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基于SOPC技术的网络加密卡

作　者: 林连冬
导　师: 马惠珠
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 加密卡 FPGA 混沌序列 数据加密算法
分类号: TN918.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 23次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


随着互联网对安全通信数据速率要求的提高,关键数据加密算法的软件实施成为主要的系统瓶颈。基于FPGA的高度优化的可编程的硬件安全性解决方案提供了并行处理能力,而且具有设计灵活、可靠性高,扩展性好等一系列优点。因此本文针对基于FPGA的网络数据加密算法技术进行了具体的研究与实现,在分析了序列加密算法的理论基础上,本文提出了基于Logistic映射的加解密算法并给出了仿真结果和改进算法。并且在掌握网络数据传输协议、数据传输原理和数据加密算法设计原理的基础上,完成了数据加密卡的硬件电路和软件程序的设计。论文工作对促进网络加密产品的研究和开发具有一定的实际意义。论文首先分析了序列密码的理论和Logistic映射及其特性,并且提出了基于Medley映射的混沌序列密码设计方案。在此基础上论文研究了基于分组加密算法的加密芯片的设计方案,并利用混沌序列的特性扩展了分组加密算法的密钥空间,从而实现了一次一密的加密数据传输。最后为了实现加密数据的可靠传输论文从网卡的总体架构设计开始,分析了PCI协议并编写了驱动程序,并且在PCI和网卡芯片之间,设计加入了FPGA加密芯片。在软件方面,首先利用C++语言编写了网卡的初始化程序；然后,对网卡的发送、接收进程和TCP/IP协议栈进行了编程实现,同时解决了多线程的数据传输问题。在此基础上,完成了数据通信实验。实验结果证明了网络加密卡硬件电路和软件设计方案的正确性,而且能够在不影响传输速度的前提下,实现加密数据的可靠传输。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 论文研究的背景和意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 有待研究与解决的问题  14-15
  1.4 论文主要研究内容  15-16
第2章 基于Logistic映射的加解密算法  16-33
  2.1 密码学的基本概念  16-18
  2.2 序列密码理论  18-23
    2.2.1 序列密码基本概念  18-19
    2.2.2 线性反馈移位寄存器  19-20
    2.2.3 非线性序列密码  20-22
    2.2.4 非线性组合函数的选取  22-23
  2.3 Logistic映射及其特性  23-26
    2.3.1 混沌定义及其基本特性  23-24
    2.3.2 Logistic映射及其特性  24-26
  2.4 基于Medley映射的混沌序列密码设计与实现  26-32
    2.4.1 基于Medley映射的混沌序列  26-28
    2.4.2 Medley混沌伪随机序列的特性分析  28-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章 基于FPGA的加密芯片设计  33-48
  3.1 概述  33-34
    3.1.1 分组密码概述  33-34
  3.2 RC6算法原理及实现  34-37
    3.2.1 RC6的加密算法描述  35-37
  3.3 改进的RC6算法:3RC6  37-42
    3.3.1 3RC6算法原理  37-38
    3.3.2 3RC6算法协处理器的设计  38-41
    3.3.3 3RC6算法的仿真调试  41-42
  3.4 基于Medley映射的分组加密算法芯片设计  42-47
    3.4.1 加密算法的基础理论  42-44
    3.4.2 基于Medley映射的分组加密算法具体实现  44-46
    3.4.3 Medley混沌序列电路实现  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章 基于PCI总线接口的加密芯片设计  48-67
  4.1 加密卡系统结构设计  48-55
    4.1.1 PCI总线接口  50-51
    4.1.2 基于FPGA的加密芯片设计  51-53
    4.1.3 加密芯片与网卡芯片接口  53-55
  4.2 TCP/IP协议栈的原理  55-58
  4.3 FPGA加密卡的软件设计  58-66
    4.3.1 驱动程序设计  59-60
    4.3.2 应用软件功能实现  60-63
    4.3.3 应用软件界面设计  63-64
    4.3.4 数据通信实验  64-66
  4.4 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-73
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  73-74
致谢  74-75
个人简历  75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信保密与通信安全 > 密码、密码机
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