【摘 要】
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在大数据信息化时代,保证互联网信息的传输安全尤为关键。IPSec安全协议通过对信息进行加密认证操作来提供安全防护,因此在保护信息安全方面起到重要作用。目前IPSec协议虽然仅支持国际标准算法,但也为支持国密算法预留了可配置的空间。随着国内信息化建设的深入,对信息传输的安全也提出了更高要求,因此研究适用于IPSec安全协议的国密算法具有重要意义。论文设计并实现了适用于IPSec协议的国家和国际标准算
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在大数据信息化时代,保证互联网信息的传输安全尤为关键。IPSec安全协议通过对信息进行加密认证操作来提供安全防护,因此在保护信息安全方面起到重要作用。目前IPSec协议虽然仅支持国际标准算法,但也为支持国密算法预留了可配置的空间。随着国内信息化建设的深入,对信息传输的安全也提出了更高要求,因此研究适用于IPSec安全协议的国密算法具有重要意义。论文设计并实现了适用于IPSec协议的国家和国际标准算法的可重构认证电路和加密算法硬件电路,能够支持IPSec协议中规定的多种算法模式。提出了一种高效率的算法调度方案,采用了裕度优先的方法优化了IP报文的调度分发机制,提高算法模块工作效率。设计了基于MAC算法的国密SM3、国际SHA1、SHA224和SHA256四种可重构认证算法电路。采用了提前分组、动态扩展、迭代复用等方法,构造三条计算通路实现四种算法的迭代运算。通过可配置的控制模块,针对国家和国际标准下的不同认证算法,进行可配置复用电路的设计。设计了支持国密SM4算法和国际标准AES算法的多种模式的可重构可配置加密电路。针对相似的S盒构造,采用复合域分解方法实现动态可配置S盒字节替换电路。通过调整流程,构造统一的可配置控制电路、迭代电路和密钥扩展电路,实现了通过配置可支持ECB、CBC和CTR等多模式可重构加密电路。采用软硬件协同对比方法验证电路功能正确性,通过分析算法的测试点,确保算法功能测试全覆盖。将算法模块集成到支持IPSec协议的硬件电路中,在Intel Stratix10开发板上进行FPGA板上验证,成功实现与PC端IPSec协议栈对通。系统整体测试表明,算法模块支持AH协议和ESP协议多种算法组合方式,并成功实现报文加解密认证功能。在100MHz频率下,其算法模块最大吞吐率可到达1.28Gpbs。本设计能够应用于IPSec协议开发的国际和国密算法网络安全处理器,也能够直接用于到密码芯片相关工程中,为个人用户和企业提供通信安全防护。
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