学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Linux下算法加密卡的PCIe接口的驱动研究

作　者: 徐开洁
导　师: 张亚君
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 驱动加密服务层物理层
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 7次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

目前，数据的安全性越来越重要了。数据的加密在数据通信和存储中的地位显得越发重要，数据加密技术是保护数据安全的核心，尤其是在当今的电子商务、数字货币、网络银行和其他网络业务的兴起时代。使得如何保护数据安全而不被盗取、不被篡改或破坏等问题越来越受到人们的重视。很多企业的服务器每天都承载着大量的数据，例如淘宝，百度，网易等。在这些大型服务器上，数据的保密是及其重要的，如何保护服务器上的数据是要考虑的情况。在现在社会上，对于数据加密的硬件设计一直是发展的关键，而对于服务器的数据进行保护也极为重要。现在服务器的系统大多数是Linux系统，Linux操作系统由于其功能逐渐完善，Linux操作系统越来越广泛地应用在各个领域。本文讲述了一块算法加密卡在Linux下的驱动设计，这块板卡是插在电脑的PCIe插槽上。板卡的硬件已经存在。算法由硬件实现，所以具体有哪些算法也是固定的。程序可通过驱动设计的API对自己的数据进行加密。板卡可对数据进行多种加密，从而保护到重要的数据。在加密的类别上有压缩，哈希等破解难度高的算法，实现了数据的安全加密。本文要做的驱动就是将用户程序的数据进行多层的封装，进而对硬件进行相应的设置，再而将数据传递给硬件进行加密。驱动程序将操作硬件的具体细节处理好，提供给用户的就是尽可能的简单明了的API了。本文从PCIe总线和算法的简单介绍入手，再介绍了硬件的基本框架以及驱动软件的设计流程。最后介绍板卡在加密速率上的测试结果。由于硬件和算法已经存在，所以算法的安全性和复杂率是固定好的，所以驱动API要测试的就是数据的吞吐速度。这个测试结果将作为驱动设计成功与否的衡量标准。驱动设计总体分为2层(服务层和物理层)：1、服务层为整个驱动的第一层，即应用程序调用驱动API后直接进入到这一层，这一层要完成的工作主要包括包的一些处理和封装，和硬件无直接联系，处理完成的包传递给下一层进行处理。2、物理层为服务层的下面一层，主要是和硬件打交道，这层将上一层传下来的包通过DMA将数据包下载到板卡中去。系统以Linux为开发环境，设计基于加密算法卡的驱动。使得应用程序可以通过驱动API接口将数据下载到板卡中进行加密。算法加密卡本身的加密速率可达到800MB/s。本文对整体软件和已经进行详细的测试，测试结果表明系统设计的驱动软件可以使得整体的加密速率达到600MB/s~700MB/s。达到最初的设计要求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 研究背景及意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 本文主要研究内容  12-15
第2章硬件特点及相关原理概述  15-27
  2.1 MSI-X 中断介绍  15-17
  2.2 相关算法介绍  17-18
  2.3 PCI-E 总线  18-22
  2.4 PF/VF 通信  22-26
  2.5 LINUX 下设备驱动开发基本知识介绍  26
  2.6 本章小结  26-27
第3章算法加密卡的硬件设计  27-39
  3.1 硬件系统框架  27-31
    3.1.1 PCI-e 芯片  27-28
    3.1.2 CPLD 控制模块  28
    3.1.3 密钥产生模块  28-29
    3.1.4 FPGA 模块  29
    3.1.5 DMA 模块  29-31
  3.2 驱动软件下载数据到板卡的通信协议  31-32
  3.3 COMMAND 结构体  32-34
  3.4 板卡将数据回传给驱动软件的通信协议  34-35
  3.5 源数据的封装格式  35-38
  3.6 本章小结  38-39
第4章 LINUX 下系统驱动软件设计  39-62
  4.1 软件设计的思路和指标  39-40
  4.2 软件框架的设计  40-43
  4.3 服务层的模块设计  43-50
    4.3.1 异步执行模块的设计和指标  43-46
    4.3.2 包处理模块的设计和指标  46-48
    4.3.3 结果接收模块设计和指标  48-50
  4.4 物理层的模块设计  50-53
    4.4.1 驱动框架模块的设计  50-51
    4.4.2 包传输模块设计  51-53
  4.5 辅助模块的设计  53-61
    4.5.1 事件处理模块的设计  53-54
    4.5.2 日志库模块的设计  54-55
    4.5.3 密钥管理模块  55-58
    4.5.4 对话管理模块  58-61
  4.6 本章小结  61-62
第5章系统测试  62-68
  5.1 测试的主要内容  62
  5.2 影响性能的几个因素  62
  5.3 测试环境和配置  62
  5.4 系统的 API 测试和性能测试  62-63
  5.5 测试结果  63-67
  5.6 本章小结  67-68
第6章总结和展望  68-69
  6.1 研究工作总结  68
  6.2 研究工作展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录  73

Linux下算法加密卡的PCIe接口的驱动研究

内容摘要

全文目录

相似论文