計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加密接口卡硬件研究

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摘要：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用過程中，需要保證接口數(shù)據(jù)的安全性?；诖?，本文對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加密接口卡的加密技術(shù)原理展開了分析，從硬件設(shè)計(jì)角度對(duì)ECC加密技術(shù)在加密接口卡中的應(yīng)用方法進(jìn)行了探討，提出了加密接口卡硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；加密接口卡；硬件設(shè)計(jì)

伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全性問題引起了人們的廣泛關(guān)注。而在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，接口卡加密技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴＜訌?qiáng)對(duì)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加密接口卡的硬件設(shè)計(jì)，能夠提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸可靠性和安全性，因此可為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加密接口卡加密原理

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加密接口卡中，采用了ECC加密技術(shù)，可以在定義群中實(shí)現(xiàn)雙線性映射，提供較小密鑰，取得安全系數(shù)較好的保密效果[1]。在眾多密碼加密技術(shù)中，ECC技術(shù)性能穩(wěn)定，并且安全級(jí)別較高。而網(wǎng)絡(luò)加密接口卡的原理與加密芯片類似，能夠防止非法服務(wù)器接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上來看，接口卡主要包含處理芯片和密碼記憶芯片兩部分，需要將ECC密碼當(dāng)成是基礎(chǔ)，取得穩(wěn)定加密效果。按照ECC密碼體制，需要對(duì)點(diǎn)算法和模算法進(jìn)行運(yùn)用，加密速度取決于算法速度。在密碼體系構(gòu)建時(shí)，需要選擇運(yùn)算效率較高的方式，以便使硬件加密系統(tǒng)得到性能提升。采用多片數(shù)字信號(hào)處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)算法并行，使解密速度得到加快。

二、基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加密接口卡的硬件設(shè)計(jì)

（一）硬件設(shè)計(jì)思路在網(wǎng)絡(luò)加密接口卡硬件設(shè)計(jì)上，需要采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議實(shí)現(xiàn)硬件加密。不同于主機(jī)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要利用專用加密芯片或獨(dú)立處理芯片才能完成密碼運(yùn)算。對(duì)接口卡硬件進(jìn)行加密，需要將ECC密碼體系當(dāng)成是密鑰，得到由加密芯片、硬盤、電子鑰匙等構(gòu)成的加密卡。利用芯片，可以獲取鑰匙、硬盤等信息，實(shí)現(xiàn)ECC密碼加解密運(yùn)算。缺少電子鑰匙和加密芯片等部分，計(jì)算機(jī)將無法實(shí)現(xiàn)信息識(shí)別。因此在嵌入式系統(tǒng)中，采用硬件加密方式較之軟件更加安全。在大型服務(wù)器中，采用該種硬件設(shè)計(jì)方式能夠避免非法接入網(wǎng)絡(luò)給系統(tǒng)帶來的破壞。實(shí)際在接口選用上，I2C為智能芯片接口，擁有128KB獨(dú)立存儲(chǔ)空間，能夠用于存儲(chǔ)ECC密碼。在接口中，包含128位芯片處理器，促使芯片接口具有較強(qiáng)的功能性和安全性。采用芯片嵌入技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)程序植入，運(yùn)用代碼方式將軟件中部分算法或函數(shù)下載到芯片中，用于加解密運(yùn)算。在硬件設(shè)計(jì)期間，可以采用C語言進(jìn)行ECC運(yùn)算程序編寫，將普通I2C芯片轉(zhuǎn)換為硬件加密接口。在對(duì)芯片內(nèi)代碼程序進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，采用函數(shù)形式能夠?qū)⒔Y(jié)果當(dāng)成是用戶程序，使芯片獲得較強(qiáng)運(yùn)算能力和大下載空間，順利實(shí)現(xiàn)程序代碼升級(jí)，使接口加密效果得到進(jìn)一步增強(qiáng)。在處理結(jié)點(diǎn)選擇時(shí)，需要采用數(shù)字信號(hào)處理器，能夠有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)密碼運(yùn)算。

（二）硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合硬件設(shè)計(jì)思路，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加密接口卡采用主從式多處理系統(tǒng)的硬件接口，配備雙端存儲(chǔ)器提高加解密運(yùn)算速度。針對(duì)微型計(jì)算機(jī)，擁有與網(wǎng)絡(luò)不同的硬件環(huán)境，還要采用并行處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)滿足硬件加密需求。采用該種結(jié)構(gòu)，能夠使訪問沖突問題得到解決，允許用戶對(duì)不同單元進(jìn)行同時(shí)訪問，降低沖突發(fā)生的可能性。利用結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)點(diǎn)運(yùn)算，能夠使各結(jié)點(diǎn)擁有獨(dú)立存儲(chǔ)器，促使運(yùn)算期間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求能夠得到滿足。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)加密特點(diǎn)，需要配備兩個(gè)高速數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C50，與Pentium4構(gòu)成三機(jī)并行處理系統(tǒng)。在處理器中，包含獨(dú)立內(nèi)存單元和32位浮點(diǎn)格式，具有較高運(yùn)算精度。兩個(gè)處理器作為獨(dú)立子系統(tǒng)，需要利用ISA總線與PC連接，采用共享存儲(chǔ)方式與主控機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊。PC機(jī)是主控機(jī)，需要對(duì)靜態(tài)調(diào)度算法進(jìn)行執(zhí)行，確保加解密任務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)合理調(diào)配。在微機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，文件傳輸字符超出500個(gè)，需要至少25對(duì)明密文組，提出了較高加密要求。而結(jié)點(diǎn)運(yùn)算獨(dú)立性較強(qiáng)，需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，因此應(yīng)使各結(jié)點(diǎn)擁有局部存儲(chǔ)器。但受并行規(guī)模和卡槽個(gè)數(shù)限制，最多允許10個(gè)從結(jié)點(diǎn)存在，所以需要利用共享式存儲(chǔ)器加載程序滿足加解密運(yùn)算需求。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，需要由PC機(jī)向處理器發(fā)送復(fù)位命令，利用程序?qū)崿F(xiàn)聯(lián)機(jī)加載，將數(shù)據(jù)通過雙端口RAM傳輸?shù)礁髯酉到y(tǒng)中。在子系統(tǒng)與PC機(jī)實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算的條件下，可以獨(dú)立完成計(jì)算任務(wù)，然后將結(jié)果統(tǒng)一返回至PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)結(jié)果輸出?？紤]到系統(tǒng)采用共享存儲(chǔ)互連方式，還要完成并行EPROM的設(shè)置。利用控制端口，主機(jī)可以向子系統(tǒng)發(fā)出初始控制命令，使從結(jié)點(diǎn)得到啟動(dòng)管理。采用該種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，能夠?qū)λ惴ǖ牟⑿行赃M(jìn)行充分利用，促使系統(tǒng)加解密速度得到提高。

（三）硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn)從硬件加解密技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程來看，ECC加密在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用需要得到適當(dāng)調(diào)整，在系統(tǒng)三線并行結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上完成加密卡測試。作為具有較強(qiáng)運(yùn)算性能的處理器，TMS處理器需要利用A結(jié)點(diǎn)進(jìn)行加密任務(wù)的執(zhí)行，然后利用B結(jié)點(diǎn)完成解密任務(wù)，合理實(shí)現(xiàn)結(jié)點(diǎn)任務(wù)的調(diào)配[2]。在實(shí)際運(yùn)作中，RAM需要將全部初始數(shù)據(jù)提供給TMS系統(tǒng)，然后聯(lián)合PC機(jī)一同執(zhí)行運(yùn)算任務(wù)。將16位并行EPROM當(dāng)成是引導(dǎo)，可以順利實(shí)現(xiàn)TMS初始化。為保證PC機(jī)能夠順利實(shí)現(xiàn)端口控制，還應(yīng)使結(jié)點(diǎn)復(fù)位引腳稍低。在系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)的情況下，需要在雙端口存儲(chǔ)器中輸入程序代碼，為主機(jī)調(diào)用提供便利。在存儲(chǔ)器中，利用引導(dǎo)程序，可以進(jìn)行引導(dǎo)字或其他引導(dǎo)參數(shù)的選擇。針對(duì)復(fù)位引腳，需要利用控制端口置高。而在結(jié)點(diǎn)讀取的過程中，考慮到程序本身超出32位存儲(chǔ)器容量，需要完成128位存儲(chǔ)器增設(shè)，確保加解密運(yùn)算能夠快速執(zhí)行?？紤]到結(jié)點(diǎn)程序較大，可以額外進(jìn)行32位局部程序存儲(chǔ)器的配置。采取該種方式，能夠在訪問系統(tǒng)時(shí)無需等待，因此能夠使接口可靠性得到進(jìn)一步提升。

三、結(jié)論

綜上所述，采用ECC加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口卡設(shè)計(jì)，可以將ECC密碼體制當(dāng)成是基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理芯片硬件接口設(shè)計(jì)，得到的加密卡不僅具有較高安全性，同時(shí)具有一定可靠性，能夠使數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)需求得到滿足。

參考文獻(xiàn)

[1]譚小虎,王勇,褚文奎,等.基于FC-AE-ASM協(xié)議的終端接口卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].儀表技術(shù)與傳感器,2017(08):35-40.

[2]覃超.基于TMS320C6455的高速通用總線接口卡設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子質(zhì)量,2017(07):98-102.

作者：陳趙飛 單位：松滋市職教中心