{RT}基于硬件逻辑加密的保密通信系统-丁群,杨自恒 人民邮电出版社 9787115378 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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丁群，杨自恒 著

图书标签:

• 信息安全
• 保密通信
• 硬件加密
• 逻辑加密
• 通信系统
• 密码学
• 嵌入式安全
• 丁群
• 杨自恒
• 人民邮电出版社

店铺： 华裕京通图书专营店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115378095

商品编码：29729885895

包装：平装

出版时间：2015-11-01

图书基本信息
图书名称	基于硬件逻辑加密的保密通信系统	作者	丁群,杨自恒
定价	88.00元	出版社	人民邮电出版社
ISBN	9787115378095	出版日期	2015-11-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装

内容简介

本书在传统密码学的基础上主要介绍了加密算法及HDL程序实现，重点给出了数据加密核与加密芯片设计，为保证信息的安全传输，设计了完整的数据加密系统。全书共15章。其中，章主要介绍本书研究对象和一些基础知识。第二章和第三章主要讲解基于可编程逻辑分组密码实现过程。第四章和第五章主要讲解基于可编程逻辑公钥密码实现过程。后几章则将分别介绍不同的相关技术和应用实例。

作者简介

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目录

目录 章 绪论 1.1 通信安全 1.2 保密通信系统 1.2.1 香农保密通信系统 1.2.2 加密系统基本原理 1.2.3 加密体制 1.3 现场可编程门阵列章 绪论 1.1 通信安全 1.2 保密通信系统 1.2.1 香农保密通信系统 1.2.2 加密系统基本原理 1.2.3 加密体制 1.3 现场可编程门阵列 1.4 VHDL编程 1.5 QuartusⅡ仿真软件 1.6 DSP Builder的设计 第2章 分组密码DES 2.1 DES算法描述 2.2 DES中的初始置换IP与初始逆置换IP-1 2.3 密码函数f 2.4 轮密钥的生成过程 第3章 基于FPGA的分组密码AES实现 3.1 ASE加密算法 3.1.1 AES算法数学知识 3.1.2 AES算法描述 3.1.3 AES算法一轮迭代 3.2 AES算法的FPGA实现 3.2.1 开发环境介绍 3.2.2 整体结构设计 3.2.3 系统分支模块设计 3.2.3.1 串口模块 3.2.3.2 串并转换模块 3.2.3.3 控制模块 3.2.3.4 密钥生成模块 3.2.3.5 加密模块 3.2.4 AES加密系统的片上测试 第4章 基于FPGA的RSA公钥密码实现 4.1 RSA算法数论知识 4.1.1 模运算的定义 4.1.2 欧几里得（Euclidean）算法 4.1.3 扩展欧几里得（Extended Euclidean）算法 4.1.4 模幂算法 4.1.5 模乘算法 4.1.6 公开密钥算法的密钥交换原理 4.2 RSA加解密算法理论 4.2.1 RSA加解密算法 4.2.2 RSA加密算法分析 4.2.2.1 p和q取值 4.2.2.2 d和e的选择 4.2.2.3加密和解密的算法 4.2.3 RSA算法举例与Matlab仿真 4.3 基于FPGA硬件实现RSA算法设计 4.3.1 实现RSA公钥算法的顶层设计 4.3.2 实现公钥 的互素判断模块设计 4.3.3 实现私钥 的模块设计 4.3.4 求模幂算法模块设计 第5章 基于FPGA的椭圆曲线加密算法实现 5.1 椭圆曲线加密算法理论 5.1.1 椭圆曲线相关理论 5.1.2 椭圆曲线群的运算法则 5.2 椭圆曲线加解密原理 5.2.1椭圆曲线离散对数问题 5.2.2 系统建立和密钥生成 5.2.3 椭圆曲线密码体制加解密过程 5.2.4 椭圆曲线相关参数 5.3 密钥交换协议 5.3.1 Diffie-Hellman密钥交换协议 5.3.2 ECDH密钥交换协议 5.4 椭圆曲线加密有限域运算模块设计 5.4.1有限域加法模块 5.4.2 有限域乘法模块 5.4.3 有限域平方模块 5.4.4有限域求逆模块 5.4.5 有限域运算模块的验证 5.5 点加和点倍单元设计 5.6 点乘单元设计 …… 第6章 基于FPGA的序列密码实现 第7章 混沌序列密码 第8章 纠错卷积编码的DSP实现 第9章 调制与解调 0章 数据传输加密系统 1章 无线数据传输加密系统 2章 网络加密卡的硬件设计 3章 网络加密卡PCI设备驱动开发 4章 网络加密卡动态链接库开发 5章 视频加密网络传输系统 参考文献

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文摘

序言

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深入解析新一代保密通信技术：硬件逻辑加密的应用与前景 在信息爆炸的时代，数据安全与隐私保护的重要性日益凸显。从个人通信到国家安全，再到商业机密的守护，可靠的保密通信技术是构建数字信任的基石。传统的加密算法虽然在理论层面提供了强大的安全保障，但在实际应用中，面对日益复杂的攻击手段和对高性能处理能力的需求，其局限性也逐渐显现。基于硬件逻辑加密的保密通信系统，正是在这样的背景下应运而生，为解决现有挑战提供了全新的思路和技术路径。 本文旨在深入探讨基于硬件逻辑加密的保密通信系统，阐述其核心原理、关键技术、设计挑战以及广阔的应用前景。我们将从硬件加密的优势出发，逐步剖析其在保密通信系统设计中的具体实现，并展望这一技术在未来信息安全领域的发展趋势。 一、硬件逻辑加密的独特优势 与软件加密相比，硬件逻辑加密在保密通信领域展现出不可替代的优势： 更高的安全性： 硬件加密将加密算法固化在专用的硬件电路中，极大地增加了恶意软件攻击和侧信道攻击的难度。软件加密容易受到病毒、木马等恶意程序的侵蚀，其算法和密钥容易暴露，而硬件加密则能有效地将敏感操作与易受攻击的软件环境隔离。例如，通过专门设计的加密逻辑单元，可以防止通过内存 dump 或调试器直接获取密钥。 更快的处理速度： 专用的硬件加密引擎能够并行执行加密和解密操作，其吞吐量和延迟远超软件实现。在需要高实时性、大数据量传输的保密通信场景下，如高清视频会议、实时数据流传输等，硬件加密能够提供流畅的用户体验，避免因加密解密延迟导致的服务中断。 更低的功耗： 针对特定加密算法优化的硬件电路，其能效比通常优于通用处理器执行软件算法。这对于功耗敏感的设备，如移动终端、嵌入式系统、物联网设备等尤为重要，能够延长设备的续航时间。 更强的物理防护： 专业的加密硬件模块通常具备物理防篡改设计，例如在遭受强行打开或探测时，能够自动销毁密钥，从而保护通信的机密性。 二、基于硬件逻辑加密的保密通信系统架构 一个典型的基于硬件逻辑加密的保密通信系统，其核心在于将加密和解密操作从软件层面迁移到硬件层面，并以此为基础构建端到端的安全通信链路。其架构通常包含以下关键组成部分： 1. 硬件加密模块（Hardware Security Module, HSM）： 这是系统的核心。HSM 是一种物理设备或专用集成电路（ASIC）/现场可编程门阵列（FPGA），专门用于生成、存储、管理和使用加密密钥，并执行加密/解密算法。在保密通信系统中，HSM 通常嵌入在通信终端（如手机、电脑、专用通信设备）或网络设备中。 2. 密钥管理系统： 密钥是加密通信的生命线。硬件加密模块能够安全地存储和隔离密钥，防止其泄露。密钥管理系统负责密钥的生成、分发、更新、轮换和销毁，确保整个通信链路的密钥安全。硬件加密模块可以作为密钥的“保险箱”，只有通过授权的硬件操作才能访问和使用密钥。 3. 加密/解密引擎： 这是 HSM 的一部分，负责执行具体的加密和解密运算。这些引擎通常是针对特定加密算法（如 AES, RSA, ECC 等）进行硬件优化的，能够以极高的效率完成计算。 4. 安全通信协议： 在硬件加密能力的基础上，需要设计或适配安全通信协议来确保数据的完整性、保密性和真实性。这些协议可以基于现有的标准（如 TLS/SSL 的硬件加速版本）或根据特定需求定制。硬件加密可以加速协议中的握手过程、数据加密/解密过程，提高通信效率。 5. 认证机制： 为了确保通信双方的身份合法，系统需要强大的认证机制。硬件加密模块可以用于生成和存储数字证书、私钥等，用于高效且安全的身份验证。例如，使用硬件生成的私钥进行数字签名，可以有效地防止身份伪造。 三、实现关键技术与设计挑战 构建高性能、高安全的基于硬件逻辑加密的保密通信系统，需要克服一系列技术挑战： 硬件加密算法的选择与优化： 需要根据应用场景的安全性需求、性能要求和功耗限制，选择合适的加密算法。针对这些算法进行硬件逻辑设计，需要深入理解算法原理，并进行高效的电路实现，以达到最佳的性能和面积（功耗）折衷。例如，对 AES 算法的 S-box 和 ShiftRows 操作进行并行化设计，可以显著提升加密速度。 密钥生成与存储的安全性： 密钥的安全性是硬件加密的重中之重。需要采用物理不可克隆函数（PUF）等技术，生成与硬件芯片唯一绑定的密钥，即使芯片被复制，也无法复制其固有的密钥。此外，密钥的存储也需要进行物理加固，防止物理探测和侧信道攻击。 侧信道攻击防护： 即使加密算法本身是安全的，但在硬件执行过程中，可能会泄露信息，例如通过功耗、电磁辐射、时序等。因此，在硬件逻辑设计中，需要引入各种防护措施，如掩码技术、常数时间执行、功耗均衡等，以降低侧信道泄露的风险。 固件更新与管理： 硬件加密模块的固件需要能够安全地更新和管理。不安全的固件更新机制可能引入新的漏洞。需要建立安全的固件签名和验证机制，确保只有经过授权的更新才能被加载。 系统集成与互操作性： 将硬件加密模块集成到现有的通信系统中，需要考虑接口兼容性、协议适配以及与软件部分的协同工作。确保不同厂商的硬件加密模块能够互操作，也是一个重要的挑战。 成本与功耗的权衡： 高度安全的硬件加密模块通常意味着更高的设计和制造成本，以及可能增加的功耗。在实际应用中，需要在安全性、性能、成本和功耗之间找到最优的平衡点。 四、应用前景与发展趋势 基于硬件逻辑加密的保密通信系统，其应用场景极其广泛，并且随着技术的不断发展，其重要性将愈发凸显： 物联网（IoT）安全： 随着物联网设备的爆炸式增长，其安全问题也日益严峻。将硬件加密集成到物联网设备中，能够为设备提供端到端的安全通信，防止数据被窃听或篡改，保障用户隐私和设备安全。例如，智能家居设备、工业传感器、医疗健康监测设备等，都需要强化的安全保障。 金融与支付安全： 敏感的金融交易信息和支付数据，要求极高的安全性。硬件加密模块可以用于保护支付卡中的密钥、进行安全的身份验证、加速交易签名等，大大提升金融交易的安全性。 政务与军事通信： 对于涉及国家安全和机密的通信，硬件加密提供了最高级别的安全保障。它能够抵御各种高级持续性威胁（APT）的攻击，确保通信链路的绝对安全。 企业数据保护： 企业的核心商业机密、客户数据等，一旦泄露将造成灾难性后果。硬件加密可以用于保护企业内部通信、远程访问、云存储等，构建坚实的数据安全防线。 5G/6G 通信安全： 新一代通信技术将带来更高的带宽和更复杂的网络架构，同时也对安全提出了新的挑战。硬件加密将是实现 5G/6G 网络高安全性的关键技术之一，能够加速信令加密、用户数据加密等过程。 区块链与去中心化应用： 在区块链技术中，私钥的管理和交易签名是核心安全环节。硬件加密模块可以提供安全的私钥存储和签名服务，增强区块链应用的安全性。 可信执行环境（TEE）的增强： 硬件加密技术可以作为可信执行环境（TEE）的重要组成部分，为敏感数据的处理和存储提供隔离和保护。 未来发展趋势： 通用硬件加密平台： 随着技术的发展，将出现更加通用化的硬件加密平台，能够支持多种加密算法和安全功能，降低开发和部署成本。 人工智能与硬件加密的融合： 将人工智能技术应用于硬件加密的设计和攻击检测，例如利用 AI 算法来优化加密电路，或者检测潜在的侧信道攻击。 更加灵活和动态的加密： 探索更加灵活和动态的加密机制，能够根据通信环境和安全威胁的变化，动态调整加密算法和密钥策略。 量子计算的应对： 随着量子计算的快速发展，对现有加密算法的安全性构成了潜在威胁。未来的硬件加密技术需要考虑抗量子计算攻击的解决方案。 结论 基于硬件逻辑加密的保密通信系统，代表了信息安全领域的一项重要技术进步。它通过将核心的加密和安全功能固化在硬件中，显著提升了通信的安全性、性能和可靠性。尽管在实现过程中存在诸多技术挑战，但随着半导体技术的不断成熟和安全需求的日益增长，这一技术必将在未来的信息安全体系中扮演越来越重要的角色，为构建一个更安全、更可信的数字世界奠定坚实的基础。从个人隐私的守护到国家战略的安全，硬件逻辑加密的应用前景无限广阔，值得我们持续关注和深入研究。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴，从封面到内页的排版，都透露出一种严谨又不失现代感的专业气质。我特别喜欢封面的那种深沉的蓝色调，配合着简洁有力的标题字体，一下子就能抓住你的眼球，让人忍不住想深入了解这背后的技术细节。翻开书本，纸张的质感也相当不错，阅读起来非常舒适，即便是长时间的研读也不会感到眼睛疲劳。更值得称赞的是，作者在章节的划分和内容的组织上展现了极高的逻辑性。每部分的过渡都自然流畅，使得即便是像“基于硬件逻辑加密”这种听起来有些晦涩的专业主题，也能被清晰地拆解成易于理解的小块。对于初次接触这类复杂系统的读者来说，这种精心设计的阅读体验无疑是巨大的加分项，它极大地降低了学习的门槛，让人感觉到作者在努力搭建一座连接理论与实践的桥梁，而不是单纯地堆砌晦涩难懂的术语。我感觉这不仅仅是一本技术手册，更像是一件精心打磨的艺术品，体现了人民邮电出版社在出版质量上的不懈追求。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格可以说是独树一帜，它巧妙地平衡了学术的严谨性与工程实践的可操作性。我发现作者在阐述复杂加密算法的底层原理时，并没有采用那种冷冰冰的数学推导，而是穿插了一些非常贴近实际应用场景的案例分析。这种叙事方式让我仿佛置身于一个高级研发会议室，听着经验丰富的工程师分享他们的心得体会，而不是枯燥地啃一本教科书。尤其是在讨论如何将逻辑加密有效地固化到硬件结构中时，作者的描述细致入微，涉及到了时序逻辑、门级电路优化等多个层面，每一个技术点都配上了清晰的图示辅助理解，这对于硬件安全领域的从业者来说简直是如虎添翼。我尤其欣赏作者对“保密通信”系统整体架构的宏观把握，它没有仅仅停留在加密模块本身，而是将加密置于整个通信链路中进行考量，这体现了作者深厚的系统工程背景。这种“知其然，更知其所以然”的叙述深度，让这本书的价值远远超出了普通的技术参考书的范畴，更像是一部凝聚了多年心血的行业白皮书。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的目录结构进行了细致的考察，发现作者对技术演进路径的把握达到了教科书级别的精准度。它不是简单地罗列现有的加密技术，而是像一位历史学家一样，梳理了从传统软件加密到基于硬件逻辑加密这一关键技术范式转移的历史必然性。书中对于为什么选择特定的硬件实现方式，而不是其他替代方案的论证过程，显得尤为有力。作者似乎在用一种“辩证”的视角，不断地审视和挑战既有的设计思路，从而推导出最符合“保密”和“效率”双重要求的解决方案。这种深入到设计哲学层面的探讨，对于那些希望构建下一代安全系统的架构师来说，无疑提供了宝贵的思想资源。我注意到，书中的一些章节对于新兴的物理不可克隆函数（PUF）在硬件安全中的潜在应用也进行了前瞻性的探讨，这表明作者的视野并没有局限于当前的主流技术，而是积极地拥抱未来。这本书的深度足以让资深专家有所启发，其广度也足够让初学者建立起一个坚实而全面的知识框架。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，给我最大的感受是作者对细节的偏执追求，尤其是在涉及底层实现和性能评估的部分。例如，在描述如何优化逻辑门的布局以抵抗侧信道攻击时，书中对功耗特征、电磁辐射分布的分析极其细致，甚至涉及到半导体工艺节点的特性对加密强度的影响。这种层面的剖析，对于任何需要在极端环境下部署安全系统的工程师来说，都是至关重要的“救命稻草”。我过去在处理类似问题时，常常需要花费大量时间去调研各种标准和规范，但这本书似乎已经将这些工作进行了高度的集成和提炼，直接给出了经过实践检验的优化策略。此外，书中提供的测试平台搭建指南和验证流程，清晰到几乎可以直接拿来复用，这极大地节省了研发周期。它不仅告诉我们“应该做什么”，更清晰地指明了“如何一步一步地去做”，这种工具书式的实用性，是很多理论导向的著作所不具备的。这本书无疑是为那些需要将理论转化为实际可运行、可部署产品的工程师量身定制的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴，从封面到内页的排版，都透露出一种严谨又不失现代感的专业气质。我特别喜欢封面的那种深沉的蓝色调，配合着简洁有力的标题字体，一下子就能抓住你的眼球，让人忍不住想深入了解这背后的技术细节。翻开书本，纸张的质感也相当不错，阅读起来非常舒适，即便是长时间的研读也不会感到眼睛疲劳。更值得称赞的是，作者在章节的划分和内容的组织上展现了极高的逻辑性。每部分的过渡都自然流畅，使得即便是像“基于硬件逻辑加密”这种听起来有些晦涩的专业主题，也能被清晰地拆解成易于理解的小块。对于初次接触这类复杂系统的读者来说，这种精心设计的阅读体验无疑是巨大的加分项，它极大地降低了学习的门槛，让人感觉到作者在努力搭建一座连接理论与实践的桥梁，而不是单纯地堆砌晦涩难懂的术语。我感觉这不仅仅是一本技术手册，更像是一件精心打磨的艺术品，体现了人民邮电出版社在出版质量上的不懈追求。 这本书的行文风格可以说是独树一帜，它巧妙地平衡了学术的严谨性与工程实践的可操作性。我发现作者在阐述复杂加密算法的底层原理时，并没有采用那种冷冰冰的数学推导，而是穿插了一些非常贴近实际应用场景的案例分析。这种叙事方式让我仿佛置身于一个高级研发会议室，听着经验丰富的工程师分享他们的心得体会，而不是枯燥地啃一本教科书。尤其是在讨论如何将逻辑加密有效地固化到硬件结构中时，作者的描述细致入微，涉及到了时序逻辑、门级电路优化等多个层面，每一个技术点都配上了清晰的图示辅助理解，这对于硬件安全领域的从业者来说简直是如虎添翼。我尤其欣赏作者对“保密通信”系统整体架构的宏观把握，它没有仅仅停留在加密模块本身，而是将加密置于整个通信链路中进行考量，这体现了作者深厚的系统工程背景。这种“知其然，更知其所以然”的叙述深度，让这本书的价值远远超出了普通的技术参考书的范畴，更像是一部凝聚了多年心血的行业白皮书。 我对这本书的目录结构进行了细致的考察，发现作者对技术演进路径的把握达到了教科书级别的精准度。它不是简单地罗列现有的加密技术，而是像一位历史学家一样，梳理了从传统软件加密到基于硬件逻辑加密这一关键技术范式转移的历史必然性。书中对于为什么选择特定的硬件实现方式，而不是其他替代方案的论证过程，显得尤为有力。作者似乎在用一种“辩证”的视角，不断地审视和挑战既有的设计思路，从而推导出最符合“保密”和“效率”双重要求的解决方案。这种深入到设计哲学层面的探讨，对于那些希望构建下一代安全系统的架构师来说，无疑提供了宝贵的思想资源。我注意到，书中的一些章节对于新兴的物理不可克隆函数（PUF）在硬件安全中的潜在应用也进行了前瞻性的探讨，这表明作者的视野并没有局限于当前的主流技术，而是积极地拥抱未来。这本书的深度足以让资深专家有所启发，其广度也足够让初学者建立起一个坚实而全面的知识框架。 阅读这本书的过程，给我最大的感受是作者对细节的偏执追求，尤其是在涉及底层实现和性能评估的部分。例如，在描述如何优化逻辑门的布局以抵抗侧信道攻击时，书中对功耗特征、电磁辐射分布的分析极其细致，甚至涉及到半导体工艺节点的特性对加密强度的影响。这种层面的剖析，对于任何需要在极端环境下部署安全系统的工程师来说，都是至关重要的“救命稻草”。我过去在处理类似问题时，常常需要花费大量时间去调研各种标准和规范，但这本书似乎已经将这些工作进行了高度的集成和提炼，直接给出了经过实践检验的优化策略。此外，书中提供的测试平台搭建指南和验证流程，清晰到几乎可以直接拿来复用，这极大地节省了研发周期。它不仅告诉我们“应该做什么”，更清晰地指明了“如何一步一步地去做”，这种工具书式的实用性，是很多理论导向的著作所不具备的。这本书无疑是为那些需要将理论转化为实际可运行、可部署产品的工程师量身定制的。 最后，这本书的学术价值和行业影响力是毋庸置疑的。出版自人民邮电出版社，本身就带有了一层质量保证的光环，而内容上对“硬件逻辑加密”这一前沿领域的深度挖掘，使其在同类书籍中脱颖而出。我观察到，书中引用的参考文献和交叉验证的知识点非常广泛，涵盖了密码学、VLSI设计、系统安全等多个学科，体现了作者扎实的跨学科功底。更难能可贵的是，书中不仅有理论的构建，还有对当前工业界和安全标准（如相关国家或国际安全标准）的对照分析，使得这本书具备了很高的参考价值，能够作为构建符合特定合规性要求的保密系统的基石。对于高校的师生和企业的研究人员而言，这本书提供了一个极佳的研究起点和深入探索的深度地图。它不仅仅是一个知识的载体，更像是一张通往高级硬件安全领域的“通行证”，能够有效帮助读者快速掌握该领域的核心技术壁垒和未来发展趋势。