密码片上操作系统设计与实现研究

论文摘要

信息安全是信息化进程中需要解决的一个重要问题。随着微电子技术的发展,芯片系统集成具有高安全性和完善的密码功能,在保证信息安全,构建密码服务系统方面具有不可比拟的巨大优势。本文在对现有的密码安全体系研究的基础上针对其设计中存在的问题,给出了一种新的密码安全体系模型。按照ISO/IEC 7816相关标准,以密码服务对象化的思想,设计了密码片上操作系统。在本文的研究过程中,主要有以下贡献:1.对当前广泛使用的密码安全体系结构,特别是CryptoAPI与Cryptoki密码中间件进行了研究,分析了其先进的设计思想,同时指出了其面临的安全问题以及设计上的不足。在此基础上,提出了一种新的密码安全体系模型。2.对于新的密码安全体系的核心部分,基于SoC的密码片上操作系统进行了设计与实现研究。遵从ISO/IEC 7816-8标准,以面向对象的思想,采用结构化程序设计的方法,构建了以安全环境为中心,辅以安全环境管理命令和执行安全操作命令的密码服务系统验证原型。3.将密码算法以“类”的形式抽象化封装为分组密码算法接口层、公钥密码算法接口层、杂凑函数接口层和消息认证接口层,设计了算法接口操作流程以及相应的设置接口与操作流程。4.为了保证密码服务系统安全性,提高其算法拓展功能,实现了密钥存储结构、算法设置及使用结构、系统访问控制机制以及文件系统掉电保护机制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 本文主要工作及创新点
• 1.4 论文结构
• 第二章 密码安全体系研究与设计
• 2.1 密码安全体系研究
• 2.1.1 密码安全体系的发展与现状
• 2.1.2 密码服务中间件
• 2.1.3 密码安全体系的分析
• 2.2 密码安全体系模型设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 密码服务系统设计
• 3.1 密码服务系统整体结构设计
• 3.2 安全环境设计
• 3.2.1 安全环境结构设计
• 3.2.2 算法结构设计
• 3.3 安全环境管理命令
• 3.4 执行安全操作命令
• 3.5 本章小结
• 第四章 密码算法接口设计
• 4.1 分组密码算法接口层
• 4.1.1 分组密码理论基础
• 4.1.2 分组算法接口设计
• 4.1.3 分组算法设置接口设计
• 4.2 杂凑函数接口层
• 4.2.1 杂凑函数理论基础
• 4.2.2 杂凑函数接口设计
• 4.2.3 杂凑函数设置接口设计
• 4.3 消息认证接口层
• 4.3.1 消息认证基础
• 4.3.2 消息认证接口设计
• 4.4 公钥密码算法接口层
• 4.4.1 公钥密码基础理论
• 4.4.2 公钥密码功能接口设计
• 4.4.3 公钥对生成接口
• 4.4.4 公钥算法设置接口
• 4.5 本章小结
• 第五章 密码及安全管理
• 5.1 访问控制
• 5.1.1 相关背景
• 5.1.2 访问控制机制设计
• 5.2 密钥存储管理
• 5.2.1 鉴别密钥
• 5.2.2 应用密钥
• 5.3 算法管理
• 5.4 掉电保护
• 5.4.1 设计原理
• 5.4.2 程序模块设计
• 5.4.3 可靠性分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 功能验证及安全等级评估
• 6.1 功能验证
• 6.1.1 密码服务系统开发及仿真平台
• 6.1.2 消息认证功能验证
• 6.2 安全等级评估
• 6.2.1 密码模块安全要求
• 6.2.2 密码片上操作系统自主评估
• 6.2.3 密码系统安全等级
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 下一步工作
• 参考文献
• 附录A Cryptoki接口函数
• 附录B CSP 入口函数
• 附录C 错误状态返回值
• 作者简历 攻读硕士期间的主要工作
• 致谢