【摘 要】
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信息技术的发展,电子数据也呈现爆炸式增长,数据的安全也受到更多的关注。在数据存储设备中,磁盘是使用最广泛的存储设备之一,而LUKS是Clemens Fruhwirth在2004年创建的磁盘
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信息技术的发展,电子数据也呈现爆炸式增长,数据的安全也受到更多的关注。在数据存储设备中,磁盘是使用最广泛的存储设备之一,而LUKS是Clemens Fruhwirth在2004年创建的磁盘加密规范。GPU、FPGA等高性能计算平台的发展促进了密码恢复技术的进步,密码恢复技术不仅可以满足我们找回密码的需要,而且还可以检验加密技术的安全性,从而促进密码学的发展。本文设计的LUKS密码恢复方法是针对对称密码算法AES-128和哈希算法SHA-1的算法组合,首先介绍密码恢复方法涉及的算法原理以及LUKS磁盘加密的概念,继而引出了 LUKS加密卷的主密钥恢复流程。接着本文针对对称密码算法AES-128和哈希算法SHA-1的算法组合设计了 LUKS密码恢复方法,并根据算法原理优化设计了 AES-128算法和SHA-1算法的硬件实现。最后本文在FPGA平台实现两种不同的密码恢复设计,在密码恢复速度和功耗上与GPU、CPU平台实现的密码恢复方法进行对比,从而验证了 FPGA的低功耗特性以及流水线结构实现方式的优势,同时也检验了 LUKS磁盘加密机制的安全性。本文的主要工作成果:(1)本文设计并实现了二级回路展开预计算结构的SHA-1算法硬件设计,对HMAC算法和PBKDF2算法的实现结构进行了深入分析。在实现SHA-1算法四级流水线结构和分析HMAC算法结构的基础上,提出并实现了 PBKDF2算法的八级流水线结构。(2)本文在综合考虑资源占用和吞吐率后,优化设计并实现了高性能、高吞吐率的基于T-box的AES-128-ECB算法硬件设计,并在此基础上实现AES-128-CBC解密算法和AES-256-XTS解密算法的硬件设计。(3)本文在实现各个模块算法的硬件设计的基础上,根据底层算法不同的实现方式在Picozed 7030 FPGA平台实现了流水线结构的LUKS认证芯片硬件设计和迭代结构的LUKS认证芯片硬件设计,在完成硬件系统设计的基础上,完成了上层软件测试环境的搭建。
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