安全通信系统的FPGA实现

FPGA实现绪论信息安全的解决方案目前主要集中于实行单一的措施来保证信息的安全性，针对各种攻击手段，防范措施主要集中于信息加密技术、安全交换机技术、防火墙技术、认证技术，入侵检测技术等，这些技术从不同的方面对安全性供给了较好的保障，但各有缺点和缺乏，这将成为网络防护的软肋，因此，本文也尝试性地提出了一种集数据加密技术和访问掌握策略于一体的信息安全解决方案。加密算法的硬件实现具有高速率、高牢靠性、高安全等特点，因此，加密算法在FPGA平台中实现是一种很好的硬件实xilinxspartan-3e平台中构建一个嵌入式系统来实现安全网络通信。系统设计该系统主要针对信息传输过程中存在信息泄露、信息篡改、非法用户入侵等安全威逼而设计的一套基于FPGA平台的网络信息安全传输系统。该系统承受客户机/效劳器模式，因此，系统主要包括两个局部：客户端和效劳器端。客户端作为整个系统的掌握中心，依据实际需要，向效劳器端发送恳求，并显示接收到的信息。效劳器端响应客户端的恳求，发送相应信息。效劳器端和客户端之间的信息都是经过加密后进展传输的，保证信息的安全牢靠性。系统效劳器端设计XILINXSpartan-3eMicrBlazeXilkernel操作系统的嵌入式系统，在该系统中通过定制AESIPIP、LCDIP、通用扩展接口掌握IPEDK中自带的网络掌握器IP、串口IP等，效劳器端的系统构造框图如图1所示。当效劳器端收到经过AESIP数据包时，在效劳器端，信AES解密处理，依据解密后信息分析并提取恳求方的IDIPID信息是唯一的授权证号，ID信息，作出相应的处理。1效劳器端的系统构造框图系统效劳器端设计EDKIP2-2图所示。客户端作为整个系统的掌握中心，当需要采集信md5IDIDAES加密后发送至效劳器端，当效劳器端响应其恳求后，视其身份权限做出相应处理。2客户端的系统构造框图系统具体实现该系统承受模块化设计实现，系统包括客户端和效劳器端。系统客户端和效劳器端的实现都是基于xilinx公司的spartan-3e平台来实现的。系统效劳器端实现AES算法的硬件实现AES算法是一种迭代分组密码，承受的是代替/置换网络〔SP〕。AES加密算法的实现包括密钥扩展过程和加密过程。AES加解密过程如图3所示。3AES加解密过程AES加解密算法通过硬件描述语言来实现，在该系统中承受VHDLAES加解密算法的相像性，很多电路模块可以共用，其占用资源可以尽可能的少。在该系统中承受密钥长度和分组数据块长度都为128bits，输入信息都为字符型的数据，承受对字符加解密，因此，每一个字符都将对应其ASCII值输入。AES4个模块：掌握模块、AES加解密运算实现模、SBOX模块、密钥操作模块，实现的框图如图3-4图所示。AESISE综合后占用资源利用状况如表1所示。1AES加解密资源利用表4AES加解密实现框图接口模块的实现Spartan-3ePS2接口、16X2LCD液晶显示，36针的通用扩展接口，这些接口便利、J2、J3与外接设备进展信息交互。Spartan-3eDTEGSM模块进展通信，将相应的信息通过短信的方式发送到指定手机中。EDKIPOPB总线中，其中键盘、LCDDTE使用中断。驱动程序在自动生成的驱动程序模板根底上完成各个模块的驱动程序。网络安全检测及报警实现EDKIP核，移植LwIP网络协议栈，实现基于SOCKET的网络通信。效劳器端收到客IP数据包进展解密，对恳求的IP数据包进展分析，提取对应的IDIPID信md5算法产生的，因此该IDID，依据IDID列表进展比较，假设为授权ID，则依据客户恳求把相应的信息加密处理后发送至客户端；假设为非授权IDID用户，此网络已经存IPGSM网络发送至指定接收端手机，到达网络的实时检测和报警功能。效劳器端软件实现PS2键盘，LCD液晶显示屏等设备，实现具有良好的人机交互接口的系统。Xilkernel操作系统支持多线程操作，通过配置一些参数就可以敏捷应用。虽然其没有网络系统，但可以通过移植LwIPSOCKET的网络通信。应用程序的设计主要包括系统的初始化、系统对客户端恳求的处理、网络安全监测及报警等。系统的初始化主要针DD，init_kbdenable_interruptxilkernel_main进xilkernelsocket_threadlwipsocket_app_thread。该线程主要是针对网络参数设定，IP4_ADDRip、网关、子网掩码。16socketsocketlisten函数开头监听。socket_process_threadsocket_process_threadIP数据包的相关信息，首先检查客户端发送的IDID列表之内，假设ID无误，将从无线模块接收到的数据进展AES加密，发送加密过后的数据给客户端。假设IDIPIPGSM模块，将提IP通过短信发送给指定接收端。整个效劳器端的软件设计流程图如图5图所示。5效劳器端软件流程图系统客户端实现客户端的系统构建与效劳器端相像，系统的原理可以参考效劳器端的系统设计。应用程序的设计也包括系统的初始化，客户恳求的处理及解密处理，效劳器端返回的信息处理。初始化外设，LCD初始化：允许中断函数xilkernel_mainxilkernelsocket_thread。液晶显示等。IP4_ADDRip、网关、子网掩码。等待用户按键，提出所要数据申请。调用socketsocketservermd5IDserver响应。.server返回的数据AESLCD3-4图所示。结论FPGAMicroblazeXilkernel操作系统的嵌入式系统。本文主要对下述内容进展了论述和自主开发：AESFPGA的硬件自主实现。