實時數(shù)字安全處理器研究與設計.pdf

1、數(shù)據(jù)安全涉及存儲安全、網絡安全與視頻/圖像安全三大領域。在每個安全領域都存在若干種協(xié)議，例如針對網絡安全的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中的其它算法來實現(xiàn)相關內容的安全性。由此可知，密碼學中的算法是安全協(xié)議的基石，而安全協(xié)議又是相關安全領域的基礎。安全算法建立在計算復雜度與單項處理函數(shù)理論基礎之上，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計將面臨許多需要同時滿足的相互沖突的設計挑戰(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、網絡安全與視頻/圖像安全設計優(yōu)化協(xié)議；其次是提出合理的SOC結構，最大可能降低所設計系統(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，我們取得了一些相當有意義的結果，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、設計了一種稱為直通轉發(fā)的安全存儲結構，理論分

4、析和實際測試表明該結構可以在不降低系統(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的網絡安全實現(xiàn)結構，理論分析和實際測試表明該結構相對于目前已有的安全實現(xiàn)結構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、設計和實現(xiàn)了數(shù)字電影中JPEG2000數(shù)據(jù)碼流數(shù)字版權保護的FPGA原型平臺；