實時數(shù)字安全處理器研究與設(shè)計.pdf

1、數(shù)據(jù)安全涉及存儲安全、網(wǎng)絡(luò)安全與視頻/圖像安全三大領(lǐng)域。在每個安全領(lǐng)域都存在若干種協(xié)議，例如針對網(wǎng)絡(luò)安全的IPSec協(xié)議，針對JPEG2000圖像的JPSEC等等；而協(xié)議是以底層的算法為支撐的，例如無論IPSec還是JPSEC都利用加密算法，認證算法或者密碼學(xué)中的其它算法來實現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容的安全性。由此可知，密碼學(xué)中的算法是安全協(xié)議的基石，而安全協(xié)議又是相關(guān)安全領(lǐng)域的基礎(chǔ)。安全算法建立在計算復(fù)雜度與單項處理函數(shù)理論基礎(chǔ)之上，如果不能有效實現(xiàn)

2、則很可能成為系統(tǒng)的瓶頸。因此采用硬件加速的方式是非常有必要的。實時的安全芯片的設(shè)計將面臨許多需要同時滿足的相互沖突的設(shè)計挑戰(zhàn)與約束，例如：- 安全性，一種針對數(shù)字安全協(xié)議的處理器實現(xiàn)需要達到系統(tǒng)所要求的安全性； - 實時性，安全性的實現(xiàn)不能降低系統(tǒng)的性能； - 實現(xiàn)系統(tǒng)需滿足環(huán)境施加的物理約束(尺寸，重量與功耗)?？傊?，在進行安全芯片的設(shè)計時，我們不僅要考慮使用的協(xié)議滿足安全性，更要考慮這些算法的運算量和實現(xiàn)復(fù)雜度。在目前

3、的IC工藝與條件下，使用FPGA等VLSI硬件實現(xiàn)安全協(xié)議，是最有可能滿足系統(tǒng)安全性，實時性的方案。因此，論文研究工作的動機和目標是：針對存儲安全、網(wǎng)絡(luò)安全與視頻/圖像安全設(shè)計優(yōu)化協(xié)議；其次是提出合理的SOC結(jié)構(gòu)，最大可能降低所設(shè)計系統(tǒng)的資源使用量，從而最終實現(xiàn)性能均衡優(yōu)化的安全芯片。通過論文的工作，我們?nèi)〉昧艘恍┫喈斢幸饬x的結(jié)果，主要包括：1、提出了可以實現(xiàn)存儲安全的一個整體方案； 2、設(shè)計了一種稱為直通轉(zhuǎn)發(fā)的安全存儲結(jié)構(gòu)，理論分

4、析和實際測試表明該結(jié)構(gòu)可以在不降低系統(tǒng)性能的前提下，達到存儲系統(tǒng)的安全性要求； 3、提出了一種稱為Flow-Through的網(wǎng)絡(luò)安全實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，理論分析和實際測試表明該結(jié)構(gòu)相對于目前已有的安全實現(xiàn)結(jié)構(gòu)在性能上有很大的提升。 4、提出了一種用于JPEG2000的選擇性加密算法，可以在只對壓縮碼流的15％進行加密的情況下達到JPEG2000碼流的安全性；5、設(shè)計和實現(xiàn)了數(shù)字電影中JPEG2000數(shù)據(jù)碼流數(shù)字版權(quán)保護的FPGA原型平臺；