{RT}基於硬件邏輯加密的保密通信係統-丁群,楊自恒 人民郵電齣版社 9787115378 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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丁群，楊自恒 著

圖書標籤:

• 信息安全
• 保密通信
• 硬件加密
• 邏輯加密
• 通信係統
• 密碼學
• 嵌入式安全
• 丁群
• 楊自恒
• 人民郵電齣版社

店鋪： 華裕京通圖書專營店

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115378095

商品編碼：29729885895

包裝：平裝

齣版時間：2015-11-01

圖書基本信息
圖書名稱	基於硬件邏輯加密的保密通信係統	作者	丁群,楊自恒
定價	88.00元	齣版社	人民郵電齣版社
ISBN	9787115378095	齣版日期	2015-11-01
字數		頁碼
版次	1	裝幀	平裝

內容簡介

本書在傳統密碼學的基礎上主要介紹瞭加密算法及HDL程序實現，重點給齣瞭數據加密核與加密芯片設計，為保證信息的安全傳輸，設計瞭完整的數據加密係統。全書共15章。其中，章主要介紹本書研究對象和一些基礎知識。第二章和第三章主要講解基於可編程邏輯分組密碼實現過程。第四章和第五章主要講解基於可編程邏輯公鑰密碼實現過程。後幾章則將分彆介紹不同的相關技術和應用實例。

作者簡介

精彩內容敬請期待

目錄

目錄 章 緒論 1.1 通信安全 1.2 保密通信係統 1.2.1 香農保密通信係統 1.2.2 加密係統基本原理 1.2.3 加密體製 1.3 現場可編程門陣列章 緒論 1.1 通信安全 1.2 保密通信係統 1.2.1 香農保密通信係統 1.2.2 加密係統基本原理 1.2.3 加密體製 1.3 現場可編程門陣列 1.4 VHDL編程 1.5 QuartusⅡ仿真軟件 1.6 DSP Builder的設計 第2章 分組密碼DES 2.1 DES算法描述 2.2 DES中的初始置換IP與初始逆置換IP-1 2.3 密碼函數f 2.4 輪密鑰的生成過程 第3章 基於FPGA的分組密碼AES實現 3.1 ASE加密算法 3.1.1 AES算法數學知識 3.1.2 AES算法描述 3.1.3 AES算法一輪迭代 3.2 AES算法的FPGA實現 3.2.1 開發環境介紹 3.2.2 整體結構設計 3.2.3 係統分支模塊設計 3.2.3.1 串口模塊 3.2.3.2 串並轉換模塊 3.2.3.3 控製模塊 3.2.3.4 密鑰生成模塊 3.2.3.5 加密模塊 3.2.4 AES加密係統的片上測試 第4章 基於FPGA的RSA公鑰密碼實現 4.1 RSA算法數論知識 4.1.1 模運算的定義 4.1.2 歐幾裏得（Euclidean）算法 4.1.3 擴展歐幾裏得（Extended Euclidean）算法 4.1.4 模冪算法 4.1.5 模乘算法 4.1.6 公開密鑰算法的密鑰交換原理 4.2 RSA加解密算法理論 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的選擇 4.2.2.3加密和解密的算法 4.2.3 RSA算法舉例與Matlab仿真 4.3 基於FPGA硬件實現RSA算法設計 4.3.1 實現RSA公鑰算法的頂層設計 4.3.2 實現公鑰 的互素判斷模塊設計 4.3.3 實現私鑰 的模塊設計 4.3.4 求模冪算法模塊設計 第5章 基於FPGA的橢圓麯綫加密算法實現 5.1 橢圓麯綫加密算法理論 5.1.1 橢圓麯綫相關理論 5.1.2 橢圓麯綫群的運算法則 5.2 橢圓麯綫加解密原理 5.2.1橢圓麯綫離散對數問題 5.2.2 係統建立和密鑰生成 5.2.3 橢圓麯綫密碼體製加解密過程 5.2.4 橢圓麯綫相關參數 5.3 密鑰交換協議 5.3.1 Diffie-Hellman密鑰交換協議 5.3.2 ECDH密鑰交換協議 5.4 橢圓麯綫加密有限域運算模塊設計 5.4.1有限域加法模塊 5.4.2 有限域乘法模塊 5.4.3 有限域平方模塊 5.4.4有限域求逆模塊 5.4.5 有限域運算模塊的驗證 5.5 點加和點倍單元設計 5.6 點乘單元設計 …… 第6章 基於FPGA的序列密碼實現 第7章 混沌序列密碼 第8章 糾錯捲積編碼的DSP實現 第9章 調製與解調 0章 數據傳輸加密係統 1章 無綫數據傳輸加密係統 2章 網絡加密卡的硬件設計 3章 網絡加密卡PCI設備驅動開發 4章 網絡加密卡動態鏈接庫開發 5章 視頻加密網絡傳輸係統 參考文獻

編輯推薦

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文摘

序言

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深入解析新一代保密通信技術：硬件邏輯加密的應用與前景 在信息爆炸的時代，數據安全與隱私保護的重要性日益凸顯。從個人通信到國傢安全，再到商業機密的守護，可靠的保密通信技術是構建數字信任的基石。傳統的加密算法雖然在理論層麵提供瞭強大的安全保障，但在實際應用中，麵對日益復雜的攻擊手段和對高性能處理能力的需求，其局限性也逐漸顯現。基於硬件邏輯加密的保密通信係統，正是在這樣的背景下應運而生，為解決現有挑戰提供瞭全新的思路和技術路徑。 本文旨在深入探討基於硬件邏輯加密的保密通信係統，闡述其核心原理、關鍵技術、設計挑戰以及廣闊的應用前景。我們將從硬件加密的優勢齣發，逐步剖析其在保密通信係統設計中的具體實現，並展望這一技術在未來信息安全領域的發展趨勢。 一、硬件邏輯加密的獨特優勢 與軟件加密相比，硬件邏輯加密在保密通信領域展現齣不可替代的優勢： 更高的安全性： 硬件加密將加密算法固化在專用的硬件電路中，極大地增加瞭惡意軟件攻擊和側信道攻擊的難度。軟件加密容易受到病毒、木馬等惡意程序的侵蝕，其算法和密鑰容易暴露，而硬件加密則能有效地將敏感操作與易受攻擊的軟件環境隔離。例如，通過專門設計的加密邏輯單元，可以防止通過內存 dump 或調試器直接獲取密鑰。 更快的處理速度： 專用的硬件加密引擎能夠並行執行加密和解密操作，其吞吐量和延遲遠超軟件實現。在需要高實時性、大數據量傳輸的保密通信場景下，如高清視頻會議、實時數據流傳輸等，硬件加密能夠提供流暢的用戶體驗，避免因加密解密延遲導緻的服務中斷。 更低的功耗： 針對特定加密算法優化的硬件電路，其能效比通常優於通用處理器執行軟件算法。這對於功耗敏感的設備，如移動終端、嵌入式係統、物聯網設備等尤為重要，能夠延長設備的續航時間。 更強的物理防護： 專業的加密硬件模塊通常具備物理防篡改設計，例如在遭受強行打開或探測時，能夠自動銷毀密鑰，從而保護通信的機密性。 二、基於硬件邏輯加密的保密通信係統架構 一個典型的基於硬件邏輯加密的保密通信係統，其核心在於將加密和解密操作從軟件層麵遷移到硬件層麵，並以此為基礎構建端到端的安全通信鏈路。其架構通常包含以下關鍵組成部分： 1. 硬件加密模塊（Hardware Security Module, HSM）： 這是係統的核心。HSM 是一種物理設備或專用集成電路（ASIC）/現場可編程門陣列（FPGA），專門用於生成、存儲、管理和使用加密密鑰，並執行加密/解密算法。在保密通信係統中，HSM 通常嵌入在通信終端（如手機、電腦、專用通信設備）或網絡設備中。 2. 密鑰管理係統： 密鑰是加密通信的生命綫。硬件加密模塊能夠安全地存儲和隔離密鑰，防止其泄露。密鑰管理係統負責密鑰的生成、分發、更新、輪換和銷毀，確保整個通信鏈路的密鑰安全。硬件加密模塊可以作為密鑰的“保險箱”，隻有通過授權的硬件操作纔能訪問和使用密鑰。 3. 加密/解密引擎： 這是 HSM 的一部分，負責執行具體的加密和解密運算。這些引擎通常是針對特定加密算法（如 AES, RSA, ECC 等）進行硬件優化的，能夠以極高的效率完成計算。 4. 安全通信協議： 在硬件加密能力的基礎上，需要設計或適配安全通信協議來確保數據的完整性、保密性和真實性。這些協議可以基於現有的標準（如 TLS/SSL 的硬件加速版本）或根據特定需求定製。硬件加密可以加速協議中的握手過程、數據加密/解密過程，提高通信效率。 5. 認證機製： 為瞭確保通信雙方的身份閤法，係統需要強大的認證機製。硬件加密模塊可以用於生成和存儲數字證書、私鑰等，用於高效且安全的身份驗證。例如，使用硬件生成的私鑰進行數字簽名，可以有效地防止身份僞造。 三、實現關鍵技術與設計挑戰 構建高性能、高安全的基於硬件邏輯加密的保密通信係統，需要剋服一係列技術挑戰： 硬件加密算法的選擇與優化： 需要根據應用場景的安全性需求、性能要求和功耗限製，選擇閤適的加密算法。針對這些算法進行硬件邏輯設計，需要深入理解算法原理，並進行高效的電路實現，以達到最佳的性能和麵積（功耗）摺衷。例如，對 AES 算法的 S-box 和 ShiftRows 操作進行並行化設計，可以顯著提升加密速度。 密鑰生成與存儲的安全性： 密鑰的安全性是硬件加密的重中之重。需要采用物理不可剋隆函數（PUF）等技術，生成與硬件芯片唯一綁定的密鑰，即使芯片被復製，也無法復製其固有的密鑰。此外，密鑰的存儲也需要進行物理加固，防止物理探測和側信道攻擊。 側信道攻擊防護： 即使加密算法本身是安全的，但在硬件執行過程中，可能會泄露信息，例如通過功耗、電磁輻射、時序等。因此，在硬件邏輯設計中，需要引入各種防護措施，如掩碼技術、常數時間執行、功耗均衡等，以降低側信道泄露的風險。 固件更新與管理： 硬件加密模塊的固件需要能夠安全地更新和管理。不安全的固件更新機製可能引入新的漏洞。需要建立安全的固件簽名和驗證機製，確保隻有經過授權的更新纔能被加載。 係統集成與互操作性： 將硬件加密模塊集成到現有的通信係統中，需要考慮接口兼容性、協議適配以及與軟件部分的協同工作。確保不同廠商的硬件加密模塊能夠互操作，也是一個重要的挑戰。 成本與功耗的權衡： 高度安全的硬件加密模塊通常意味著更高的設計和製造成本，以及可能增加的功耗。在實際應用中，需要在安全性、性能、成本和功耗之間找到最優的平衡點。 四、應用前景與發展趨勢 基於硬件邏輯加密的保密通信係統，其應用場景極其廣泛，並且隨著技術的不斷發展，其重要性將愈發凸顯： 物聯網（IoT）安全： 隨著物聯網設備的爆炸式增長，其安全問題也日益嚴峻。將硬件加密集成到物聯網設備中，能夠為設備提供端到端的安全通信，防止數據被竊聽或篡改，保障用戶隱私和設備安全。例如，智能傢居設備、工業傳感器、醫療健康監測設備等，都需要強化的安全保障。 金融與支付安全： 敏感的金融交易信息和支付數據，要求極高的安全性。硬件加密模塊可以用於保護支付卡中的密鑰、進行安全的身份驗證、加速交易簽名等，大大提升金融交易的安全性。 政務與軍事通信： 對於涉及國傢安全和機密的通信，硬件加密提供瞭最高級彆的安全保障。它能夠抵禦各種高級持續性威脅（APT）的攻擊，確保通信鏈路的絕對安全。 企業數據保護： 企業的核心商業機密、客戶數據等，一旦泄露將造成災難性後果。硬件加密可以用於保護企業內部通信、遠程訪問、雲存儲等，構建堅實的數據安全防綫。 5G/6G 通信安全： 新一代通信技術將帶來更高的帶寬和更復雜的網絡架構，同時也對安全提齣瞭新的挑戰。硬件加密將是實現 5G/6G 網絡高安全性的關鍵技術之一，能夠加速信令加密、用戶數據加密等過程。 區塊鏈與去中心化應用： 在區塊鏈技術中，私鑰的管理和交易簽名是核心安全環節。硬件加密模塊可以提供安全的私鑰存儲和簽名服務，增強區塊鏈應用的安全性。 可信執行環境（TEE）的增強： 硬件加密技術可以作為可信執行環境（TEE）的重要組成部分，為敏感數據的處理和存儲提供隔離和保護。 未來發展趨勢： 通用硬件加密平颱： 隨著技術的發展，將齣現更加通用化的硬件加密平颱，能夠支持多種加密算法和安全功能，降低開發和部署成本。 人工智能與硬件加密的融閤： 將人工智能技術應用於硬件加密的設計和攻擊檢測，例如利用 AI 算法來優化加密電路，或者檢測潛在的側信道攻擊。 更加靈活和動態的加密： 探索更加靈活和動態的加密機製，能夠根據通信環境和安全威脅的變化，動態調整加密算法和密鑰策略。 量子計算的應對： 隨著量子計算的快速發展，對現有加密算法的安全性構成瞭潛在威脅。未來的硬件加密技術需要考慮抗量子計算攻擊的解決方案。 結論 基於硬件邏輯加密的保密通信係統，代錶瞭信息安全領域的一項重要技術進步。它通過將核心的加密和安全功能固化在硬件中，顯著提升瞭通信的安全性、性能和可靠性。盡管在實現過程中存在諸多技術挑戰，但隨著半導體技術的不斷成熟和安全需求的日益增長，這一技術必將在未來的信息安全體係中扮演越來越重要的角色，為構建一個更安全、更可信的數字世界奠定堅實的基礎。從個人隱私的守護到國傢戰略的安全，硬件邏輯加密的應用前景無限廣闊，值得我們持續關注和深入研究。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的目錄結構進行瞭細緻的考察，發現作者對技術演進路徑的把握達到瞭教科書級彆的精準度。它不是簡單地羅列現有的加密技術，而是像一位曆史學傢一樣，梳理瞭從傳統軟件加密到基於硬件邏輯加密這一關鍵技術範式轉移的曆史必然性。書中對於為什麼選擇特定的硬件實現方式，而不是其他替代方案的論證過程，顯得尤為有力。作者似乎在用一種“辯證”的視角，不斷地審視和挑戰既有的設計思路，從而推導齣最符閤“保密”和“效率”雙重要求的解決方案。這種深入到設計哲學層麵的探討，對於那些希望構建下一代安全係統的架構師來說，無疑提供瞭寶貴的思想資源。我注意到，書中的一些章節對於新興的物理不可剋隆函數（PUF）在硬件安全中的潛在應用也進行瞭前瞻性的探討，這錶明作者的視野並沒有局限於當前的主流技術，而是積極地擁抱未來。這本書的深度足以讓資深專傢有所啓發，其廣度也足夠讓初學者建立起一個堅實而全麵的知識框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計簡直是一場視覺盛宴，從封麵到內頁的排版，都透露齣一種嚴謹又不失現代感的專業氣質。我特彆喜歡封麵的那種深沉的藍色調，配閤著簡潔有力的標題字體，一下子就能抓住你的眼球，讓人忍不住想深入瞭解這背後的技術細節。翻開書本，紙張的質感也相當不錯，閱讀起來非常舒適，即便是長時間的研讀也不會感到眼睛疲勞。更值得稱贊的是，作者在章節的劃分和內容的組織上展現瞭極高的邏輯性。每部分的過渡都自然流暢，使得即便是像“基於硬件邏輯加密”這種聽起來有些晦澀的專業主題，也能被清晰地拆解成易於理解的小塊。對於初次接觸這類復雜係統的讀者來說，這種精心設計的閱讀體驗無疑是巨大的加分項，它極大地降低瞭學習的門檻，讓人感覺到作者在努力搭建一座連接理論與實踐的橋梁，而不是單純地堆砌晦澀難懂的術語。我感覺這不僅僅是一本技術手冊，更像是一件精心打磨的藝術品，體現瞭人民郵電齣版社在齣版質量上的不懈追求。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文風格可以說是獨樹一幟，它巧妙地平衡瞭學術的嚴謹性與工程實踐的可操作性。我發現作者在闡述復雜加密算法的底層原理時，並沒有采用那種冷冰冰的數學推導，而是穿插瞭一些非常貼近實際應用場景的案例分析。這種敘事方式讓我仿佛置身於一個高級研發會議室，聽著經驗豐富的工程師分享他們的心得體會，而不是枯燥地啃一本教科書。尤其是在討論如何將邏輯加密有效地固化到硬件結構中時，作者的描述細緻入微，涉及到瞭時序邏輯、門級電路優化等多個層麵，每一個技術點都配上瞭清晰的圖示輔助理解，這對於硬件安全領域的從業者來說簡直是如虎添翼。我尤其欣賞作者對“保密通信”係統整體架構的宏觀把握，它沒有僅僅停留在加密模塊本身，而是將加密置於整個通信鏈路中進行考量，這體現瞭作者深厚的係統工程背景。這種“知其然，更知其所以然”的敘述深度，讓這本書的價值遠遠超齣瞭普通的技術參考書的範疇，更像是一部凝聚瞭多年心血的行業白皮書。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，給我最大的感受是作者對細節的偏執追求，尤其是在涉及底層實現和性能評估的部分。例如，在描述如何優化邏輯門的布局以抵抗側信道攻擊時，書中對功耗特徵、電磁輻射分布的分析極其細緻，甚至涉及到半導體工藝節點的特性對加密強度的影響。這種層麵的剖析，對於任何需要在極端環境下部署安全係統的工程師來說，都是至關重要的“救命稻草”。我過去在處理類似問題時，常常需要花費大量時間去調研各種標準和規範，但這本書似乎已經將這些工作進行瞭高度的集成和提煉，直接給齣瞭經過實踐檢驗的優化策略。此外，書中提供的測試平颱搭建指南和驗證流程，清晰到幾乎可以直接拿來復用，這極大地節省瞭研發周期。它不僅告訴我們“應該做什麼”，更清晰地指明瞭“如何一步一步地去做”，這種工具書式的實用性，是很多理論導嚮的著作所不具備的。這本書無疑是為那些需要將理論轉化為實際可運行、可部署産品的工程師量身定製的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計簡直是一場視覺盛宴，從封麵到內頁的排版，都透露齣一種嚴謹又不失現代感的專業氣質。我特彆喜歡封麵的那種深沉的藍色調，配閤著簡潔有力的標題字體，一下子就能抓住你的眼球，讓人忍不住想深入瞭解這背後的技術細節。翻開書本，紙張的質感也相當不錯，閱讀起來非常舒適，即便是長時間的研讀也不會感到眼睛疲勞。更值得稱贊的是，作者在章節的劃分和內容的組織上展現瞭極高的邏輯性。每部分的過渡都自然流暢，使得即便是像“基於硬件邏輯加密”這種聽起來有些晦澀的專業主題，也能被清晰地拆解成易於理解的小塊。對於初次接觸這類復雜係統的讀者來說，這種精心設計的閱讀體驗無疑是巨大的加分項，它極大地降低瞭學習的門檻，讓人感覺到作者在努力搭建一座連接理論與實踐的橋梁，而不是單純地堆砌晦澀難懂的術語。我感覺這不僅僅是一本技術手冊，更像是一件精心打磨的藝術品，體現瞭人民郵電齣版社在齣版質量上的不懈追求。 這本書的行文風格可以說是獨樹一幟，它巧妙地平衡瞭學術的嚴謹性與工程實踐的可操作性。我發現作者在闡述復雜加密算法的底層原理時，並沒有采用那種冷冰冰的數學推導，而是穿插瞭一些非常貼近實際應用場景的案例分析。這種敘事方式讓我仿佛置身於一個高級研發會議室，聽著經驗豐富的工程師分享他們的心得體會，而不是枯燥地啃一本教科書。尤其是在討論如何將邏輯加密有效地固化到硬件結構中時，作者的描述細緻入微，涉及到瞭時序邏輯、門級電路優化等多個層麵，每一個技術點都配上瞭清晰的圖示輔助理解，這對於硬件安全領域的從業者來說簡直是如虎添翼。我尤其欣賞作者對“保密通信”係統整體架構的宏觀把握，它沒有僅僅停留在加密模塊本身，而是將加密置於整個通信鏈路中進行考量，這體現瞭作者深厚的係統工程背景。這種“知其然，更知其所以然”的敘述深度，讓這本書的價值遠遠超齣瞭普通的技術參考書的範疇，更像是一部凝聚瞭多年心血的行業白皮書。 我對這本書的目錄結構進行瞭細緻的考察，發現作者對技術演進路徑的把握達到瞭教科書級彆的精準度。它不是簡單地羅列現有的加密技術，而是像一位曆史學傢一樣，梳理瞭從傳統軟件加密到基於硬件邏輯加密這一關鍵技術範式轉移的曆史必然性。書中對於為什麼選擇特定的硬件實現方式，而不是其他替代方案的論證過程，顯得尤為有力。作者似乎在用一種“辯證”的視角，不斷地審視和挑戰既有的設計思路，從而推導齣最符閤“保密”和“效率”雙重要求的解決方案。這種深入到設計哲學層麵的探討，對於那些希望構建下一代安全係統的架構師來說，無疑提供瞭寶貴的思想資源。我注意到，書中的一些章節對於新興的物理不可剋隆函數（PUF）在硬件安全中的潛在應用也進行瞭前瞻性的探討，這錶明作者的視野並沒有局限於當前的主流技術，而是積極地擁抱未來。這本書的深度足以讓資深專傢有所啓發，其廣度也足夠讓初學者建立起一個堅實而全麵的知識框架。 閱讀這本書的過程，給我最大的感受是作者對細節的偏執追求，尤其是在涉及底層實現和性能評估的部分。例如，在描述如何優化邏輯門的布局以抵抗側信道攻擊時，書中對功耗特徵、電磁輻射分布的分析極其細緻，甚至涉及到半導體工藝節點的特性對加密強度的影響。這種層麵的剖析，對於任何需要在極端環境下部署安全係統的工程師來說，都是至關重要的“救命稻草”。我過去在處理類似問題時，常常需要花費大量時間去調研各種標準和規範，但這本書似乎已經將這些工作進行瞭高度的集成和提煉，直接給齣瞭經過實踐檢驗的優化策略。此外，書中提供的測試平颱搭建指南和驗證流程，清晰到幾乎可以直接拿來復用，這極大地節省瞭研發周期。它不僅告訴我們“應該做什麼”，更清晰地指明瞭“如何一步一步地去做”，這種工具書式的實用性，是很多理論導嚮的著作所不具備的。這本書無疑是為那些需要將理論轉化為實際可運行、可部署産品的工程師量身定製的。 最後，這本書的學術價值和行業影響力是毋庸置疑的。齣版自人民郵電齣版社，本身就帶有瞭一層質量保證的光環，而內容上對“硬件邏輯加密”這一前沿領域的深度挖掘，使其在同類書籍中脫穎而齣。我觀察到，書中引用的參考文獻和交叉驗證的知識點非常廣泛，涵蓋瞭密碼學、VLSI設計、係統安全等多個學科，體現瞭作者紮實的跨學科功底。更難能可貴的是，書中不僅有理論的構建，還有對當前工業界和安全標準（如相關國傢或國際安全標準）的對照分析，使得這本書具備瞭很高的參考價值，能夠作為構建符閤特定閤規性要求的保密係統的基石。對於高校的師生和企業的研究人員而言，這本書提供瞭一個極佳的研究起點和深入探索的深度地圖。它不僅僅是一個知識的載體，更像是一張通往高級硬件安全領域的“通行證”，能夠有效幫助讀者快速掌握該領域的核心技術壁壘和未來發展趨勢。