USB加密卡的硬件架构研究与设计

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加密卡是基于计算机总线接口的、提供密码服务功能的硬件模块。加密卡可以为个人计算机系统、网络安全设备提供密码服务,以实现数据的安全存储和网络信息的保密通信。 随着USB技术的飞速发展,尤其是在USB2.0版本推出后,USB作为一种标准的总线接口,以其真正的即插即用和高速的传输速率等众多优势,已在PC机和嵌入式系统领域得到了广泛的应用。本文针对USB接口的众多优点,提出了一种基于USB接口的密码设备的实现方案,并结合现代密码技术和FPGA技术,设计了一款灵活性高、安全性强、可以应用于各类计算机终端的USB加密卡。 该USB加密卡采用了USB2.0接口标准,采用了FPGA设计技术,引入了嵌入式USB主机技术。该加密卡可以实现与主机的快速通信,具有快速的密码处理能力,提供密码算法以及硬件结构的更新和升级能力,支持密码算法和密钥的分散存储和现场重构,提供数字物理噪声源,能够产生真随机数,对外提供USB主机接口,支持基于USB密码载体的自身安全初始化方式,支持基于USB物理载体的用户身份认证方法。该加密卡可应用于任何一台具有USB接口的计算机终端上,而且安装简单、使用方便。 本论文首先研究了USB加密卡的相关设计技术。其次提出了USB加密卡的总体目标和设计思想,根据设计思想,研究并设计了USB加密卡的总体硬件架构,详细描述了USB加密卡的硬件电路设计。然后,在加密卡的硬件基础上,通过固件模块设计,实现了加密卡上的部分功能。最后,基于FPGA实现了USB加密卡的加密功能,并对整体的加密处理性能进行了测试与分析。
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