高速數據流加密轉接器設計方案
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隨著(zhù)數字化、信息化的迅速增長(cháng)與普及，人們日常生活中的數據資料交換、數據備份頻率顯著(zhù)增多。作為數據交換和數據備份的介質(zhì)，U盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)等移動(dòng)存儲設備已經(jīng)得到了很廣泛的應用。人們越來(lái)越多地將重要數據和私密信息通過(guò)移動(dòng)存儲設備進(jìn)行傳遞、備份。與此同時(shí)，對存儲數據的安全性和私密性也提出了一個(gè)較高的要求。普通的移動(dòng)存儲設備速度快，但是無(wú)安全性可言。而提高存儲數據的安全強度往往是以犧牲傳輸速度作為代價(jià)的，因此傳統意義上的安全移動(dòng)存儲設備很難做到高安全性和高速度兼備。
為能夠圓滿(mǎn)地解決高安全性和高速傳輸這一對矛盾，一款具有高數據流吞吐速度和高強度加密算法的SoC芯片TF32A09在同方股份有限公司研制成功并已投入批量生產(chǎn)。隨著(zhù)TF32A09芯片的推出，一種全新概念的移動(dòng)存儲加密解決方案(即高速數據流加密轉接器)也隨之誕生。
數據流加解密轉接器設計方案
高速數據流加密轉接器具有2個(gè)USB 2.0高速(480Mb/s)接口(OTG)和內置高速加密算法(如SM1)。其中USB_Host接口和傳統的移動(dòng)存儲設備相接、USB_Device接口和PC機相接，通過(guò)TF32A09的高速算法和獨有Pipe line(流水線(xiàn))機制，對USB的上下行數據進(jìn)行全硬件加密。在保證USB 2.0高速通訊的同時(shí)實(shí)現對數據的高強度硬加密。由于高速數據流加密轉接器具有USB_Host接口，且支持Mass Storage設備類(lèi)，可以將傳統意義上的移動(dòng)存儲設備中的數據進(jìn)行加密解密，再將數據傳給PC機。以U盤(pán)為例，可以將一個(gè)普通的U盤(pán)瞬間轉變成具有全硬件加密功能的高強度加密U盤(pán)。而對于用戶(hù)而言，僅僅是在PC的USB接口上增加了一個(gè)小設備，便可輕松實(shí)現從普通U盤(pán)到加密U盤(pán)的安全升級。
那么，為什么在USB接口上多添加了一個(gè)加密設備而不會(huì )造成傳輸速度降低？為什么要選擇TF32A09作為主控芯片？TF32A09工作機里是什么，在數據流加解密上TF32A09又有哪些獨到之處呢？
TF32A09芯片簡(jiǎn)介
TF32A09 系列芯片是同方股份有限公司計算機系統本部自主研發(fā)的一款高速度、高性能32 位信息安全SoC芯片。該芯片集成了高速的安全算法和通訊接口，摒棄了傳統的數據加解密處理方式，使數據流加解密速度大幅提升，適用于高速數據流加密。
TF32A09 系列芯片支持國家密碼管理局指定的對稱(chēng)密碼算法、非對稱(chēng)密碼算法和雜湊算法，同時(shí)支持國際通用密碼算法。芯片處理能力強、安全性高、功耗低、接口豐富，具有極高的性?xún)r(jià)比。
高度集成的單芯片數據流加密解決方案。在單顆SoC上集成了32 位高速CPU、易失和非易失存儲器、國密局指定的密碼算法(SM1、SM2、SM3、SMS4)、國際通用密碼算法和多種滿(mǎn)足高速數據流加密應用的通訊接口。擁有兩個(gè)USB-OTG接口，可根據應用需求設置成Host、Device 或OTG；滿(mǎn)足基于USB接口的高速數據流加解密應用。在SoC內部采用流水線(xiàn)的架構，使得在同一個(gè)周期內并行執行3個(gè)模塊(USB_Host、USB_Device、算法)，同時(shí)完成3個(gè)任務(wù)，大大縮短了一包數據處理的平均時(shí)間。改變了CPU傳統的管理方式，其僅作為加密模塊和通訊接口的控制端，而不在數據搬運的通路上，避免因CPU執行冗長(cháng)的代碼占用過(guò)多的時(shí)間。
用TF32A09實(shí)現高速加密
基于TF32A09芯片的數據流加密方案采用芯片內的硬件模塊完成數據的加解密和高速傳輸，安全度更高、傳輸速度快。該方案架構摒棄了傳統的加解密數據進(jìn)出均由CPU控制的管理方式，使用SoC芯片中的硬件模塊實(shí)現加密、傳輸的過(guò)程，每一個(gè)步驟均由專(zhuān)門(mén)的硬件模塊負責。高速加密模塊(SM1)完成對數據流的快速加解密，高速通訊接口(USB2.0)完成數據的傳輸，使大批量的數據安全地流動(dòng)起來(lái)，從而實(shí)現了對數據流的實(shí)時(shí)加密傳輸?；赥F32A09芯片的數據流加密方案的系統框圖如圖3所示。
雖然采用了高速的通訊接口和高速加密模塊，但是每一包數據在完成接收、加密/解密、發(fā)送這3個(gè)步驟時(shí)，都會(huì )占用一定的時(shí)間，如果順序執行，比沒(méi)有加密功能的產(chǎn)品在速度上降低很多。為再次提高加密傳輸速度，基于TF32A09芯片的數據流加密方案在數據加密傳輸的過(guò)程中采用了Pipe line(流水線(xiàn))的數據處理方式，可使處理速度再提高2倍。同方股份推出了安全移動(dòng)存儲解決方案套件，利用該套件對安全移動(dòng)硬盤(pán)進(jìn)行加解密的有效數據加解密速度可達200Mb/S，該速度比采用傳統方案的安全移動(dòng)存儲至少提升5倍以上。
本文小結
隨著(zhù)TF32A09系列芯片的問(wèn)世，有效地解決了高速數據流硬加密這個(gè)技術(shù)難題。本文只作拋磚引玉，相信業(yè)內同仁會(huì )在加密存儲、加密鍵盤(pán)、加密通訊、加密視頻、加密音頻等領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)出更多更好的應用方案，為數字化時(shí)代的信息安全保駕護航。
![[組圖]精密的單電源光檢測電路設計方案](http://uphotos.eepw.com.cn/fetch/20220926/59_97_17_0.jpg)
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