專利名稱：基于fpga的網絡密碼機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于FPGA (現場可編程邏輯門陣列)的網絡密碼機，屬于計算機應用技術領域。
背景技術：
隨著網絡技術，特別是互聯網技術在我國的迅速推廣和普及，各種網絡應用在我國迅猛發展。但是非法入侵、詐騙事件嚴重影響了網絡信息安全。密碼技術是信息安全的基礎技術，網絡密碼機是密碼技術安全應用的基礎和信息化安全的核心。隨著我國信息化產業高速全面的發展，作為信息安全核心基礎的網絡密碼機，廣泛應用于電子商務、電子政務、網上銀行、網上證券交易及國民經濟的各個領域(包括國家政務通、警務通等重要領域)。現有的網絡密碼機主要是基于PC機上完成的，導致其發展有相應的局限性，如果需要提高速度和性能，必須花費更多時間優化代碼算法和依賴PC機的性能來提高，而這個又導致它們的實現處于不可預期的等待中，而往往PC機的提升速度總是滿足不了要求。
發明內容本實用新型的目的在于彌補現有技術的局限性，提供一種基于FPGA的網絡密碼機，保證實現對各種規模企業和政府機構提供相應的網絡數據加密、解密的同時，也使得網絡處理能力比普通網絡密碼機高20%到30%。按照本實用新型提供的技術方案，所述的基于FPGA的網絡密碼機包括密碼主機，密碼主機連接有輸入設備和輸出設備，所述密碼主機包括:CPU和與CPU連接的網絡接口、存儲模塊、運算模塊和FPGA加速卡，所述FPGA加速卡通過PCI接口與CPU相連。所述密碼主機安裝于2U機箱中。輸入設備一般米用外接鍵盤模塊。輸出設備一般為顯不屏模塊。所述FPGA加速卡包括:PCI總線接口模塊、FPGA核心運算模塊、應用程序存儲模塊、臨時變量存儲模塊、接口邏輯模塊，所述FPGA核心運算模塊分別與應用程序存儲模塊、臨時變量存儲模塊和接口邏輯模塊相連，所述接口邏輯模塊與PCI總線接口模塊相連。所述應用程序存儲模塊為FLASH存儲芯片。臨時變量存儲模塊為DD2芯片。接口邏輯模塊為CPLD可編程邏輯芯片。本實用新型的優點在于:使用FPGA高性能加速卡，利用PCI總線傳輸技術，解決了傳統的速度慢的問題，大大提高了運算速度和執行速度。
圖1是本實用新型基于FPGA的密碼機的結構圖。圖2是FPGA加速卡結構圖。
具體實施方式
[0011]
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1所示，本實用新型包括密碼主機，以及在Linux操作系統下的驅動和密碼工作軟件部分。所述密碼主機連接有輸入設備和輸出設備，所述密碼主機包括:CPU和與CPU連接的網絡接口、存儲模塊、運算模塊和FPGA加速卡，所述FPGA加速卡通過PCI接口與CPU相連。所述密碼主機安裝于2U機箱中。輸入設備一般米用外接鍵盤模塊。輸出設備一般為顯示屏模塊。本實用新型使用了如圖2所示結構的FPGA加速卡，其包括:以PCI9056為核心的PCI總線接口模塊1，以EP3C120F484 FPGA (現場可編程邏輯門陣列)為核心運算模塊2，以PC28F640P30B85 (FLASH存儲芯片)為應用程序存儲模塊5和以MT47H64M16HR-3 (DD2芯片)為臨時變量存儲模塊3，EPM2210F256 (CPLD可編程邏輯芯片)接口邏輯模塊4 ；FPGA核心運算模塊2分別與應用程序存儲模塊5、臨時變量存儲模塊3和接口邏輯模塊4相連，所述接口邏輯模塊4與PCI總線接口模塊I相連。由PCI總線接口模塊1、FPGA核心運算模塊2、臨時變量存儲模塊3、接口邏輯模塊4和應用程序存儲模塊5構成一塊整體硬件插在計算機CPU的PCI插槽，在Linux操作系統下的驅動和應用軟件的控制下，實現高速運算。這樣的優點在于，傳輸速度快，功能和擴展性強，可編程性強，可以根據不同的應用，設計相應的應用軟件實現不同的運算功能，方便應用在其他領域。本實用新型使用的是B/S (瀏覽器/服務器)結構，輸入設備一般為外接普通鍵盤，輸出設備一般為顯不器，FPGA加速卡就插入在密碼主機中，一起封裝于2U機箱中。輸入設備主要用于密碼機各種管理參數及配置所需內容。輸出設備主要顯示密碼機的管理信息、配置功能菜單及密碼機各種狀態信息。以下描述所述基于FPGA的網絡密碼機的工作過程:(I)通過CPU上層軟件設置好需要傳送待加密或解密的數據包，設置FPGA的相關命令；(2)啟動數據傳輸，將數據包通過PCI總線依次傳入FPGA的存儲模塊；(3 )待數據包傳輸完成后，FPGA設置相關進程，啟動狀態機，之后數據傳給FPGA加速卡；(4) FPGA加速卡運算完成后將加密或解密后的數據傳送給存儲區地址范圍內，待所有數據傳完之后產生中斷信號，FPGA加速卡通過PCI總線將運算完成的數據傳回密碼機中，至此完成密碼機的工作流程。在工作過程中FPGA將會被設置在PS, FPS, FPP工作模式下，由PC端通過PCI 9056橋接模塊，把需要運算的數據送到該FPGA加速卡，在利用其內部邏輯門電路，運用國密辦指定的SM2算法技術實現運算。本實用新型所述的基于FPGA的網絡密碼機工作在Linux操作系統環境下，該系統具有很強的兼容性和可靠地穩定性，支持多用戶和多任務，并且加入了 FPGA高性能運算加速卡，使用的是PCI總線傳輸技術，解決了傳統的速度慢的問題。該網絡密碼機采用的是2U機箱，主板、CPU等設備都是采用主流配置，具有速度快、性能高、兼容性好、體積小、攜帶方便等普通PC所不具備的優勢。綜上可以看到，本實用新型的密碼機具有以下優勢:1.使用開源免費的Linux操作系統，有著很強的兼容性和穩定性，支持多任務、多用戶工作。2.可編程性強，硬件接口采用計算機外設通用的控制寄存器、狀態寄存器的方式定義，接口明確，可以根據不同的操作系統設計驅動程序，具有良好的移植性。3.代碼部分可采用當今最流行的多線程技術，打破了傳統單線程執行時間長的缺點。4.性能優越，硬件平臺采用DDR2，FLASH和FPGA組成了一個擁有高處理能力的CPU控制系統。
權利要求1.基于FPGA的網絡密碼機，其特征是:包括密碼主機，密碼主機連接有輸入設備和輸出設備，所述密碼主機包括:CPU和與CPU連接的網絡接口、存儲模塊、運算模塊和FPGA加速卡，所述FPGA加速卡通過PCI接口與CPU相連。
2.如權利要求1所述的基于FPGA的網絡密碼機，其特征是，所述FPGA加速卡包括:PCI總線接口模塊、FPGA核心運算模塊、應用程序存儲模塊、臨時變量存儲模塊、接口邏輯模塊，所述FPGA核心運算模塊分別與應用程序存儲模塊、臨時變量存儲模塊和接口邏輯模塊相連，所述接口邏輯模塊與PCI總線接口模塊相連。
3.如權利要求1所述的基于FPGA的網絡密碼機，其特征是，所述密碼主機安裝于2U機箱中。
4.如權利要求1所述的基于FPGA的網絡密碼機，其特征是，所述輸入設備采用外接鍵盤模塊。
5.如權利要求1所述的基于FPGA的網絡密碼機，其特征是，所述輸出設備為顯示屏模塊。
6.如權利要求1所述的基于FPGA的網絡密碼機，其特征是，所述應用程序存儲模塊為FLASH存儲芯片。
7.如權利要求1所述的基于FPGA的網絡密碼機，其特征是，所述臨時變量存儲模塊為DD2芯片。
8.如權利要求1所述的基于FPGA的網絡密碼機，其特征是，所述接口邏輯模塊為CPLD可編程邏輯芯片。
專利摘要本實用新型提供了一種基于FPGA的網絡密碼機，包括密碼主機，密碼主機連接有輸入設備和輸出設備，所述密碼主機包括CPU和與CPU連接的網絡接口、存儲模塊、運算模塊和FPGA加速卡，所述FPGA加速卡通過PCI接口與CPU相連。所述FPGA加速卡包括PCI總線接口模塊、FPGA核心運算模塊、應用程序存儲模塊、臨時變量存儲模塊、接口邏輯模塊，所述FPGA核心運算模塊分別與應用程序存儲模塊、臨時變量存儲模塊和接口邏輯模塊相連，所述接口邏輯模塊與PCI總線接口模塊相連。其優點在于使用FPGA高性能加速卡，利用PCI總線傳輸技術，解決了傳統的速度慢的問題，大大提高了運算速度和執行速度。
文檔編號H04L9/00GK203057169SQ201220716050
公開日2013年7月10日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者吳麗華, 袁寶弟 申請人:無錫市同威科技有限公司