安全通信系統(tǒng)的FPGA實(shí)現(xiàn)的方法

　　AES加解密算法通過(guò)硬件描述語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)，在該系統(tǒng)中采用VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)代碼。根據(jù)AES加解密算法的相似性，很多電路模塊可以共用，其占用資源可以盡可能的少。在該系統(tǒng)中采用密鑰長(zhǎng)度和分組數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度都為128bits，輸入信息都為字符型的數(shù)據(jù)，采用對(duì)字符加解密，因此，每一個(gè)字符都將對(duì)應(yīng)其ASCII值輸入。AES加解密實(shí)現(xiàn)主要有4個(gè)模塊：控制模塊、AES加解密運(yùn)算實(shí)現(xiàn)模、SBOX模塊、密鑰操作模塊，實(shí)現(xiàn)的框圖如圖3-2圖所示。
AES加解密模塊的實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)ISE綜合后占用資源利用情況如表1所示。

表1 AES加解密資源利用表



圖4 AES加解密實(shí)現(xiàn)框圖

　　·接口模塊的實(shí)現(xiàn)

　　服務(wù)器端采用Spartan-3e平臺(tái)擴(kuò)展了PS2接口、16X2的LCD液晶顯示，3個(gè)6針的通用擴(kuò)展接口，這些接口方便了外設(shè)的連接和擴(kuò)展。鍵盤(pán)在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了單向通信，擴(kuò)展接口模塊通過(guò)平臺(tái)通用擴(kuò)展接口J1、J2、J3與外接設(shè)備進(jìn)行信息交互。Spartan-3e平臺(tái)通過(guò)串口DTE和GSM模塊進(jìn)行通信，將相應(yīng)的信息通過(guò)短信的方式發(fā)送到指定手機(jī)中。

　　各個(gè)接口模塊通過(guò)EDK添加自定義IP的方式添加到OPB總線(xiàn)中，其中鍵盤(pán)、LCD、串口DTE使用中斷。驅(qū)動(dòng)程序在自動(dòng)生成的驅(qū)動(dòng)程序模板基礎(chǔ)上完成各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)程序。

　　·網(wǎng)絡(luò)安全檢測(cè)及報(bào)警實(shí)現(xiàn)

　　服務(wù)器端通過(guò)添加EDK中網(wǎng)絡(luò)控制器IP核，移植LwIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)基于SOCKET的網(wǎng)絡(luò)通信。服務(wù)器端收到客戶(hù)端請(qǐng)求時(shí)，對(duì)接收到的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行解密，對(duì)請(qǐng)求的IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，提取對(duì)應(yīng)的ID信息和IP信息，由于該ID信息是經(jīng)過(guò)md5算法產(chǎn)生的，因此該ID作為授權(quán)客戶(hù)的唯一ID，根據(jù)ID信息與授權(quán)的ID列表進(jìn)行比較，若為授權(quán)ID，則根據(jù)客戶(hù)請(qǐng)求把相應(yīng)的信息加密處理后發(fā)送至客戶(hù)端；若為非授權(quán)ID，則說(shuō)明該網(wǎng)絡(luò)已存在非授權(quán)ID用戶(hù)，此網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)存在不安全性，則把提取的IP信息通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至指定接收端手機(jī)，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和報(bào)警功能。

　　·服務(wù)器端軟件實(shí)現(xiàn)

　　服務(wù)器端構(gòu)建基于MicroBlaze處理器和Xilkernel操作系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)，通過(guò)擴(kuò)展PS2鍵盤(pán)，LCD液晶顯示屏等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)具有良好的人機(jī)交互接口的系統(tǒng)。Xilkernel操作系統(tǒng)支持多線(xiàn)程操作，通過(guò)配置一些參數(shù)就可以靈活應(yīng)用。雖然其沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，但可以通過(guò)移植LwIP協(xié)議棧就可以實(shí)現(xiàn)基于SOCKET的網(wǎng)絡(luò)通信。

　　應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)的初始化、系統(tǒng)對(duì)客戶(hù)端請(qǐng)求的處理、網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)及報(bào)警等。系統(tǒng)的初始化主要針對(duì)外設(shè)的初始化，LCD初始化工作：允許中斷函數(shù)microblaze_enable_interrupts()，初始化函數(shù)LCD INIT_LCD()，PS2 鍵盤(pán)初始化：初始化鍵盤(pán)函數(shù)init_kbd()，允許中斷函數(shù)enable_interrupt()，系統(tǒng)調(diào)用xilkernel_main()進(jìn)入xilkernel，創(chuàng)建socket_thread。初始化lwip，并創(chuàng)建socket_app_thread。該線(xiàn)程主要是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，通過(guò)IP4_ADDR()函數(shù)設(shè)定ip、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼。

　　當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，液晶顯示相關(guān)信息，當(dāng)出現(xiàn)等待鍵盤(pán)輸入密鑰時(shí)，輸入16個(gè)字符密鑰，同時(shí)對(duì)密鑰進(jìn)行密鑰確認(rèn)。系統(tǒng)調(diào)用socket()函數(shù)創(chuàng)建socket，調(diào)用listen()函數(shù)開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)。