加解密移动存储数据分发系统

作     者：贾立恺 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄国庆

授予年度：2010年

学科分类：08[工学] 0839[工学-网络空间安全] 

主      题：加解密 FPGA PCI IP核 3DES算法 WDM驱动 

摘      要：为了满足部队作战训练的需要,解决机密作战信息易截获易破译问题,开展了《加解密移动存储数据分发系统》的研制工作。系统使用192位密钥的3DES分组加解密算法,密文和密钥在专用硬件中存储,计算机内只有明文,有效保护数据安全。 系统由PCI加解密板卡和移动载体两部分组成。PCI加解密板卡主要分为3DES加解密模块、PCI接口IP核模块和USB数据传输模块三个部分。其中3DES加解密模块和PCI接口IP核模块在可编程逻辑芯片FPGA内实现,是整个系统的核心。详细阐述了PCI总线的传输协议、PCI接口IP核的设计过程,3DES算法的原理、步骤和VHDL代码实现,以及USB数据传输模块的芯片选择、电路连接,开发工具为QuartusII8.0。PCI接口IP设计中,着重介绍状态机和FIFO模块的设计,并给出了仿真的结果。3DES的16轮运算采用逻辑综合式来实现,使加密一组数据的时间由16个周期缩短为1个,并给出了S盒和子密钥生成两个模块的设计步骤。系统PCB制版采用可靠的4层电路板设计。 在软件方面主要包括WDM驱动程序、上层应用程序和单片机C51程序三个部分,开发工具为DriverStudio2.7和Visual C++6.0。介绍了WDM在软硬件之间通信的作用,以及WDM的主要例程如DriverEntry、AddDevice等。在上层应用程序中分析了应用程序与WDM驱动程序之间的通信过程。C51程序主要负责与USB芯片CH375B通信,给出了其工作流程以及部分核心源代码。软件方面采用指令冗余、标志判断、看门狗等措施来提高系统运行的稳定性,消除程序可能发生的弹飞、进入死循环或死机状态。 系统采用硬件加解密,提高了机密信息的安全性,有效防止截获和破译,满足了当前作战训练的需要,填补了国内此类设备空白,具有显著的军事和经济效益。试用结果表明：系统性能稳定、集成度高、操作简便,可较好的保护机密作战信息。