CN107733590A - 一种高速总线的数据传输装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高速总线的数据传输装置及方法，能够解决现有高速总线数据传输存在的影响***速率和由于数据丢包、干扰、攻击等因素在数据接收端存在解密不成功的情况，导致数据接收失败，影响传输可靠性的问题。本发明采用了多个硬件加密处理单元对数据流进行并行加密，并行运算的优势完全消除了由于加密产生的对总线速率的影响；又由于建立了接收端解密失败进行重新传输的重传机制，总线传输的可靠性得到大大的提升。

Description

一种高速总线的数据传输装置及方法
技术领域
本发明涉及一种总线的数据传输方法，尤其涉及一种高速总线的数据传输装置；本发明还涉及一种基于高速总线的数据传输方法。
背景技术
随着大数据概念的提出，海量数据传输业务在云计算、图像处理、视频监控、音视频基础设施、工业控制、测试测量等领域迅猛增长，高速总线作为海量数据传输的桥梁，作用不可替代，由于高速总线具有标准化、速率高等优点，也日益成为了主要的军用总线技术，军用***的高速总线在传输数据中，首先需要保证数据的安全性，为了确保传输的安全性，通常的做法是：一、直接在数据发送源端利用软件加密算法对数据进行加密，然后按照传输协议对密文进行传输；二、利用硬件对数据源端发送出来的数据流进行加密，然后将加密后的数据流进行传输。第一种直接在数据发送源端利用软件加密算法对数据加密的方法将加密运算引入数据源端，这样便引入了用户人为干扰因素，产生潜在的安全隐患；第二种利用硬件对数据源端发送出来的数据流进行加密的方法虽避开了人为干扰因素，但目前受制于硬件自身加解密速度限制，会降低高速总线传输速率，从而影响***速率；另外由于数据丢包、干扰、攻击等因素在数据接收端存在解密不成功的情况，导致数据接收失败，影响传输可靠性的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种高速总线的数据传输装置及方法，能够解决现有高速总线数据传输存在的影响***速率和由于数据丢包、干扰、攻击等因素在数据接收端存在解密不成功的情况，导致数据接收失败，影响传输可靠性的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高速总线的数据传输装置，其特征在于，包括：数据加密帧封装单元、密钥生成单元、存储单元、调度控制单元、加密处理单元、数据交换单元、重传监听单元和重传信息生成单元；
所述数据加密帧封装单元分别与外部发送设备、密钥生成单元、重传信息生成单元、存储单元和调度控制单元相连，用于接收外部发送设备的外部数据流和所述密钥生成单元产生的密钥信息；同时，所述数据加密帧封装单元也接收所述重传信息生成单元的重传信息，并根据重传信息从所述存储单元读取相应待加密帧并发送给所述调度控制单元；
所述密钥生成单元与所述数据加密帧封装单元连接，用于检测所述数据加密帧封装单元接收到外部数据流后产生密钥生成信号，并根据检测到的密钥生成信号产生密钥信息；
所述加密处理单元为并列的多个处理单元，每个单元的加密处理工作相互独立；
所述调度控制单元与所述加密处理单元连接，检测所述加密处理单元的状态信息，并将待加密帧发送给状态空闲的加密处理单元；
所述数据交换单元与所述加密处理单元和外部接收设备连接，用于接收加密处理单元将待加密帧经加密处理后形成的密文帧，并将密文帧传送给外部接收设备，同时检测外部接收设备的重传请求信号，根据重传请求信号产生重传确认信号；
所述重传监听单元与数据交换单元连接，用于检测重传确认信号，并生成重传启动信号；
所述重传信息生成单元与重传监听单元连接，用于检测重传启动信号，并根据重传启动信号生成重传信息。
本发明还提供一种高速总线的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：数据加密帧封装单元接收外部发送设备传输的外部数据流后，产生密钥的生成信号，并将密钥生成信号发送至密钥生成单元；
步骤2：密钥生成单元接收到所述密钥生成信号后向数据加密帧封装单元回执密钥信息，数据加密帧收到回执信号后，将密钥信息和外部数据流封装成待加密帧发送给调度控制单元和存储单元；
步骤3：所述调度控制单元接收到待加密帧后，检测加密处理单元的状态信息，将待加密帧发送给状态空闲的加密处理单元生成密文帧，并由加密处理单元将密文帧发送至数据交换单元；
步骤4：数据交换单元接收到密文帧后，将密文帧发送到外部接收设备；
步骤5：外部接收设备对密文帧解密失败，则向数据交换单元发出重传请求信号，数据交换单元接收到重传请求信号后则生成重传确认信号，将重传确认信号发送给重传监听单元，由重传监听单元产生并向重传信息生成单元发送重传启动信号；重传信息生成单元检测到重传启动信号后，生成重传信息并发送重传信息给加密帧封装单元；
步骤6：当加密帧封装单元接收到重传信息后，根据重传信息从存储单元中取出相应的待加密帧，并按照步骤3到步骤4重新发送密文帧给外部接收设备。
优选地，所述的密钥生成单元可以由专用的密钥生成芯片构成，所生成的密钥信息可以是静态密钥或者动态密钥。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：本发明由于采用了多个硬件加密处理单元对数据流进行并行加密，并行运算的优势完全消除了由于加密产生的对总线速率的影响；又由于建立了接收端解密失败进行重新传输的重传机制，总线传输的可靠性得到大大的提升。
附图说明
图1是本发明的一种高速总线的传输方法及装置的实施例示意图。
图2是加密处理单元组成结构示意图。
图3是数据加密帧封装格式示意图。
图4是加密数据格式示意图。
图5是密文帧格式示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明的一种高速总线的数据传输装置的一个实施例，包括数据加密帧封装单元、密钥生成单元、存储单元、调度控制单元、至少两个加密处理单元、数据交换单元、重传监听单元和重传信息生成单元。
所述数据加密帧封装单元分别与外部发送设备、密钥生成单元、重传信息生成单元、存储单元和调度控制单元相连，用于接收外部发送设备的外部数据流和所述密钥生成单元产生的密钥信息，并将外部数据流和密钥信息封装成待加密帧后发送给所述调度控制单元和所述存储单元，所述存储单元可由DDR、DDRII、DDRIII、SDRAM组成。
若数据加密帧封装单元接收到所述重传信息生成单元的重传信息，则根据重传信息从所述存储单元读取相应待加密帧并发送给所述调度控制单元；所述外部发送设备可以为总线***中的一个节点，也可为PC机。
所述密钥生成单元与所述数据加密帧封装单元连接，用于检测所述数据加密帧封装单元接收到外部数据流后产生密钥生成信号，并根据检测到的密钥生成信号产生密钥信息；所述密钥生成单元可以由专用的密钥生成芯片构成、或者利用MCU、ARM、DSP、CPLD、FPGA或具有PowerPC、MIPS架构的可编程芯片组成。所述产生的密钥信息可以是静态密钥或动态密钥。
所述调度控制单元与并联的所述至少两个加密处理单元连接，用于检测每个加密处理单元的状态信息，将待加密帧发送给状态空闲的一个加密处理单元；所述加密处理单元状态信息的获取方式可以为主动询问获取方式、被动实时接收获取方式。
所述数据交换单元分别与并联的所述至少两个加密处理单元和外部接收设备连接，用于接收加密处理单元将待加密帧经加密处理后形成的密文帧，并将密文帧传送给外部接收设备，同时检测外部接收设备的重传请求信号，根据重传请求信号产生重传确认信号；所述重传请求信号可以是带特定标识的总线数据包。
所述重传监听单元与数据交换单元连接，用于检测重传确认信号，并生成重传启动信号；所述数据交换单元可由专门的交换器件设计构成、或者由FPGA进行逻辑电路设计。所述重传监听单元可由硬件电路进行设计；所述重传确认信号的检测可通过轮询查看、或者中断接收方式进行设计。
所述重传信息生成单元与重传监听单元连接，用于检测重传启动信号，并根据重传启动信号生成重传信息。
本发明提供了一种高速总线的数据传输方法，包括如下步骤：
步骤1：数据加密帧封装单元接收外部发送设备传输的外部数据流后，产生密钥的生成信号，并将密钥生成信号发送至密钥生成单元；
步骤2：密钥生成单元接收到所述密钥生成信号后向数据加密帧封装单元回执密钥信息，数据加密帧收到回执信号后，将密钥信息和外部数据流封装成待加密帧发送给调度控制单元和存储单元；
步骤3：所述调度控制单元接收到待加密帧后，检测加密处理单元的状态信息，将待加密帧发送给状态空闲的加密处理单元生成密文帧，并由加密处理单元将密文帧发送至数据交换单元；
步骤4：数据交换单元接收到密文帧后，将密文帧发送到外部接收设备；
步骤5：外部接收设备对密文帧解密失败，则向数据交换单元发出重传请求信号，数据交换单元接收到重传请求信号后则生成重传确认信号，将重传确认信号发送给重传监听单元，由重传监听单元产生并向重传信息生成单元发送重传启动信号；重传信息生成单元检测到重传启动信号后，生成重传信息并发送重传信息给加密帧封装单元；
步骤6：当加密帧封装单元接收到重传信息后，根据重传信息从存储单元中取出相应的待加密帧，并按照步骤3到步骤4重新发送密文帧给外部接收设备。
图2是加密处理单元组成结构示意图，加密处理单元包括双端口内存、加密帧封装单元和加密单元，工作流程包括：
加密帧封装单元从双端口内存中读出缓存的待加密帧，将待加密帧分解、重新封装成适合加密单元处理的长度的，加密数据包格式见图4，然后将分解出的密钥信息和重新封装成的加密数据包发送给加密单元。加密单元接收密钥信息和加密数据包，加密后形成密文数据，将密文数据封装成密文帧后发送。所述加密单元可以通过专门的加密芯片实现、或者利用FPGA、CPLD实现。
图3是待加密帧帧格式示意图，包括：帧编号、密钥信息、有效长度、数据。
图4是加密数据包格式示意图，包括：帧编号、固定码、有效长度和有效数据，所述固定码的作用是，当接收端解密出密文数据后若固定码与***设定的固定码不同，则表示解密失败，据此发送重传请求信号。
图5是密文帧帧格式示意图，包括：帧头、密文数据、帧尾。所述帧头、帧尾的作用是，当接收端收到的密文帧帧头、帧尾与设定的帧头、帧尾不同时，则表输失败，据此发送重传请示传求信号。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种高速总线的数据传输装置，其特征在于，包括：数据加密帧封装单元、密钥生成单元、存储单元、调度控制单元、加密处理单元、数据交换单元、重传监听单元和重传信息生成单元；
所述数据加密帧封装单元分别与外部发送设备、密钥生成单元、重传信息生成单元、存储单元和调度控制单元相连，用于接收外部发送设备的外部数据流和所述密钥生成单元产生的密钥信息；同时，所述数据加密帧封装单元也接收所述重传信息生成单元的重传信息，并根据重传信息从所述存储单元读取相应待加密帧并发送给所述调度控制单元；
所述密钥生成单元与所述数据加密帧封装单元连接，用于检测所述数据加密帧封装单元接收到外部数据流后产生密钥生成信号，并根据检测到的密钥生成信号产生密钥信息；
所述调度控制单元与所述加密处理单元连接，检测所述加密处理单元的状态信息，并将待加密帧发送给状态空闲的加密处理单元；
所述数据交换单元与所述加密处理单元和外部接收设备连接，用于接收加密处理单元将待加密帧经加密处理后形成的密文帧，并将密文帧传送给外部接收设备，同时检测外部接收设备的重传请求信号，根据重传请求信号产生重传确认信号；
所述重传监听单元与数据交换单元连接，用于检测重传确认信号，并生成重传启动信号；
所述重传信息生成单元与重传监听单元连接，用于检测重传启动信号，并根据重传启动信号生成重传信息。
2.本发明还提供一种高速总线的数据传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：数据加密帧封装单元接收外部发送设备传输的外部数据流后，产生密钥的生成信号，并将密钥生成信号发送至密钥生成单元；
步骤2：密钥生成单元接收到所述密钥生成信号后向数据加密帧封装单元回执密钥信息，数据加密帧收到回执信号后，将密钥信息和外部数据流封装成待加密帧发送给调度控制单元和存储单元；
步骤3：所述调度控制单元接收到待加密帧后，检测加密处理单元的状态信息，将待加密帧发送给状态空闲的加密处理单元生成密文帧，并由加密处理单元将密文帧发送至数据交换单元；
步骤4：数据交换单元接收到密文帧后，将密文帧发送到外部接收设备；
步骤5：外部接收设备对密文帧解密失败，则向数据交换单元发出重传请求信号，数据交换单元接收到重传请求信号后则生成重传确认信号，将重传确认信号发送给重传监听单元，由重传监听单元产生并向重传信息生成单元发送重传启动信号；重传信息生成单元检测到重传启动信号后，生成重传信息并发送重传信息给加密帧封装单元；
步骤6：当加密帧封装单元接收到重传信息后，根据重传信息从存储单元中取出相应的待加密帧，并按照步骤3到步骤4重新发送密文帧给外部接收设备。
3.根据权利要求1所述的一种高速总线的数据传输装置，其特征在于：所述的密钥生成单元可以由专用的密钥生成芯片构成，所生成的密钥信息包括静态密钥以及动态密钥。
4.根据权利要求1所述的一种高速总线的数据传输装置，其特征在于：所述加密处理单元为并列的多个处理单元，每个单元的加密处理工作相互独立。
5.根据权利要求2所述的一种基于高速总线的数据传输方法，其特征在于：所述加密处理单元包括双端口内存、加密帧封装单元和加密单元，其工作流程包括：加密帧封装单元从双端口内存中读出缓存的待加密帧，将待加密帧分解、重新封装成适合加密单元处理的长度的，然后将分解出的密钥信息和重新封装成的加密数据包发送给加密单元；加密单元接收密钥信息和加密数据包，加密后形成密文数据，将密文数据封装成密文帧后发送。
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