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TCM系统中密码算法IP的设计

作　者: 张容
导　师: 张功萱
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: TCM SOPC SMS4 IP SM3 IP 真随机数产生器IP
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


现有的信息安全保护措施一般有防火墙、入侵检测以及病毒防护等,这些工具在使用时不但增加了系统的复杂度,还大大降低了系统的工作效率。再者,目前信息安全的保护对象都被集中在服务器和网络,忽略了对终端设备的保护。但终端却是主要的存放数据信息场所,大多数攻击事件都是从终端开始的。因此为了使一个信息系统安全可信,必须转变既有思想,将注意力集中于终端。这时,可信计算的思想应运而生。目前,国内外可信计算组织分别提出了一整套系统的可信计算设计规范。论文遵循国内可信计算组织提出的《可信计算密码支撑平台功能与接口规范》,其研究内容是国家自然科学基金项目“基于多核的I/O资源可信访问策略研究”的一个重要组成部分。基金项目中只有先设计并实现了可信密码模块(Trusted Cryptography Module, TCM)之后,才能在TCM之上构建TCM服务模块,进而应用TCM服务模块实现I/O资源的可信访问。论文为了使TCM提供独立的密码算法,比较现有的软硬件设计密码算法的优缺点后,提出了采用可编程片上系统(System on Progrmmable Chip, SOPC)技术设计系统中的密码算法。论文采用Altera公司提供的EP2C20F484C8N核心板平台完成了TCM系统中密码算法知识产权(Intellectual Property, IP)的设计与测试,密码算法包括SMS4、SM3,还有一个真随机数产生器,并利用SM3 IP实现了HAMC算法。其中,SMS4 IP按照SMS4算法要求进行设计,完成了线性变换和非线性变换部分后,在状态机的控制下进行加解密操作；SM3 IP依据规范要求,具体按照SHA-256算法设计与实现,主要由接口模块、复位模块、Wt产生模块以及运算模块等组成；HMAC按照算法流程调用SM3 IP实现；真随机数产生器IP采用振荡器采样法的原理,使用环形振荡器作为随机源,经过冯.诺伊曼校正器和SHA-256 IP的杂化处理后输出随机数。最后经过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)测试,论文设计与实现的密码算法IP均达到了预期的功能。在进一步的工作中,需要继续优化已实现的密码算法IP,并且制定各种TCM命令和编写底层驱动程序等。尽早设计出TCM平台,则可以构建TCM服务模块,以便最终实现I/O资源的可信访问。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-11
  1.1 研究背景  7-9
  1.2 论文工作  9
  1.3 论文来源与结构  9-11
2 相关技术  11-20
  2.1 SOC技术  11-14
    2.1.1 SOC  11-12
    2.1.2 SOC设计方法  12-13
    2.1.3 SOPC技术  13-14
  2.2 SOPC开发环境  14-18
    2.2.1 SOPC开发板  14-15
    2.2.2 NiosⅡ处理器  15-16
    2.2.3 Avalon总线  16-17
    2.2.4 SOPC Builder环境下进行IP集成  17-18
  2.3 SOPC开发语言  18-19
  2.4 本章小结  19-20
3 TCM系统中密码算法IP总体框架  20-28
  3.1 TCM系统中密码算法  20-21
  3.2 基于SOPC平台的TCM密码算法IP架构  21-23
  3.3 TCM系统中SMS4算法与SM3算法  23-27
  3.4 本章小结  27-28
4 真随机数产生器IP设计  28-36
  4.1 真随机数产生器  28-30
  4.2 真随机数产生器IP设计  30-33
    4.2.1 冯.诺伊曼校正器  30
    4.2.2 移位寄存器  30
    4.2.3 环形振荡器模块  30-33
    4.2.4 真随机数产生器与Avalon总线的接口  33
  4.3 真随机数产生器IP测试  33-35
  4.4 本章小结  35-36
5 TCM系统中密码算法IP设计  36-53
  5.1 对称密码算法SMS4 IP  36-40
    5.1.1 SMS4 IP接口描述  36
    5.1.2 SMS4 IP寄存器描述  36-37
    5.1.3 SMS4 IP设计  37-40
  5.2 密码杂凑算法SM3 IP  40-44
    5.2.1 SHA-256 IP接口描述  40-41
    5.2.2 SHA-256 IP寄存器描述  41-42
    5.2.3 SHA-256 IP实现  42-44
    5.2.4 设计中的注意事项  44
  5.3 消息验证码算法HMAC  44-47
    5.3.1 HMAC算法描述  45
    5.3.2 HMAC设计  45-47
  5.4 密码算法IP功能测试  47-52
    5.4.1 SMS4 IP功能测试  47-49
    5.4.2 SM3 IP功能测试  49-51
    5.4.3 HMAC算法测试  51-52
  5.5 本章小结  52-53
6 总结与展望  53-55
  6.1 总结  53-54
  6.2 展望  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-58
附录  58

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 加密与解密
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