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基于SoC的IPSec协议实现技术

来源:单片机及嵌入式系统应用?? 2008年02月14日 ?? 收藏0

  IPSe[1]作为一种实现VPN的安全协议体系,目前已在VPN设备中广泛使用。但是,随着千兆位高速网络的技术发展,对VPN设备在时效性等方面提出了更高的要求。因此,必须从体系结构等方面,研究新的技术方法实现IPSec。在IPSec安全设备中,SoC技术将是一种较好的选择。soC将系统的CPU、I/O接口、存储器、算法、协议处理等模块全部集成到单一半导体芯片上,实现IPSec协议的全部功能,成为构筑IPSec安全设备的核心部件,极大地提高了高速 V。PN网络的安全性、可靠性、时效性以及较高的性能价格比。

  1 IPSec协议?

  IPSec协议是因特网工程任务组(IETF)针对TCP/IP协议没有安全机制的严重缺陷而专门制定的IP安全标准,用以在IP层实现访问控制、无连接完整性、数据源验证、抗重播、数据加密和有限的业务流机密性等多种安全服务。该标准由一系列协议组成,各协议之间的关系如图1所示。?

各协议之间的关系

  基金项目:“十五”期间国家密码发展基金密码理论研究课题“密码soc芯片的体系结构和安全性研究”。?

  有关协议的解释如下:

  ①AH[2] (Authentication Header)是一个安全协议头,在传输模式下为IP层数据流提供数据完整性、数据源身份认证、一些可选的和有限的抗重播服务。?

  ②EsP[3] (Encapsulating Security Payload)是一个插入到IP数据报内部的协议头,为IP层流量数据提供机密性、数据源身份认证、抗重播以及数据完整性等安全服务。?

  ③认证与加密算法是IPSec实现安全数据传输的核心,其中,加密算法用于ESP,可以采用DES、IDEA等密码算法;认证算法用于AH,可以采用3DES、RC5等算法。?
 
  ④IKE[4](Internet Key Exchange)是密钥交换协议,用于在IPSec通信双方建立共享安全参数及验证过的密钥,以建立一种安全关联关系。?
  
  ⑤DoI(Domain of Interpretation)是一个单独的文档,用于存放IKE协商的参数。?
  
  ⑥SA(Security ASSOCiation)是安全关联协议,是主机、路由器两个应用IPS ec实体之间的一种单向逻辑连接。sA有安全策略库(sPDB)和安全关联库(sADB),存储了安全策略的具体细节,包括保护的内容、保护的方式、保护通信数据的主体等策略。

  2 SoC技术?

  目前,SoC平台主要用于CSoC、SoPC、EPGA等芯片开发。其中,CSoC称为可配置系统级芯片,一般包括1个处理器内核、可编程逻辑阵列和其它一些通用部件;SoPC是可编程的单芯片系统,如Altera的Nios内核模块;EPGA是以FPGA为主体的SoC芯片。使用这些SoC开发平台,可以充分利用系统级芯片集成度高和性能优越的特点,灵活设计开发各种专用Soc芯片。

  (1)开发平台的选择?

  SoC平台开发套件包括:各种工具与资源软件、可以重构的硬件电路结构验证平台和使用说明书等。其可用软件资源包括:供选用的多种嵌入式处理器核,硬件模块设计语言及其编译器,仿真、综合和布局、布线工具等;设计语言包括HDL、C/C++等。开发平台的选择取决于器件的来源:当选用商品化器件时,可以选择Altera的SOPC开发环境QUARTUSII;当选择自主研发Soc时,应使用相关的专用开发平台。

  (2)lP库的选择?

  IP库的选择应针对器件类型,选择通用的IP核。对安全性要求较高的算法模块,应采取访问控制、抗解剖分析等技术措施;对可变逻辑模块,应采用FPGA,以保证可编程的特点。

  (3)芯片结构的选择?

  SoC的主体部分由CPU和ASIC组成。在设计过程中,芯片结构的选择应从系统应用规划、协议处理速度要求、便于实现、Vetilog HDL编程实现结构化,以及所用逻辑模块的实际结构等几个角度入手。?

  Altera的SoC芯片[5]构成如图2所示。?

Altera的SoC芯片

  (4)软硬件系统设计?

  SoC的基本结构是具有一个成多个微处理器,以及可编程硬件逻辑,因此,在SoC设计中必须进行软硬件的协同设计。软硬件协同设计的技术性很强,它既有SoC设计的灵活性,又有SoC设计中难以揣摩、充满变数的复杂性,将涉及到硬件资源的规划和整个系统性能的实现。


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IPSec? VPN?

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