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CTCS-3级列控系统是基于无线通信(GSM-R)传输信息的列车运行控制系统。车载设备和地面设备间通信的安全性由铁路安全通信协议RSSP-Ⅱ来保障。RSSP-Ⅱ协议规定通信双方实体的身份的确定依赖基于标识和认证(I&A)的对话。在每次对等实体间启动新的有效会话时进行此过程来确保防护的完整性,而该过程的实现依赖于认证密钥。因此密钥管理系统对CTCS-3级列控系统设备间的安全通信具有十分重要的意义。本文主要以CTCS规范、RSSP-Ⅱ铁路信号安全协议、离线密钥管理功能接口规范为理论依据,设计与实现了密钥管理系统,并与实验室现有的铁路信号安全通信协议仿真测试平台进行信息交互。论文的主要工作如下：首先对CTCS规范、RSSP-Ⅱ协议和离线密钥管理功能接口规范进行了研究和分析,为构建整体系统结构提供理论依据。因系统产生密钥时对随机数的性能要求较高,本文采用了一种改进的交叉耦合映像格子模型设计了一种基于鼠标的真随机数发生器。对改进的模型进行性能仿真测试,仿真结果表明改进的交叉耦合映象格子模型的各项性能指标都优于未改进模型。且对该随机数发生器产生的随机数进行了性能测试,测试结果通过了NIST SP800-22建议的15种随机数测试和NIST FIPS 140-2建议的4种随机数测试指标。接着,依据相关协议规范,分析系统需求,确定选择C/S模式设计实现系统。设计了系统的总体结构,而后对系统进行了详细的设计。为保证客户端和服务器端能够正确解析获得消息,本文还设计了客户端和服务器端的通信协议格式。最后以VC++6.0为开发平台实现系统,对系统功能进行了测试。测试结果表明密钥管理系统实现了密钥管理功能,满足了系统基本需求。