加密卡的研制與加密算法如何依靠FPGA實(shí)現(xiàn)

　　隨著安全通信數(shù)據(jù)速率的提高，關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密算法的軟件實(shí)施成為重要的系統(tǒng)瓶頸。基于FPGA的高度優(yōu)化的可編程的硬件安全性解決方案提供了并行處理能力，并且可以達(dá)到所要求的加密處理性能（每秒的SSL或RSA運(yùn)算次數(shù)）基準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，對(duì)安全性的需要變得越來越重要。然而，盡管網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步很快，安全性問題仍然相對(duì)落后。由于FPGA所提供的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，特別是新的高速版本，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)安全性支持。FPGA是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性和功能升級(jí)的關(guān)鍵，對(duì)于容錯(cuò)、IPSec 協(xié)議和系統(tǒng)接口問題而言這兩點(diǎn)非常重要。而且，F(xiàn)PGA還為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了適應(yīng)不同安全處理功能以及隨著安全技術(shù)的發(fā)展方便地增加對(duì)新技術(shù)支持的能力，標(biāo)準(zhǔn)加密/解決以及認(rèn)證算法，如RC-4、DES、 三次DES、MD-5 以及安全哈希算法-1 （SHA-1）被廣泛用于全球網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)中。

　　本文介紹了基于PCI總線的加密卡的研制，硬件板卡的結(jié)構(gòu)，著重論述了加密卡。上加密模塊的實(shí)現(xiàn)，即用PPGA實(shí)現(xiàn)3DES及IDEA、MD5算法的過程，加密卡的工作原理，加密卡中多種密碼算法的配置原理，最后對(duì)3DES算法及IDEA、MD5算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行仿真，并繪制了板卡的原理圖，對(duì)PCI接口原理進(jìn)行了闡述，

　　在論文中，首先闡述了數(shù)據(jù)加密原理。介紹了數(shù)據(jù)加密的算法和數(shù)據(jù)加密的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，并重點(diǎn)說明了3DES的算法。

　　由于加密卡的生存空間在于其高速的加密性能與便捷的使用方式，所以，我們的加密卡采用的是基于PCI插槽的結(jié)構(gòu)，遵從的是PCT2.2規(guī)范，理解并掌握PCI I總線的規(guī)范是了解整個(gè)系統(tǒng)的重要一環(huán)，本文講述了PC1總線的特點(diǎn)和性能，以及總線的信號(hào)。

　　由于遵從高速性的要求，我們?cè)谟布x型的時(shí)候，選用的是TI公司高速DSPTMS320C54x:TI公司新推出的TMS320C6x系列DSP功能強(qiáng)，速度也非常快，但目前價(jià)格仍然太高，不適合一~般加解密使用。 而TMS 320C5 4 x系列具有性能適中，價(jià)格低廉，產(chǎn)品成熟等特點(diǎn)，是較好的選擇。FPGA選用的XILINX公司的XC2V3000，在隨后的文章中，我們將會(huì)對(duì)這些器件特性做相應(yīng)說明。并由此得出電路原理圖的繪制。

　　文章的重點(diǎn)之一在于3DES算法及IDEA、YD5算法的FPGA實(shí)現(xiàn)，以Xilinx公司VIRTEXII結(jié)構(gòu)的VXC2V3000為例，闡述用FPGA高速實(shí)現(xiàn)3DES算法及IDEA、MD5算法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)。
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