硕士学位论文-USB 安全钥模型的设计研究.doc

目录：USB 安全钥模型的设计研究摘要 .4ABSTRACT .61.绪论 .91.1 研究的背景.91.2 研究的目的和意义. 111.2.1 研究的目的. 111.2.2 研究的意义. 111.3 目前已经取得的研究成果.161.4论文的组织结构.162.USB安全钥模型的特征分析.182.1 USB安全钥的概念与特点.182.1.1 USB安全钥的概念.182.1.2 USB安全钥的特点.182.2 USB安全钥的功能.192.3 USB安全钥系统模型.212.3.1 USB安全钥系统结构体系.212.3.2 USB安全钥的功能流程.212.4 USB安全钥系统的实现.242.4.1 USB安全钥系统的设计组成 .242.4.2 USB安全钥端的设计组成.242.5 小结：.243.USB安全钥中密码体制的研究.263.1 密码学概述.263.1.1 密码学的发展.263.1.2 密码系统的构成与安全性.263.2 密码体制.283.2.1 私钥密码体制.283.2.2 公钥密码体制.293.2.3 两种密码体制的比较.303.3 DES私钥密码体制的研究 .313.3.1 DES加密思想 .313.3.2 DES 解密思想 .353.3.3 提出 3DES算法 .363.4 RSA公钥密码体制的研究.373.4.1 RSA的构成.373.4.2 RSA思想的证明.373.4.4 RSA安全性分析.393.5 混合密码体制.393.5.1 混合密码体制的提出.393.5.2 混合密码体制的应用.403.6 小 结.404.USB安全钥中的认证与签名.414.1 身份认证技术的研究.414.1.1 什么是身份认证.414.1.2 基于X.509 证书的身份认证协议方案.424.1.3 一种基于RSA的身份认证协议 .444.2 数字签名技术的研究.454.2.1 什么是数字签名.454.2.2 几种基本的数字签名方式.464.2.3 基于 3DES的RSA的数字签名方案的提出.474.2.4 基于 3DES的RSA数字签名协议 .484.3 USB安全钥中的签名认证协议.494.3.1 USB安全钥中的认证协议.494.3.2 USB安全钥中的数字签名协议 .504.3.3 USB安全钥系统中的签名认证协议 .514.4 小 结.515.USB安全钥芯片的设计与实现.535.1 USB技术背景与发展趋势.535.1.1 USB技术背景及研究意义.535.1.2 USB技术发展过程与趋势.545.2 片上系统（SOC）的技术与发展（SOC5）.555.2.1 片上系统的设计方法.555.2.2 片上系统的设计技术.565.3 USB安全钥芯片的设计方法与实现手段 .575.3.1 设计方法.575.3.2 实现手段.585.3.3 设计和实现流程.595.4 USB安全钥的设计.595.4.1 安全钥芯片硬件的设计.605.4.3 USB安全钥整体功能分解.705.5 USB安全钥芯片的实现.715.5.1 器件的选择.715.5.2 系统编译约束.725.5.3 编译的输出.725.5.4 布局布线的结果.725.6 小结.726.USB设备控制器的设计与实现.736.1 USB控制器功能分析.736.1.1 通用USB控制器功能分析.736.1.2 安全钥USB控制器功能分析 .746.2 USB设备控制器模块划分.756.3 USB控制器模块设计.776.3.1 时钟单元（CLK）.776.3.2 事件检测单元(EDU) .776.3.3 串行接口引擎（SIE）.796.3.4 功能接口单元（FIU） .806.3.5 错误检测机制.836.4 系统描述与功能仿真.836.4.1 系统的描述方法及层次结构划分.836.4.2 系统的VHDL描述.846.5 USB控制器的综合布线与测试验证 .866.5.1 系统的综合.866.5.2 系统的FPGA实现 .876.5.3 系统的测度验证.886.6 小 结.897.RSA协处理器的设计与实现.907.1 RSA并行算法设计与分析.907.1.1 RSA并行算法总体结构.90Fig 7-3 Whole Structure of Parallel Arithmetic .927.1.2 加密与解密过程分析.927.2 并行算法实现的关键分析.937.3 RSA的基本算法分析与设计.937.3.1 快速求模算法设计.937.3.2 快速大数模乘算法设计.967.3.3 快速模加算法设计.987.3.4 快速模幂62算法设计 .987.3.5 快速模逆算法设计.99.997.4 RSA协处理器设计.997.4.2 协处理器电路结构.1017.4.3 性能分析.1027.4.4 实现结果.1037.5 小结.1038 结论 .104参考文献 .106摘要随着信息技术的发展，特别是电子商务的发展，网络信息的安全传输问题逐渐成为人们 最为关心和头痛的事情。密码安全芯片的研究与设计是当前密码学和微电子学交叉学科领域 的热点问题。现代电子系统集成技术的快速发展和密码理论日趋完善，为安全芯片的诞生提 供了强有力的支持。本文就在这种技术背景下，结合当前信息安全系统的需要，提出了一种 基于 USB 接口技术的安全钥芯片的思想，并遵循片上系统先进的设计方法和工具，初步完 成了 USB 安全钥芯片的设计、实现及验证。本文针对这种问题，结合当前信息流通速度快 的特点，提出了一种基于 USB 技术的硬件安全加密方法，并在此基础上进行了研究和设计。下面是本文主要的研究内容和研究成果的概述。首先对 USB 安全钥的基本知识进行了系统的概括和阐述，分析了 USB 安全钥的特点和 功能，指出利用 USB 技术和密码学技术相结合是解决当前的安全问题的重要方法。在此基 础上，本文构建了 USB 安全钥的系统模型，并对此模型的各部分进行了分析和研究，指出了 USB 安全钥中最重要的密码协议的建立和密码方法的选择。 对当前主流密码体制进行了分析和研究。对公钥密码体制和私钥密码体制进行了分析和研究，并对这两种密码体制进行了比较。对公钥密码体制和私钥密码体制的代表 RSA 和 DES 进行了研究和比较，提出了 3DES 密码，并对 RSA 的安全性进行了分析，提出构造安全素 数。结合公钥和私钥密码体制的特点，提出了利用 RSA 和 DES 来构建的混合密码体制。对 USB 安全钥中的安全方法进行了分析和研究，指出身份认证和数字签名是解决信息