一种USB3.0加密终端的设计与实现

发布时间：2017-03-17 11:02

  本文关键词：一种USB3.0加密终端的设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着信息技术的飞速发展,信息保密问题显得越来越重要。在更多的加密硬件或设备中实现优异的加密算法,具有重要研究意义。为克服以往加密设备中存在的一些缺点,比如只能使用在某些特殊的应用场合、使用不便等,论文工作将USB技术与专用高速算法芯片相结合实现高速加解密运算功能,以实现数据的安全存储和网络信息的保密通信。论文主要研究基于USB3.0的加密终端,利用USB3.0接口的高性能,实现国密对称SM4算法的高速加解密。设计中采用Cypress公司的USB3.0控制器芯片FX3和国内一款高速密码算法芯片SM4AC。FX3芯片具有高性能接口USB3.0和可编程的接口(General Programmable Interface,GPIF II)。FX3芯片将待加解密的数据转换成32位的并行数据,通过GPIF II接口将数据传输到高速密码算法芯片SM4AC实现数据的加解密。高速密码算法芯片是一款实现SM4算法的超高性能专用芯片,并能够实现SM4算法的电子密本(Electronic Codebook, ECB)、分组连接(Cipher Block Chaining,CBC)、输出反馈(Output Feedback, OFB)三种运算模式,同时具有单总线和双总线两种工作模式。论文采用FX3芯片实现USB加密终端的设计,实现了数据串行到并行的转化,提高了数据通信速度,并实现与高速密码算法芯片的完美挂接。由于FX3芯片的可编程接口GPIF II,可以通过状态机的设置,将GPIF II配置为不同位宽的并行数据总线和设计所需的接口时序,提高了设计的灵活性。同时与以往的PCI、PCIe加密设备相比,此次设计采用USB接口,具有即插即用的功能,提高了加密设备使用的灵活性和应用的广泛性。采用高速密码算法芯片SM4AC实现硬加密,提高了数据加解密的安全性。通过VS2008中的MFC功能编写能够正确识别USB设备并能与相应的USB设备进行通信的上位机软件,以及USB加密终端的硬件设计等一系列的工作。最终实现了SM4算法各种模式的加解密,使产品的功能得到了实现。
【关键词】：USB3.0 可编程接口 加解密 算法
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP334.7;TP309.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 引言13-16
• 0.1 数据加密技术概述13
• 0.2 加密设备的发展历程13-14
• 0.3 选题意义14-15
• 0.4 论文结构及内容15-16
• 第1章 USB总线概述16-22
• 1.1 USB总线接口的优势16-17
• 1.2 USB协议基本概念17-20
• 1.2.1 域17
• 1.2.2 包17-18
• 1.2.3 事务18-19
• 1.2.4 数据传输类型19-20
• 1.3 USB3.0和USB2.0的对比20-22
• 第2章 加密终端整体架构设计22-34
• 2.1 CYUSB3014芯片简介22-27
• 2.1.1 CYUSB3014芯片结构框图22-23
• 2.1.2 CPU23-24
• 2.1.3 DMA数据传输24
• 2.1.4 GPIF Ⅱ接口24-25
• 2.1.5 USB3.0接口25-27
• 2.2 高速密码算法芯片SM4AC介绍27-32
• 2.2.1 高速密码算法芯片结构框图27-29
• 2.2.2 高速密码算法芯片的三种运算模式29-31
• 2.2.3 高速密码算法芯片命令操作方式31-32
• 2.3 整体设计框架及思路32-34
• 2.3.1 整体设计框架32-33
• 2.3.2 整体设计思路33-34
• 第3章 加密终端芯片固件设计34-60
• 3.1 GPIF Ⅱ状态机简介34-36
• 3.2 GPIF Ⅱ状态机设计36-45
• 3.2.1 同步时序设计37-41
• 3.2.2 异步时序设计41-45
• 3.3 CYUSB3014的固件代码设计45-60
• 3.3.1 固件代码的初始化45-48
• 3.3.2 USB通信48-50
• 3.3.3 DMA传输机制和代码实现50-58
• 3.3.4 GPIF Ⅱ状态机的固件配置58-60
• 第4章 加密终端应用软件设计60-66
• 4.1 VS2008平台搭建60-62
• 4.2 上位机编写中使用的函数62-63
• 4.3 上位机界面63-66
• 4.3.1 上位机操作简介63-64
• 4.3.2 USB设备识别64-66
• 第5章 加密终端硬件电路设计66-73
• 5.1 CYUSB3014母板硬件设计66-71
• 5.1.1 USB3.0布线原则66-67
• 5.1.2 GPIF Ⅱ接口硬件设计原则67-68
• 5.1.3 FX3启动方式68
• 5.1.4 芯片时钟选择68-69
• 5.1.5 供电电源设计和去耦69-71
• 5.2 高速密码算法芯片SM4AC子板硬件设计71-73
• 第6章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73
• 6.2 进一步工作的方向73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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中国硕士学位论文全文数据库 前5条

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本文编号：252762