FPGA的信源全系統復合加密技術及其應用
基于FPGA實現的5款加解密產品,根據其性能需求,選用不同的型號FPGA芯片;以帶有PCIE接口的產品為例,其加/解密速度根據選用的算法不同,其處理速度范圍達到300Mbps -750Mbps。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/146817.htm其安全性能方面,在FPGA內部實現AES、3DES這算法,密碼的組成由三部分組成,第一部分是電腦主板以及CPU的序列號,第二部分是FPGA的DNA序列號,第三部分是用戶保存的密碼,這樣安排密碼,可把產品、電腦、用戶都綁定起來,三者缺一不可。對數據、密碼的處理方面,利用FPGA的靈活性,把數據、密碼的字節序混亂起來處理,更增加其安全性能。用戶更是可以定制自己的加密算法,更靈活和安全。
用同一塊FPGA芯片根據不同的應用場合,可以設計為不同的產品,如振華微電子的PCIE加密產品以及整機加密產品(硬盤),這些都是利用了FPGA設計靈活,處理速度快等等特點。在PCIE產品中,實現了PCIE接口總線控制器,整機加密產品在一塊FPGA內實現了PCIE接口控制器,USB控制器,SATA控制器以及兩種硬核加密算法。
振華微電子的產品適用于各種場合,如普通PC機、服務器(包括云服務器)等等。這些產品都針對信源進行加密,保護本地信息不被泄露,信源包括本地用戶的任何存儲在硬盤里面的數據、文檔、可執行文件及程序等等。
基于FPGA實現信源加密技術的應用
由于FPGA加密技術有著上述諸多的優點,使得其應用面非常廣泛,可以對一些重要的文件,例如license等進行加密,也可以對整個硬盤進行加密。在軍事領域的應用中,不但對信息的保密性、一致性等方面要求高,更要求有很高的時效性,而FPGA加密技術能夠滿足這方面的要求。
FPGA即現場可編程邏輯器件,其特性已經決定了它的可擴展性和靈活性,適用于處理要求快速、安全的場合。尤其在信息安全領域,更是需要這樣的實現器件。
為了方便敘述,以振華微電子的整機加密模組作為實例說明,圖1是整機加密模組的功能原理圖。
電腦的硬盤掛載在整機加密模組下,任何寫進去硬盤的數據文檔、系統文件、應用程序都是經過這個模組加密的,存在硬盤里面的數據都是密文(包括操作系統、程序等);當用戶需要使用電腦時,需先把 USB key插在整機加密模組的USB口(而不是電腦主板的USB,主板的USB口容易被監控、跟蹤),然后開啟電源,當整機加密模組檢測到正確的USB key時,才會啟用解密,并對從硬盤里面讀出來的密文進行解密,電腦才能啟用;當用戶使用完畢電腦,關機,拔出USB key,即可放心離開。
如果整個加密模組、硬盤甚至整臺電腦都丟失,只要USB key在用戶手上,用戶也不用擔心,因為整機加密模組以及電腦主板是綁定在一起的,而且存硬盤里面的密文數據字節序更是被隨機打亂,黑客獲得被隨機打亂字節序的密文,他能干什么呢?密文是經過256bit 的AES加密的,在當前破解256bit 的AES,還只是奢望。
用戶也不用擔心USB key被克隆,USB key 也是基于FPGA實現的,這個FPGA的DNA序列也是全世界獨一無二的,這里面的key有三重保護:①被加密,且字節序隨機打亂;②跟唯一的FPGA DNA綁定;③DNA先經過加密后才跟key綁定,保證別人無法知道key到底是跟什么綁定在一起。以上三點做到USB key無法被克隆。用戶只需要隨身帶著USB key,使用電腦時,插上USB key;不使用時把 USB key帶走。當然對于監管更嚴格的場所,可以把信源使用者跟USB key擁有者區分開。
基于FPGA的特性,實現信源的加密產品,具有:靈活、安全性能高、處理速度快等特點。這正是FPGA實現信源加密的優勢所在。
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