng)系統(tǒng)啟動時(shí),DSP與FLASH ROM之間構(gòu)成密碼算法運(yùn)算和重要數(shù)據(jù)存儲的平臺,DSP從FLASH ROM中調(diào)入預(yù)先設(shè)定好的加密算法和主控程序,并接收主機(jī)送來的指令和數(shù)據(jù),由主控程序調(diào)入相應(yīng)的加密算法程序,對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密或解密處理后,最終的數(shù)據(jù)由主機(jī)通過PCI接口芯片讀出。

3 加密卡的功能描述
本PC加密卡所實(shí)現(xiàn)的主要功能有:
數(shù)據(jù)加密解密功能 這是PC加密卡所具有的最基本的功能。加密卡目前封裝了DES,AES等對稱加密算法,RSA等非對稱公鑰算法,以及MD5等Hash算法。DES是使用最廣泛的密鑰系統(tǒng),特別是用在保護(hù)金融數(shù)據(jù)的安全中,該加密算法具有應(yīng)用廣、速度快的優(yōu)點(diǎn)。AES作為新一代的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn),匯聚了強(qiáng)安全性、高性能、高效率、易用和靈活等優(yōu)點(diǎn),具有良好的應(yīng)用前景。而MD5作為Hash算法,特點(diǎn)在于它是一種單向算法,用戶可以通過Hash算法對目標(biāo)信息生成一段特定長度的惟一的Hash值,卻不能通過這個(gè)Hash值重新獲得目標(biāo)信。因此Hash算法常用在不可還原的密碼存儲、信息完整性校驗(yàn)等。
數(shù)字簽名與認(rèn)證功能 主要利用RSA算法模塊來實(shí)現(xiàn)。它是第一個(gè)既能用于數(shù)據(jù)加密也能用于數(shù)字簽名的算法,易于理解和操作,也很流行。RSA是目前最有影響力的公鑰加密算法,能夠抵抗到目前為止已知的所有密碼攻擊,已被ISO推薦為公鑰數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)歷了各種攻擊,至今未被完全攻破。該算法特別適合在商業(yè)和金融業(yè)中的應(yīng)用,為滿足多方面的要求,在實(shí)現(xiàn)了簽名和認(rèn)證功能。
密鑰管理功能 密鑰是加密與解密的核心,密鑰的產(chǎn)生、保存、分配、修改與刪除必須有一個(gè)完善的管理體系。而加密的隨機(jī)數(shù)生成模塊便是完成這項(xiàng)任務(wù)的關(guān)鍵。該模塊可以利用物理噪聲源產(chǎn)生一個(gè)真正的隨機(jī)數(shù),這就保證了一切密鑰都是在加密卡內(nèi)部完成的,并且都是通過加密卡加密后才與外部進(jìn)行交換。外界軟件和系統(tǒng)只能得到其中的公鑰,而無法得到私鑰的任何信息,保證密鑰的安全。


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