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基于密码技术和国产CPU的可信计算机设计

作　者: 郭建霞
导　师: 杨凌; 谭承德
学　校: 兰州大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 可信计算可信计算平台可信平台模块密码技术国产CPU
分类号: TP309
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着计算机和网络技术的迅速发展,信息网络在现代社会中的作用日益凸显,成为越来越多社会公众工作与生活的重要平台。同时,网络越来越多地进入政府、军事、经济、文化教育等公共管理领域,这些部门的计算机系统中存储着大量重要及敏感的信息,特别是国家机密。但是目前信息安全的问题比较突出,我们经常面临着系统被入侵、数据被窃取的危机,这对公众的工作和生活造成了极大的损害,因此信息安全措施势在必行。传统的信息安全措施只能在外部对非法用户和非法攻击进行封堵,不能从内部保障信息的安全,因此基于计算机终端安全的可信计算技术逐渐成为研究的热点。本文针对计算机信息系统或终端设备在日常使用时易遇到的遗失、意外事件以及被竞争对手缴获的状态下数据、文件及其他重要信息的安全问题,提出了一种基于密码技术和国产CPU的可信计算机设计方案。方案中引入了基于密码技术的可信计算概念,针对传统软件加密方法在加密速度及性能上的不足,采用硬件芯片加密技术；此外,鉴于大量国产计算终端设备设计中进口CPU占统治地位的现状,设计中采用国产龙芯3A作为主板处理器。本文首先研究了可信计算的相关技术,并分析了可信计算平台,包括可信平台模块和可信软件堆栈。在此基础之上提出了可信计算机的总体设计方案,介绍了设计目标、设计方案、工作流程、密钥管理、完整性校验、用户身份识别和授权。相对于传统可信计算机,本文设计的可信计算机的密码芯片模块依托可信计算平台,支持公钥密码算法和对称密码算法,能够快速的解决信息安全问题。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章引言  9-14
  1.1 研究的背景及意义  9-10
  1.2 可信计算技术的研究  10-12
  1.3 论文的主要工作及组织结构  12-14
第二章可信计算的技术基础  14-22
  2.1 可信计算  14
  2.2 可信计算平台  14-18
    2.2.1 可信平台模块  15-16
    2.2.2 可信软件堆栈TSS  16-18
  2.3 可信平台的密钥存储机制  18-19
    2.3.1 密钥类型  18
    2.3.2 密钥存储结构  18-19
  2.4 可信平台的可信链度量机制  19-20
  2.5 可信平台的授权访问机制  20-22
第三章可信计算机的总体设计  22-30
  3.1 可信计算机的设计目标  22-23
  3.2 可信计算机的设计方案  23-25
    3.2.1 开发环境的构建  23
    3.2.2 系统方案的设计  23-25
  3.3 可信计算机的工作流程  25-27
  3.4 可信计算机的密钥管理  27-28
    3.4.1 密钥的类型与生成  27-28
    3.4.2 密钥的备份与恢复  28
  3.5 可信计算机系统的完整性校验  28-29
  3.6 基于TPM的用户认证和授权  29-30
第四章密码芯片模块设计  30-52
  4.1 密码芯片支持的加密算法  30-31
  4.2 密码芯片硬件架构  31-37
    4.2.1 直接内存存取  31
    4.2.2 数据处理信道  31-32
    4.2.3 PKP管理器  32-33
    4.2.4 RNG引擎  33-34
    4.2.5 Hash引擎  34
    4.2.6 LZS及GZIP引擎  34-35
    4.2.7 填充引擎  35-36
    4.2.8 加密引擎  36-37
  4.3 加密芯片软件构架  37-39
  4.4 密码芯片驱动  39-42
    4.4.1 驱动配置文件设置  39-41
    4.4.2 驱动初始化流程  41-42
  4.5 数据加密原理  42-49
    4.5.1 初始化  43-45
    4.5.2 公钥模块  45-47
    4.5.3 包处理器  47-48
    4.5.4 其他模块  48-49
  4.6 加密流程  49-51
    4.6.1 Raw Acceleration API  49-51
    4.6.2 PK API  51
  4.7 密钥管理  51-52
第五章龙芯处理器简介  52-55
  5.1 龙芯处理器结构  52-53
  5.2 龙芯处理器核结构  53-55
第六章系统分析与测试  55-63
  6.1 安全性分析  55
  6.2 系统测试  55-59
  6.3 密码模块性能分析  59-63
第七章总结与展望  63-65
  7.1 工作结论  63
  7.2 研究展望  63-65
参考文献  65-67
在学期间的研究成果  67-68
致谢  68

基于密码技术和国产CPU的可信计算机设计

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