[发明专利]一种高性能密码卡及其工作方法

说明书

本发明公开了一种高性能密码卡,包括硬件平台和软件系统；所述硬件平台包括ZYNQ主处理器、存储单元、密码钥匙单元、PCIE接口、两片数字物理噪声源、第一密码算法芯片、第二密码算法芯片和第三密码算法芯片，所述软件系统包括Linux系统和主控程序，所述Linux系统运行于所述ARM处理器的一个核内，所述主控程序运行于所述ARM处理器的另外一个核内。本发明采用带自毁输入的密码算法芯片存储保护密钥分量，有效提高抗攻击能力，同时，集密钥生成、密钥管理、数据加解密、数字签名、身份认证、密钥协商，文件管理等功能于一体，产品功能丰富，极大地满足了用户需求。

技术领域

本发明涉及密码卡技术领域，具体涉及一种高性能密码卡及其工作方法。

背景技术

信息安全是一个综合性的交叉科学领域，广泛涉及数学、密码学、计算机、通信、控制、人工智能、安全工程、人文科学等诸多学科，是近几年迅速发展的一个热点学科领域。随着信息技术的发展，人们在享受信息资源所带来的巨大的利益时，也要面临着信息安全的严峻考验。信息的安全问题日益突出，基于密码学原理的各种安全应用越来越广泛，数据加密已经深入到信息应用的各个角落。至今，密码技术是取得信息安全性最有效的一种方法，是信息安全的核心技术。通过数据加密，人们可以有效地保证通信线路上的内容不被泄露，而且还可以检验传送信息的完整性。

目前现有普通的密码卡功能不完善，缺乏毁钥机制，密钥存储也不安全。比如中国专利公开了一种基于PCIe接口的密码卡及该密码卡的数据加密方法，申请号为201610509715.9，其采用ZYNQ主处理器作为板上核心，FPGA模块和ARM处理器采用高速片内总线连接方式进行互连，提高了数据交互性能，降低了系统间延迟，提高了系统性能，降低了系统成本；同时由于采用内部高速总线互连和PCIe接口，提升了数据传输性能，采用FPGA模块实现算法运算，提高了算法性能，系统整体性能也获得了极大的提升，存储模块可以提供海量的密钥存储，存储空间可以提升数万。但是向用户提供的功能有限，而且也缺乏毁钥机制，密钥存储的安全性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于克服以上存在的技术问题，提供一种高性能密码卡。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种高性能密码卡，包括硬件平台和软件系统；所述硬件平台包括ZYNQ主处理器、存储单元、密码钥匙单元、PCIE接口、两片数字物理噪声源、第一密码算法芯片、第二密码算法芯片和第三密码算法芯片；所述ZYNQ主处理器包括一个双核ARM处理器和一个FPGA，所述ARM处理器和FPGA通过高速片内总线进行互连，所述ARM处理器主要用于用户身份鉴别、密钥管理、密码运算和文件管理；所述FPGA用来辅助所述ARM处理器操作各个密码算法芯片以有效降低所述ARM处理器负载并提高所述密码算法芯片的并行运算能力；所述密码钥匙单元通过USB接口与所述ARM处理器电性连接，用于识别身份认证和密钥管理；所述PCIE接口与所述FPGA电性连接，所述高性能密码卡通过所述PCIE接口连接外部服务器设备；所述两片数字物理噪声源与所述FPGA电性连接，用于产生密钥、初始向量和随机数，所述随机数由所述两片数字物理噪声源产生的结果异或后得到；所述存储单元包括DDR、SPI Flash和eMMC；所述DDR与所述ARM处理器电性连接，用于做OS的运行环境；所述SPI Flash与所述ARM处理器电性连接，用于存储程序；所述eMMC与所述ARM处理器电性连接，用于存储密钥；所述第一密码算法芯片与所述FPGA电性连接，用于实现SM2、SM3、SM4密码算法；所述第二密码算法芯片与所述FPGA电性连接，用于实现SM1密码算法；所述第三密码算法芯片通过UART与所述ARM处理器电性连接，用于安全存储密钥；