網(wǎng)絡(luò)信息安全硬件加密技術(shù)的研究與FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是新興物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的興起，導(dǎo)致信息安全問(wèn)題越來(lái)越受到人們的普遍重視。手持智能終端，機(jī)頂盒，物聯(lián)網(wǎng)終端等運(yùn)算資源有限的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備隨著其大規(guī)模的普及暴露的安全問(wèn)題和隱私問(wèn)題也越來(lái)越多，由于采用傳統(tǒng)的軟件加密技術(shù)，已經(jīng)越來(lái)越不能滿(mǎn)足信息安全對(duì)運(yùn)算速度和系統(tǒng)安全性的需求。很多涉及個(gè)人隱私安全的系統(tǒng)中，比如金融 IC卡，密碼卡，USB加密狗，網(wǎng)絡(luò)加密卡等，都是采用硬件加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速的加密和更安全的隱私信息防護(hù)，利用

2、硬件加密網(wǎng)絡(luò)信息已成為構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)信息安全重要的一環(huán)，結(jié)合近年來(lái)熱門(mén)的物理不可克隆技術(shù)（PUF），實(shí)現(xiàn)硬件的克隆防護(hù)，增加了硬件加密系統(tǒng)的安全性和完整性。
　　本文正是在這種背景下，結(jié)合當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息安全的需要，對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息安全硬件加密技術(shù)進(jìn)行研究，并結(jié)合可編程門(mén)陣（FPGA），采用自頂向下的設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層采用高級(jí)機(jī)密算法標(biāo)準(zhǔn)（AES）加密網(wǎng)絡(luò)傳輸層數(shù)據(jù)。
　　本研究課題的主要研究?jī)?nèi)容為：
　　1．分

3、析目前常用的網(wǎng)絡(luò)信息加密算法，對(duì)常用密碼算法的安全性，算法復(fù)雜度，硬件并行實(shí)現(xiàn)的難度，抗攻擊防護(hù)能力，密鑰存儲(chǔ)安全等，進(jìn)行分析比較，比較硬件加密與軟件加密的特點(diǎn)，最后分析最后以研究AES加密算法的數(shù)學(xué)原理，采用二級(jí)流水線(xiàn)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)硬件描述語(yǔ)言。
　　2．研究以太網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，對(duì)以太網(wǎng)絡(luò)幀的封裝格式，數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層，傳輸層，以及傳輸層中的傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）進(jìn)行詳細(xì)的研究，結(jié)合硬件描述語(yǔ)言和PHY芯片，實(shí)

4、現(xiàn)從鏈路層到網(wǎng)絡(luò)層再到傳輸層的幀解包和從傳輸層到網(wǎng)絡(luò)層再到鏈路層的封包。
　　3.結(jié)合可編程門(mén)陣（FPGA），實(shí)現(xiàn)加密算法模塊、解密算法和網(wǎng)絡(luò)封包解包模塊的調(diào)度處理實(shí)現(xiàn)，結(jié)合FPGA內(nèi)部存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息加密處理模塊的配置處理，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息處理實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)緩存的調(diào)度，以提高硬件加密系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率，并根據(jù)FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)做一些相應(yīng)的優(yōu)化。
　　4．對(duì)實(shí)現(xiàn)的硬件描述語(yǔ)言（VHDL）采用新思科技（Synopsys

5、）的 VCS工具的進(jìn)行仿真驗(yàn)證，首先驗(yàn)證各個(gè)子模塊邏輯功能是否正確，然后聯(lián)合驗(yàn)證系統(tǒng)頂層模塊的處理實(shí)現(xiàn)正確性，完備性。功能仿真通過(guò)以后，利用Altera的QuartII的工具進(jìn)行綜合分析和時(shí)序分析，最后把配置文件加載到FPGA，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助工具進(jìn)行物理實(shí)體驗(yàn)證。
　　5．實(shí)現(xiàn)并利用物理不可克隆技術(shù)，利用QuartII的增量編譯等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)PUF參數(shù)的采集和分析其穩(wěn)定性，利用PUF對(duì)FPGA的配置信息和相關(guān)的電路進(jìn)行防護(hù)，以實(shí)現(xiàn)系