專(zhuān)利名稱(chēng)：基于usb的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種驗(yàn)證電路，具體地說(shuō)，是涉及一種基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)和通訊網(wǎng)絡(luò)的迅速普及與發(fā)展，信息安全問(wèn)題也日益尖銳，如何保證信息的安全已經(jīng)成為人們所必須面對(duì)的問(wèn)題。保證信息安全的一個(gè)最基本也是最有效的措施是對(duì)信息進(jìn)行密碼變換。密碼芯片是構(gòu)成密碼系統(tǒng)的核心部件，所以密碼芯片的安全性、功能和性能，從根本上決定了密碼系統(tǒng)的安全性、功能和性能，因此密碼芯片的研究與開(kāi)發(fā)是信息安全領(lǐng)域中重中之重的部分。
目前，國(guó)內(nèi)外各種密碼設(shè)備中使用的密碼芯片大都是針對(duì)特定密碼算法設(shè)計(jì)的，這種密碼芯片(可稱(chēng)為專(zhuān)用密碼芯片)的優(yōu)點(diǎn)是加密、解密的速度快，但同時(shí)也存在許多問(wèn)題和隱患，首先，專(zhuān)用密碼芯片所實(shí)現(xiàn)的密碼算法是固定的、不可更改的；其次，專(zhuān)用密碼芯片所實(shí)現(xiàn)的密碼算法在芯片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過(guò)程中是已知的，這樣就大大增加了密碼系統(tǒng)的不安全因素。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有技術(shù)中因?qū)Ｓ妹艽a芯片算法固定而引起的系統(tǒng)不安全問(wèn)題，提出了一種基于自行設(shè)計(jì)的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器，為了驗(yàn)證此可重構(gòu)密碼協(xié)處理器設(shè)計(jì)技術(shù)的可行性和準(zhǔn)確性，本實(shí)用新型提供了一種基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路。此電路為可重構(gòu)密碼協(xié)處理器提供了一個(gè)驗(yàn)證與測(cè)試平臺(tái)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的可靠性和流片的成功率，降低了開(kāi)發(fā)成本。
為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路，包含有主機(jī)和USB接口、USB接口電路、下載電纜和可編程陣列電路，所述USB接口電路分別與主機(jī)上的USB接口和可編程陣列電路相連，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)與可編程陣列電路之間的數(shù)據(jù)通信；所述的下載電纜分別連接主機(jī)和可編程陣列電路，將主機(jī)中生成的布局布線后的設(shè)計(jì)文件下載到可編程陣列電路中。
其中，所述的USB接口電路采用一USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM實(shí)現(xiàn)；所述的可編程陣列電路采用一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PAG實(shí)現(xiàn)。
在所述的驗(yàn)證電路中還包含有三組開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路，將輸入的12V直流供電分別轉(zhuǎn)化為5V、3.3V和1.8V直流電，為所述的USB接口電路、下載電纜和可編程陣列電路提供直流供電；其中，所述的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路主要由脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)電源控制器、儲(chǔ)能電感和續(xù)流二極管組成，脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)電源控制器的輸入端經(jīng)儲(chǔ)能電感與所述的12V直流供電端相連，將其轉(zhuǎn)換成5V直流電由輸出端經(jīng)儲(chǔ)能電感輸出，此外，所述輸出端還通過(guò)續(xù)流二極管接地。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型通過(guò)采用USB接口電路、下載電纜和可編程陣列電路為可重構(gòu)密碼協(xié)處理器提供了一個(gè)驗(yàn)證與測(cè)試的平臺(tái)，它能夠方便地對(duì)可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的邏輯設(shè)計(jì)模型進(jìn)行功能驗(yàn)證與測(cè)試，便于在正式流片之前發(fā)現(xiàn)可重構(gòu)密碼協(xié)處理器設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并及時(shí)修改，因此能夠極大地提高電路設(shè)計(jì)的可靠性和流片的成功率，降低了開(kāi)發(fā)成本，為基于可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的加/解密設(shè)備的開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。


圖1是本實(shí)用新型基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型板級(jí)驗(yàn)證電路的具體電路連接圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
本實(shí)用新型是基于自行設(shè)計(jì)的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器芯片的板級(jí)驗(yàn)證系統(tǒng)。可重構(gòu)密碼協(xié)處理器芯片的技術(shù)方案是系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯電路能夠根據(jù)不同密碼算法的需求重新組織，構(gòu)成不同的電路結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)不同的功能，從而能夠靈活、快速地實(shí)現(xiàn)多種不同的密碼算法，解決了專(zhuān)用密碼芯片的缺點(diǎn)和不足。
為了驗(yàn)證可重構(gòu)密碼協(xié)處理器設(shè)計(jì)技術(shù)的可行性和正確性，本實(shí)用新型專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了此驗(yàn)證電路，它主要包括USB接口芯片、下載電纜和可編程陣列電路，其連接關(guān)系參見(jiàn)圖1所示。其中，USB接口芯片采用一USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM實(shí)現(xiàn)、可編程陣列電路采用一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PAG實(shí)現(xiàn)，完成可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的功能。
其實(shí)現(xiàn)過(guò)程為第一步，計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口建立與USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM和現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA的通訊，可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的集成電路設(shè)計(jì)代碼經(jīng)過(guò)綜合/布局布線后生成bit文件，經(jīng)由下載電纜傳遞到現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA中，對(duì)其進(jìn)行編程，此時(shí)，可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA即相當(dāng)于可重構(gòu)密碼協(xié)處理器，實(shí)現(xiàn)了其功能；第二步，計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口和USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM向可重構(gòu)密碼協(xié)處理器(由FPGA芯片實(shí)現(xiàn))輸入指令配置文件，完成可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的指令裝載；第三步，計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口和USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM向可重構(gòu)密碼協(xié)處理器輸入密鑰，完成可重構(gòu)密碼協(xié)處理器密鑰的計(jì)算和裝載；第四步，計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口和USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM向可重構(gòu)密碼協(xié)處理器輸入需要進(jìn)行加解密的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)裝載；第五步，可重構(gòu)密碼協(xié)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)的加解密運(yùn)算；第六步，計(jì)算機(jī)通過(guò)USB接口接收可重構(gòu)密碼協(xié)處理器輸出的加解密數(shù)據(jù)；第七步，由計(jì)算機(jī)對(duì)輸出的加解密數(shù)據(jù)與軟件加解密的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而驗(yàn)證可重構(gòu)密碼協(xié)處理器工作的正確性。
圖2是本實(shí)用新型基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證系統(tǒng)的具體電路連接圖。其中，USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM通過(guò)其USBDM和USBDP端分別與USB接口的2、3端相連，其數(shù)據(jù)傳輸端D0～D7與可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA的數(shù)據(jù)端D0～D7相連，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與FPGA芯片之間的數(shù)據(jù)傳輸。此外，所述的USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM還包含有接收、發(fā)送信號(hào)端RXF、TXE，分別與可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA的接收、發(fā)送信號(hào)端RX、TX相連，控制芯片間數(shù)據(jù)的收發(fā)控制。
下載電纜H5通過(guò)TMS、TDO、TDI、TCK端與可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)其編程，完成可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的加/解密功能。在可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA中還包含有一編程控制端PROGRAM，它一方面通過(guò)電阻R3與3.3V直流電源相連，另一方面經(jīng)一開(kāi)關(guān)S1接地，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合時(shí)，編程控制端PROGRAM接地，程序下載結(jié)束，可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA處于指令執(zhí)行狀態(tài)。
在此驗(yàn)證電路中，還包含有三組開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源N1～N3，第一組N1由脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)電源控制器LM2596S-5.0、儲(chǔ)能電感L1～L3和續(xù)流二極管VD2等元器件組成，將輸入的12V直流供電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的5V直流電輸出；第二組N2和第三組N3開(kāi)關(guān)電源分別將5V直流電轉(zhuǎn)換成1.8V和3.3V直流電為上述的USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM、下載電纜H5和可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA提供其工作所需的電源供電。時(shí)鐘模塊CLKREN與可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA的時(shí)鐘信號(hào)端CLK相連，為加解密系統(tǒng)提供穩(wěn)定的工作時(shí)鐘，其時(shí)鐘頻率為18.432MHz。
其具體實(shí)施步驟是1、在可重構(gòu)密碼協(xié)處理器中專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)與USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM的通訊協(xié)議和通訊界面，通過(guò)讀、寫(xiě)控制信號(hào)WE和RE與FT245BM芯片中的接收、發(fā)送信號(hào)RX、TX，建立其之間的通訊；2、可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的集成電路設(shè)計(jì)代碼經(jīng)過(guò)綜合/布局布線后生成bit文件，經(jīng)由下載電纜H5編程到可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PGA中；3、PC機(jī)通過(guò)USB端口和FT245BM芯片向編程后的FPGA芯片加載密碼程序、種子密鑰；4、PC機(jī)通過(guò)USB端口和FT245BM芯片向編程后的FPGA芯片加載加/解密數(shù)據(jù)，啟動(dòng)加/解密自動(dòng)執(zhí)行過(guò)程，進(jìn)行數(shù)據(jù)的加解密；5、加解密后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)FT245BM芯片和USB接口輸出給PC機(jī)；6、將加解密結(jié)果與計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行比較，檢驗(yàn)重構(gòu)密碼協(xié)處理器芯片的工作是否正確。
在測(cè)試過(guò)程中為了保證科學(xué)性和合理性，種子密鑰和明/密文輸入均采用偽隨機(jī)數(shù)程序產(chǎn)生，而且對(duì)每種算法都用大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果全部正確?，F(xiàn)已在該系統(tǒng)上成功地實(shí)現(xiàn)了DES、IDEA、AES、Gifford、Geffe五種典型的密碼算法，系統(tǒng)的實(shí)測(cè)加密/解密速度可達(dá)268KByte/S以上。
本實(shí)用新型通過(guò)以上電路結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)可重構(gòu)密碼協(xié)處理器功能的驗(yàn)證，為加/解密設(shè)備的開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路，包含有主機(jī)和USB接口，其特征在于在所述的驗(yàn)證電路中還包含有一USB接口電路、下載電纜和可編程陣列電路，所述USB接口電路分別與主機(jī)上的USB接口和可編程陣列電路相連，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)與可編程陣列電路之間的數(shù)據(jù)通信；所述的下載電纜分別連接主機(jī)和可編程陣列電路，將主機(jī)中生成的布局布線后的設(shè)計(jì)文件下載到可編程陣列電路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路，其特征在于在所述的驗(yàn)證電路中還包含有三組開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路，將輸入的12V直流供電分別轉(zhuǎn)化為5V、3.3V和1.8V直流電，為所述的USB接口電路、下載電纜和可編程陣列電路提供直流供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路，其特征在于所述的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路主要由脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)電源控制器、儲(chǔ)能電感和續(xù)流二極管組成，其中，脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)電源控制器的輸入端經(jīng)儲(chǔ)能電感與所述的12V直流供電端相連，將其轉(zhuǎn)換成5V直流電由輸出端經(jīng)儲(chǔ)能電感輸出，此外，所述輸出端還通過(guò)續(xù)流二極管接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路，其特征在于所述的USB接口電路采用一USB控制處理芯片F(xiàn)T245BM實(shí)現(xiàn)；所述的可編程陣列電路采用一現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片F(xiàn)PAG實(shí)現(xiàn)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于USB的可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的板級(jí)驗(yàn)證電路，它通過(guò)采用USB接口電路、下載電纜和可編程陣列電路為可重構(gòu)密碼協(xié)處理器提供了一個(gè)驗(yàn)證與測(cè)試的平臺(tái)，能夠方便地對(duì)可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的邏輯設(shè)計(jì)模型進(jìn)行功能驗(yàn)證與測(cè)試，便于在正式流片之前發(fā)現(xiàn)可重構(gòu)密碼協(xié)處理器設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并及時(shí)修改，因此能夠極大地提高電路設(shè)計(jì)的可靠性和流片的成功率，降低了開(kāi)發(fā)成本，為基于可重構(gòu)密碼協(xié)處理器的加/解密設(shè)備的開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G06F11/26GK2676290SQ20042003827
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月8日
發(fā)明者繆建兵, 丁勇, 曲英杰, 戰(zhàn)嘉瑾, 何云鵬, 劉志恒, 陳永強(qiáng), 王瑞冰, 張世友 申請(qǐng)人:海信集團(tuán)有限公司