CN102012882B - 一种基于***级芯片的高速数据流加密传输方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于***级芯片的高速数据流加密传输方法，涉及计算机技术领域。本发明的方法步骤为：①在第n个周期，通讯接口一接收数据包a并存放在RAM1内；RAM2中的数据包b加密；RAM3中经加密的数据包d信息经通讯接口二发送出去；②在第n+1个周期，RAM1中的数据包a加密；RAM2中经加密的数据包b信息经通讯接口二发送出去；通讯接口一接收数据包e并存放在RAM3内；③在第n+2个周期，RAM1中经加密的数据包a信息经通讯接口二发送出去；通讯接口一接收数据包c并存放在RAM2内；RAM3中的数据包e加密。本发明利用***级芯片SOC内的硬件模块完成数据的加密和高速传输功能，具有安全度高、传输速度快的特点。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别是基于***级芯片的高速数据流加密传输方法。
背景技术
计算机技术的发展，使移动存储设备代替纸张逐渐成为信息传递的主要方式，无纸化办公也逐渐成为行业用户的主要办公方式；随着电子商务、数字管理以及移动办公等现代行业的迅猛发展，行业用户(政府、企业、军队、涉密机关)对安全通讯及移动存储设备的数据安全要求越来越高。但是移动介质存在着众多安全隐患，数据的随意拷贝、数据的任意打印、移动介质的丢失等均能导致信息的泄密或被盗；病毒、黑客的入侵使网际信息传输***的呈现在不法分子面前。所以如何保证信息保存及传递的过程中的数据安全，成为安全通讯和移动存储设备重点需要解决的问题。安全移动存储设备替代普通移动存储设备的趋势越来越明显。
目前市场上针对安全移动存储、安全通讯方面的数据流加密设备主要采用软件加密或数据分段加密的方式，这些方式安全度低，很容易被攻破，不适合政府、部队、涉密机关和企业等安全度要求高的行业用户对重要数据的携带、保存和传输。另外一种安全移动存储设备的解决方案采用的是CPU实时搬运数据的方式，这种方式虽比前一种方式安全，但是其速度大大降低，仅为400KB/s，对于移动存储设备20MB/s的速度要求远远不够。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种基于***级芯片的高速数据流加密传输方法。它利用***级芯片SOC内的硬件模块完成数据的加密和高速传输功能，具有安全度高、传输速度快的特点。
为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：
一种基于***级芯片的高速数据流加密传输方法，它使用的***级芯片包括通讯接口一、加密模块和通讯接口二，通讯接口一和加密模块相互连接，加密模块和通讯接口二相互连接，通讯接口一的输入端和通讯接口二的输出端分别连接数据通路。***级芯片上还包括分别对通讯接口一、加密模块和通讯接口二进行控制的CPU以及在同一周期内分别对应三个不同数据包的三个随机存储模块RAM1、RAM2和RAM3。其步骤为：
①n为自然数，在第n个周期，通讯接口一从数据通路接收数据包a并存放在RAM1内；加密模块对RAM2中的数据包b加密；RAM3中经加密的数据包d信息经通讯接口二发送出去；
②在第n+1个周期，加密模块对RAM1中的数据包a加密；RAM2中经加密的数据包b信息经通讯接口二发送出去；通讯接口一从数据通路接收数据包e并存放在RAM3内；
③在第n+2个周期，RAM1中经加密的数据包a信息经通讯接口二发送出去；通讯接口一从数据通路接收数据包c并存放在RAM2内；加密模块对RAM3中的数据包e加密。
在上述传输方法中，所述通讯接口一和通讯接口二采用双端口的USB2.0、串行ATA、并行ATA或者Ethernet接口。
本发明由于采用了上述方法，利用SOC芯片中的硬件模块和流水线式的数据处理方式实现数据的加密和传输。加密模块完成对数据流的快速加密，高速的通讯接口一和通讯接口二完成数据的传输，每一个步骤均由专门的硬件模块负责，使大批量的数据真正安全的流动起来。一包数据在加密的同时另两包数据在高速传输，从而实现了对数据流的实时加密传输，进而满足了安全移动存储、安全通讯等领域在速度和安全上的需求。同现有技术相比，本发明方法具有如下特点：
1.加密和传输数据完全由SOC芯片实现，依靠的代码量非常少，硬件实现比软件实现的速度要快十几倍甚至几十倍；
2.在SOC内部采用流水线架构，使得在同一个周期内并行执行3个模块，同时完成3个任务，大大缩短了平均一包数据处理时间；
3.改变了CPU传统的管理方式，其仅作为加密模块和两个通讯接口的控制端，而不在数据搬运的通路上，避免因CPU执行冗长的代码而占用过多的时间；
4.两个高速的通讯接口使数据的接收和发送分开，同一时间可以接收一包数据并发送另外一包数据；
5.加密模块内部集成了高速、高安全度的加密算法，使数据以密文的形式在通路上出现，保证数据的安全。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为使用本发明方法的***级芯片的结构示意图；
图2为本发明方法中使用的流水线式数据处理方式示意图；
图3为本发明方法实施例中三个周期内的数据传输切换示意图。
具体实施方式
参看图1至图3，使用本发明方法基于的***级芯片包括通讯接口一、加密模块和通讯接口二，通讯接口一和加密模块相互连接，加密模块和通讯接口二相互连接，通讯接口一的输入端和通讯接口二的输出端分别连接数据通路。通讯接口一和通讯接口二采用双端口的USB2.0、串行ATA、并行ATA或者Ethernet接口；加密模块可采用安全等级高、执行速度快的对称算法。***级芯片上还包括分别对通讯接口一、加密模块和通讯接口二进行控制的CPU以及在同一周期内分别对应三个不同数据包的三个随机存储模块RAM1、RAM2和RAM3。高速数据流加密传输的步骤为：
①n为自然数，在第n个周期，通讯接口一从数据通路接收数据包a并存放在RAM1内；加密模块对RAM2中的数据包b加密；RAM3中经加密的数据包d信息经通讯接口二发送出去；
②在第n+1个周期，加密模块对RAM1中的数据包a加密；RAM2中经加密的数据包b信息经通讯接口二发送出去；通讯接口一从数据通路接收数据包e并存放在RAM3内；
③在第n+2个周期，RAM1中经加密的数据包a信息经通讯接口二发送出去；通讯接口一从数据通路接收数据包c并存放在RAM2内；加密模块对RAM3中的数据包e加密。
如图2所示，本发明方法在数据加密传输的过程中采用了Pipeline(流水线)的数据处理方式，可使数据处理速度较通常的单数据包传送提高两倍。本发明方法在处理一个数据包时将整个过程分解为3部分：接收、加密和发送，CPU在每完成一步时仅对这3个模块进行控制，不做数据处理，程序量非常少，大大减少了CPU执行程序所占用的时间。大批数据需要处理时，每个时间周期内可同时完成3包数据中的其中一步，也就是说平均一个时间周期处理一包数据，该时间周期即为Pipe line周期Tperiod。但在一个周期内必须保证3步全部执行完毕，CPU才可以对这3个模块进行控制。
Ttx为数据发送周期、Trx为数据接收周期、Tsec为数据加密周期、Tsys为CPU控制周期，由图2中可见Pipe line数据处理周期为：
Tperiod＝(Max(Ttx，Trx，Tsec)+Tsys)
在此过程中如果3个阶段的处理时间相近，处理周期Tperiod明显减少为通常的单数据包传送周期的1/3左右，一个周期处理一包数据，速度提高2倍。
如图3所示，本发明方法中采用了数据存储域切换的方法，保证在一个处理周期内同时对3包数据分别处理。通讯接口一、加密模块和通讯接口二中的每个功能模块分别对应一个RAM模块。在第n个周期，通讯接口一接收数据包a并存放在RAM1内；在第n+1个周期，将RAM1切换对应到加密模块，将RAM1中的数据包a加密；在第n+2个周期，将RAM1切换对应到通讯接口二，并将RAM1中加密的数据包a信息发送出去，完成数据包a的处理过程。
为了实现Pipe Line的流水线工作方式，在同一个周期内要同时处理3包数据。在第n个周期接收数据到RAM1，加密RAM2中的数据，并同时将RAM3中的数据发送出去；在第n+1个周期中，RAM1切换到加密模块，RAM2切换到通讯接口二，而RAM3切换到通讯接口一，这3个功能模块再分别对与其对应的RAM中的不同数据包进行处理，以保证平均一个处理周期处理一包数据，实现pipeline的流水线工作方式。
本发明方法最大限度的利用了所有模块资源，保证了数据流上的每一时刻每一个模块都在工作，大大提高了数据流加密的速度，使实时加密通讯和高速加密存储成为可能。通过对本发明方法的实际检测和与传统加密方法的对比测试，明显看出采用本发明方法实现的数据流加密，其速度比传统的方法提高50倍，甚至更高。有效的解决了目前通讯、移动存储中加入安全度高的加密算法后速度明显降低的问题，为实现高速数据流加密、高安全的加密存储设备以及安全通讯设备提供了可靠的硬件和技术保障。
Claims (2)
1.一种基于***级芯片的高速数据流加密传输方法，它使用的***级芯片包括通讯接口一、加密模块和通讯接口二，通讯接口一和加密模块相互连接，加密模块和通讯接口二相互连接，通讯接口一的输入端和通讯接口二的输出端分别连接数据通路，***级芯片上还包括分别对通讯接口一、加密模块和通讯接口二进行控制的CPU以及在同一周期内分别对应三个不同数据包的三个随机存储模块RAM1、RAM2和RAM3，其步骤为：
①n为自然数，在第n个周期，通讯接口一从数据通路接收数据包a并存放在RAM1内；加密模块对RAM2中的数据包b进行加密；RAM3中经加密的数据包d信息经通讯接口二发送出去；
②在第n+1个周期，加密模块对RAM1中的数据包a加密；RAM2中经加密的数据包b信息经通讯接口二发送出去；通讯接口一从数据通路接收数据包e并存放在RAM3内；
③在第n+2个周期，RAM1中经加密的数据包a信息经通讯接口二发送出去；通讯接口一从数据通路接收数据包c并存放在RAM2内；加密模块对RAM3中的数据包e加密。
2.根据权利要求1所述的基于***级芯片的高速数据流加密传输方法，其特征在于，所述通讯接口一和通讯接口二采用双端口的USB2.0、串行ATA、并行ATA或者Ethernet接口。
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