Linux系统下USB Key应用研究

论文摘要

进入21世纪以后，网络和人们的日常生活结合的日益密切，计算机也越来越深的介入到人们的日常生活的方方面面。但是，计算机和网络技术在给人们的日常生活和工作学习带来巨大便利的同时，也随之带来了相关的安全问题。计算机系统的脆弱表现在数据的存储密度极高、数据的可访问性和易泄露性、介质上的信息残留和系统的漏洞等等。正是由于这些特性导致了计算机系统所面临的安全问题。随着计算机技术和网络技术的发展，越来越多的生产活动依赖于这两种技术，在工厂中，大量的自动化设备通过计算机实现自动化控制，通过网络来协调工作。目前用于工业用途的计算机的硬件健壮性已经达到了一个可以基本满足需求的情况，但是，操作系统或者说软件系统的脆弱性还没有得到很好的解决。本文介绍了USB KEY设备和PKI加密算法，并对相关的USB和Linux知识做了相关的介绍。针对工控PC目前的实际情况，提出在部署Linux操作系统的工控PC上通过使用USB Key和选择合适的加密算法实现身份认证等应用。并完成了相关的硬件设计。最后，展望了USB Key在Linux系统下的进一步研究和应用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 1 网络时代的安全问题
• 1.1.1 计算机安全与日常社会生活
• 1.1.2 计算机信息系统面临的安全问题
• 1.1.3 网络系统面临的安全问题
• 1.1.4 计算机和网络加密技术
• 1.2 USB技术概述
• 1.3 USB Key概述
• 1.3.1 USB Key产生与发展
• 1.3.2 USB Key的特点
• 1.3.3 USB Key的功能
• 1.3.4 USB Key应用系统概述
• 1.4 课题背景
• 1.5 本人所进行的工作
• 1.6 论文结构的安排
• 2 USB接口和通讯协议
• 2.1 USB接口简介
• 2.1.1 常见PC接口简介
• 2.1.2 USB接口特点
• 2.1.3 USB技术的优点
• 2.1.4 USB系统体系
• 2.2 USB系统架构
• 2.2.1 USB系统的基本架构及总线结构
• 2.2.2 USB的电气、机械特性和电源
• 2.2.3 USB的编码方式
• 2.2.4 USB的健壮性
• 2.3 USB的通信模型
• 2.4 USB通信协议
• 2.4.1 USB封包
• 2.4.2 USB数据的传输类型
• 2.4.3 USB描述符
• 2.4.4 USB设备请求
• 2.4.5 USB设备的枚举
• 2.5 本章小结
• 3 工控PC系统的选择
• 3.1 Linux系统介绍
• 3.1.1 Linux的起源
• 3.1.2 为什么选择Linux
• 3.2 Linux环境下的设备驱动程序开发
• 3.2.1 知识准备
• 3.2.2 用户空间和内核空间
• 3.2.3 用户空间和内核空间之间的接口函数
• 3.2.4 用户空间和硬件设备之间的接口函数
• 3.3 本章小结
• 4 USB Key体制研究
• 4.1 密码学概述
• 4.1.1 密码体系构成
• 4.1.2 密码系统安全性
• 4.2 密码体制简介
• 4.2.1 私钥密码体制
• 4.2.2 公钥密码体制
• 4.2.3 私钥与公钥密码体制比较
• 4.2.4 混合密码体制
• 4.3 几种公钥密码算法比较
• 4.3.1 DSS算法
• 4.3.2 RSA算法
• 4.3.3 椭圆曲线密码体制（ECC）
• 4.3.4 算法比较
• 4.4 本章小结
• 5 USB Key固件设计
• 5.1 设计主导思想
• 5.1.1 整体设计主导思想
• 5.1.2 加密算法设计主导思想
• 5.1.3 软硬件设计主导思想
• 5.2 USB芯片的选择
• 5.2.1 USB Key类型的选择
• 5.2.2 USB芯片的选择
• 5.3 Zi1221芯片特性和功能介绍
• 5.4 硬件设计
• 5.5 USB Key算法选择
• 5.5.1 BR算法（反复平方和模称法）
• 5.5.2 b进制法（求幂的固定窗口算法）
• 5.5.3 滑动窗口模幂法
• 5.6 USB Key固件程序设计
• 5.7 本章小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献