以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)加密透?jìng)髂K應(yīng)用示意圖。采用國(guó)密算法，SM1、SM2，SM3，SM4的組合算法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的加密通訊。加密口，收到信息，添加加密頭，再用臨時(shí)密鑰加密信息，放在加密頭后面，臨時(shí)密鑰，再用硬件KEY采用非對(duì)稱加密算法加密。加密信息，再用SM3算出HASH值，防止在通訊中更改。所以，每一段信息，加密后，都要變長(zhǎng)，增加了加密頭的長(zhǎng)度。混合加完密后，再通過(guò)解密口發(fā)出去。解密口收到信息后，查看是否是加密信息，再看公鑰是否一致，加密信息是否完整，如一切都正常，則解密。
[0025]加密算法模塊內(nèi)含SM1\SM2\SM3\SM4加密算法及其組合算法規(guī)則，使用前用戶首先規(guī)劃模塊內(nèi)節(jié)點(diǎn)間采用何種加密規(guī)則，然后對(duì)加密算法模塊進(jìn)行相應(yīng)規(guī)則配置，模塊能夠在掉電后保存之前設(shè)置加密規(guī)則，在重新上電后自動(dòng)選通既定規(guī)則。
[0026]加密算法模塊設(shè)計(jì)兩個(gè)以太網(wǎng)接口，一個(gè)作為明碼數(shù)據(jù)接口即加密口，與通信節(jié)點(diǎn)連接，一個(gè)作為加密數(shù)據(jù)接口即解密口，與通信網(wǎng)絡(luò)連接。兩個(gè)以太網(wǎng)接口工作模式可以設(shè)定，可以互換。設(shè)計(jì)兩個(gè)接口避免單個(gè)接口在兩種模式間輪詢切換，利于網(wǎng)絡(luò)加密數(shù)據(jù)的高速傳輸。
[0027]加密算法模塊中的以太網(wǎng)接口、標(biāo)準(zhǔn)串口、USB串口及顯示接口等資源，均由ARM處理器的自有資源管腳擴(kuò)展而來(lái)，無(wú)需額外增加硬件。其中兩個(gè)以太網(wǎng)接口分別用于連接明碼通信節(jié)點(diǎn)和加密數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)；標(biāo)準(zhǔn)串口連接配置計(jì)算機(jī)，用于模塊工作模式和參數(shù)設(shè)置；USB串口用于連接鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等外設(shè)；顯示接口連接顯示器，用于模塊在參數(shù)設(shè)置和調(diào)試過(guò)程中操作交互顯示。
[0028]圖2所示，由系統(tǒng)A、B，加密透?jìng)髂K組成的系統(tǒng)，其中系統(tǒng)A和B均為通信網(wǎng)絡(luò)中的通信節(jié)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)初期要首先規(guī)劃并確定模塊中使用的加密規(guī)則，并在分別在系統(tǒng)A、B對(duì)應(yīng)的加密算法模塊中，選擇配置好相應(yīng)的加密、解密算法規(guī)則。由系統(tǒng)A發(fā)出的明碼數(shù)據(jù)包，該明碼數(shù)據(jù)包由明碼數(shù)據(jù)接口傳遞至ARM處理器中，該ARM處理器首先設(shè)置加密頭，然后依據(jù)已經(jīng)配置好的加密規(guī)則，調(diào)用加密規(guī)則所選擇的加密算法模塊將明碼數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密處理，置于加密頭之后，形成密文數(shù)據(jù)包，ARM處理器將該密文數(shù)據(jù)包通過(guò)加密數(shù)據(jù)接口輸出到通信網(wǎng)絡(luò)中，傳輸至系統(tǒng)B;加密頭用于指示該密文數(shù)據(jù)包的加密規(guī)則。
[0029]系統(tǒng)B的加密透?jìng)髂K接收到密文數(shù)據(jù)包，ARM處理器讀取加密頭，判斷該密文數(shù)據(jù)包是否符合已經(jīng)配置好的加密規(guī)則，若不符合則丟棄該密文數(shù)據(jù)包，若符合則根據(jù)已經(jīng)配置好的加密規(guī)則將該密文數(shù)據(jù)包進(jìn)行解密處理，形成明碼數(shù)據(jù)包，該明碼數(shù)據(jù)包通過(guò)明碼數(shù)據(jù)接口傳輸至系統(tǒng)B中。
[0030]本發(fā)明采用基于航天專用芯片SM1\SM2\SM3\SM4算法優(yōu)點(diǎn)，采用混合數(shù)據(jù)加密算法技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了端到端的信源加密，通過(guò)增大包數(shù)據(jù)大小的方法，減少加解密次數(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的速度，理論值33MB/S以上；采用智能算法管理技術(shù)，掉電前可在模塊里面保存好算法，上電選通模塊即可立即使用。模塊具有數(shù)字證書(shū)身份認(rèn)證，支持國(guó)家密碼局的數(shù)據(jù)加密規(guī)定算法。實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信號(hào)安全、高速通信傳輸，保障了工業(yè)以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)和工控系統(tǒng)運(yùn)行安全。
[0031]綜上，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種工業(yè)以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)加密透?jìng)髂K，用于連接在通信節(jié)點(diǎn)與通信網(wǎng)絡(luò)之間，對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，其特征在于，該加密透?jìng)髂K包括一個(gè)ARM處理器，一個(gè)電源管理模塊和一個(gè)加密算法存儲(chǔ)芯片； 所述電源管理模塊連接至ARM處理器的電源端，電源管理模塊在對(duì)ARM處理器上電時(shí)，選通加密規(guī)則，并依據(jù)加密規(guī)則加載相應(yīng)加密算法模塊；當(dāng)ARM處理器掉電后，電源管理模塊控制ARM處理器保存掉電前設(shè)置的加密規(guī)則； 所述加密算法存儲(chǔ)芯片連接至ARM處理器的存儲(chǔ)擴(kuò)展端；所述加密算法存儲(chǔ)芯片中集成多種加密算法模塊，每種加密算法模塊均采用一種加密算法進(jìn)行加密或者解密運(yùn)算；所述ARM處理器為ARM Cortex-MO內(nèi)核，利用其中的資源管腳擴(kuò)展出2個(gè)以太網(wǎng)接口、標(biāo)準(zhǔn)串口、USB串口以及顯示接口 ；所述2個(gè)以太網(wǎng)接口，其中一個(gè)作為明碼數(shù)據(jù)接口，與通信節(jié)點(diǎn)連接；一個(gè)作為加密數(shù)據(jù)接口，與通信網(wǎng)絡(luò)連接；所述標(biāo)準(zhǔn)串口連接配置計(jì)算機(jī)，所述配置計(jì)算機(jī)用于為該加密透?jìng)髂K配置加密規(guī)則；所述加密規(guī)則具體為該加密透?jìng)髂K所選擇的加密算法模塊或加密算法模塊的組合； 該加密透?jìng)髂K的加密流程為:通過(guò)所述電源管理模塊為該所述ARM處理器上電，則配置計(jì)算機(jī)所配置的加密規(guī)則被選通，當(dāng)通信節(jié)點(diǎn)發(fā)出一個(gè)明碼數(shù)據(jù)包，該明碼數(shù)據(jù)包由明碼數(shù)據(jù)接口傳遞至所述ARM處理器中，該ARM處理器首先設(shè)置加密頭，然后依據(jù)已經(jīng)配置好的加密規(guī)則，調(diào)用加密規(guī)則所選擇的加密算法模塊將明碼數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密處理，置于加密頭之后，形成密文數(shù)據(jù)包，ARM處理器將該密文數(shù)據(jù)包通過(guò)加密數(shù)據(jù)接口輸出到通信網(wǎng)絡(luò)中；所述加密頭用于指示該密文數(shù)據(jù)包的加密規(guī)則； 該加密透?jìng)髂K的解密流程為:當(dāng)通信節(jié)點(diǎn)從通信網(wǎng)絡(luò)中接收一個(gè)密文數(shù)據(jù)包，該密文數(shù)據(jù)包通過(guò)加密數(shù)據(jù)接口進(jìn)入到所述ARM處理器，ARM處理器首先讀取加密頭，判斷該密文數(shù)據(jù)包是否符合已經(jīng)配置好的加密規(guī)則，若不符合則丟棄該密文數(shù)據(jù)包，若符合則根據(jù)已經(jīng)配置好的加密規(guī)則將該密文數(shù)據(jù)包進(jìn)行解密處理，形成明碼數(shù)據(jù)包，該明碼數(shù)據(jù)包通過(guò)明碼數(shù)據(jù)接口傳輸至通信節(jié)點(diǎn)中。
2.如權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)加密透?jìng)髂K，其特征在于，所述加密算法模塊包括物理真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器HRNG模塊、數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)DES模塊、密碼協(xié)處理RSA/ECC模塊、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱算法密碼SMl模塊、橢圓曲線公鑰密碼算法密碼SM2模塊、雜湊算法密碼SM3模塊以及分組密碼算法SM4模塊。
3.如權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)加密透?jìng)髂K，其特征在于，所述加密算法模塊在接收到通信節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的明碼數(shù)據(jù)包之后，將2?3個(gè)明碼數(shù)據(jù)包整合為一個(gè)總數(shù)據(jù)包，然后對(duì)總數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密獲得密文數(shù)據(jù)包。
4.如權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)加密透?jìng)髂K，其特征在于，所述ARM處理中還擴(kuò)展出USB串口和顯示接口，USB串口用于連接外設(shè)，接收外設(shè)的操作輸入；顯示接口連接顯示器，用于實(shí)現(xiàn)加密透?jìng)髂K在配置過(guò)程中操作交互顯示。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種工業(yè)以太網(wǎng)通信數(shù)據(jù)加密透?jìng)髂K，用于連接在通信節(jié)點(diǎn)與通信網(wǎng)絡(luò)之間，對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，該加密透?jìng)髂K包括一個(gè)ARM處理器，一個(gè)電源管理模塊和一個(gè)加密算法存儲(chǔ)芯片；電源管理模塊連接至ARM處理器的電源端，上電時(shí)，ARM處理器選通加密規(guī)則；ARM處理器掉電后，保存掉電前設(shè)置的加密規(guī)則；加密算法存儲(chǔ)芯片連接至ARM處理器的存儲(chǔ)擴(kuò)展端；加密算法存儲(chǔ)芯片中集成多種加密算法模塊；ARM處理器上的接口有：2個(gè)以太網(wǎng)接口，其中一個(gè)作為明碼數(shù)據(jù)接口，與通信節(jié)點(diǎn)連接；一個(gè)作為加密數(shù)據(jù)接口，與通信網(wǎng)絡(luò)連接；標(biāo)準(zhǔn)串口連接配置計(jì)算機(jī)，配置計(jì)算機(jī)用于為該加密透?jìng)髂K配置加密規(guī)則。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)安全高速傳輸。
【IPC分類】H04L9-00, H04L29-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104618338
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410853133
【發(fā)明人】張志 , 董秀軍, 李秉剛, 門(mén)光飛, 張小廷
【申請(qǐng)人】北京航天測(cè)控技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2014年12月31日