基于高速单片机的PCMCIA加密卡的设计与实现

发布时间：2020-03-25 09:06

【摘要】： 课题来源于金盾办工程项目“公网(GPRS/CDMA)移动数据安全接入与认证管理系统”(J1GAB23W013),旨在为IP安全接入系统的移动终端提供基于PCMCIA接口的密码服务。论文分析了加密卡的国内外研究现状及功能特点,分析了密码学相关理论,深入研究了密码算法的实现方式和加密卡的安全初始化方式,并对PCMCIA标准和特点作了说明。针对IP安全接入的功能、性能和安全性需求,提出了以C8051F122为主控模块、SCB2和RSA算法芯片为主要算法模块、双口RAM为缓冲模块、接口芯片为接口模块的硬件架构方案。论文对C8051F122片上资源和端口等进行了分配,设计了C8051F122的主要控制流程,给出了具体的电气原理图和PCB版图,并完成了加密卡的具体实现。在软件模块方面,根据加密卡功能和模块组成,利用开发调试工具编写、调试单片机程序;设计了以C8051F122命令解释控制模块为核心的主要软件模块,包括五大类各种RSA、SCB2算法和密钥操作等函数,算法、缓冲芯片的控制接口等;并根据WDM驱动程序模型,利用地址映射、应用程序与驱动程序之间的通信、中断处理等关键技术设计了加密卡驱动程序并进行性能测试,其结果满足移动IP安全接入系统的要求。在安全性设计方面,设计了密钥、证书等敏感信息的保护机制和存储方法,密钥管理体系采用三层密钥机制,对密钥生成与更换、密钥分发、密钥存储与备份、密钥分层保护、密钥的销毁等给出了具体的方法;论文还通过参数初始化、初始口令设置与口令认证、设备合法性认证和硬件正确性进行检查等,增强了系统的安全性。
【图文】：

编程器

该环境提供C51编译器和汇编编译器，可以编译C源程序和汇编源程序。C8051F122器件具有片内JTAG边界扫描和调试电路，通过4脚JTAG接口并使用安装在最终应用系统中的产品器件就可以进行非侵入式、全速的在系统调试。该JTAG接口完全符合工EEE1149.1规范，为生产和测试提供完全的边界扫描功能。SiliconLab的调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、堆栈指示器和单步执行。不需要额外的目标RAM、程序存储器、定时器或通信通道。在调试时所有的模拟和数字外设都正常工作。当MCU单步执行或遇到断点而停止运行时，，所有的外设(ADC和SMBuS除外)都停止运行，以保持同步。开发套件CS051F12ODK具有开发应用代码所需要的全部硬件和软件，并可对CS05lF122MCU进行在系统调试。对于开发和调试嵌入式应用来说，该系统的调试功能比采用标准MCU仿真器要优越得多。标准的MCU仿真器要使用在板仿真芯片和目标电缆，还需要在应用板上有MCU的插座。SiliconLab的调试环境既便于使用又能保证精确模拟外设的性能。如图5.1是SiliConCSO5lF编程器软件界面图。

界面图,密码算法,测试软件,密钥管理

2.运行环境 :WindowS2000。3.测试软件:进行加密卡速度的测试时，将应用层的程序结合加密卡实现的各种密码算法功能进行。测试软件的界面图如图5.15:攫哪翼鄂肇缨豁缨黝黝鹅赣激瓤彝熬鑫缨粼黯鑫黔颧鑫鑫巍羲羹蘸11鑫羲曝蘸瓣蘸蘸瓣I蘸夔嘟羹羲瓤澎澎攒功文件去幼辑传二查枷y描入娇工程去组建播工其工窗口、必帝助江自‘纵口一电黔一吧因胃喇--一黔一燕获一狱粼一弓芬一几一苏习不一丈犷S沁伽竿护.黛去户申自!矶翻翻翻翻翻翻翻翻翻翻容翻理幽留翻翩翩幽幽留幽幽幽幽幽两两破万二湮了‘‘ }}} }}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} !!!!! }}}}}巨巨夔舀习奋卡嫩化总数麒一里御攀鲤一 jjj _____碑丝一{{{行乳列1一;终二读取图 5.15如图，在应用层的测试软件中， TESTPCMCIACARD程序按密码算法实现操作及密钥管理类等命令分类进行测试。5.4.2测试结果部分测试结果如表5.2:表5.2安全PCMCIA卡性能指标:算算法法速度度分分组密码加密数据据300OkbPsss分分组密码解密数据据3O00kbPsss111024位RSA密钥对产生生 <5555111024位RSA数据签名名 2.8次/sss111024位RSA签名验证证 3
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP309.7;TP368.12

【参考文献】