基于IEEE 802.11i的AP硬件系统的设计与实现

论文摘要

随着无线局域网技术的迅速发展,其安全问题成为人们关注的焦点。当前市场上的无线局域网接入设备主要是符合IEEE 802.11系列标准的。由于无线电波的开放性,无线局域网很容易受到攻击,为了保证用户的合法接入和数据的安全传输,IEEE802.11标准使用了WEP安全机制。近年来,WEP机制存在的安全漏洞被研究人员广为发现,依赖WEP不能达到保护无线局域网安全的目的。为了解决这个问题,IEEE推出了新的安全协议IEEE802.11i。针对WEP存在的安全漏洞,从用户认证、密钥管理、数据机密性保护三个方面进行了改进。 本文首先分析了WEP中存在的安全漏洞,然后从用户认证、密钥管理、数据机密性保护三个方面介绍了IEEE802.11i的安全性增强。和WEP相比,IEEE802.11i使用强度更高的密码算法和更严格的认证过程,这在提高了无线局域网安全性的同时,也对无线接入点硬件系统的性能提出了更高的要求,而目前的AP硬件系统很难胜任。 因此,本文根据IEEE802.11i对AP硬件系统的功能需求,设计了一种带有密码协处理器的嵌入式AP硬件系统,以32位ARM微处理器为基础构造AP硬件平台,提供了丰富的外围接口和灵活高效的存储器系统。因为IEEE 802.11i在数据机密性保护中使用了被称为高级加密标准的Rijndael算法,增加了处理方面的开销,为了提高了AP处理密码运算的能力,系统中用FPGA芯片作为密码协处理器,用Verilog HDL在FPGA提供的逻辑资源中实现了Rijndael密码算法电路。同时提供了灵活的FPGA配置方式,便于扩充和升级。使整个硬件系统对IEEES02.11i标准提供了很好的支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1.1 课题的提出
• §1.2 嵌入式系统概述
• §1.3 IEEE802.11WLAN概述
• §1.4 课题研究的内容
• 第二章 IEEE802.11标准安全机制分析
• §2.1 基于SSID的接入控制
• §2.2 IEEE802.11中的认证服务
• §2.3 WEP安全机制
• 2.3.1 WEP加密过程
• 2.3.2 WEP解密过程
• 2.3.3 WEP中存在的安全问题
• §2.4 IEEE802.11i
• 2.4.1 IEEE802.11i安全框架
• 2.4.2 IEEE802.11i中用户认证
• 2.4.3 IEEE802.11i中的密钥管理和创建
• 2.4.4 IEEE802.11i中的数据机密性保护
• §2.5 本章小结
• 第三章 AP硬件系统的总体设计
• §3.1 功能需求
• §3.2 设计规划
• §3.3 S3C2510a微处理器的特点
• §3.4 S3C2510a功能框图及功能模块描述
• 3.4.1 ARM940T处理器核
• 3.4.2 以太网控制器
• 3.4.3 内存管理
• 3.4.4 PCI & PC Card Host／Agent控制器
• 3.4.5 UART控制器
• 3.4.6 DES／3DES密码加速器
• 3.4.7 DMA通道
• 3.4.8 看门狗定时器
• 3.4.9 可编程中断控制器
• 3.4.10 可编程I／O端口控制器
• §3.5 本章小结
• 第四章 AP系统硬件各模块的实现
• §4.1 系统复位模块（Reset Module）
• §4.2 系统时钟模块（Clock Module）
• §4.3 调试模块（JTAG Module）
• §4.4 SDRAM模块（SDRAM Module）
• §4.5 Flash Memory模块（Flash Module）
• §4.6 CardBus模块（CardBus Module）
• §4.7 串行通信模块（UART Module）
• §4.8 以太网模块（Ethernet Module）
• §4.9 电源模块（Power ModuIe）
• §4.10 密码协处理器模块（Cipher Co-microprocessor ModuIe）
• §4.11 本章小结
• 第五章 密码协处理器的设计
• §5.1 AES算法
• 5.1.1 状态、密码密钥和圈变换
• 5.1.2 字节（SubByte）代换
• 5.1.3 行移位（ShiftRow）变换
• 5.1.4 列混合（MixColumn）变换
• 5.1.5 圈密钥加
• 5.1.6 密钥调度
• §5.2 AES密码协处理器的设计方案
• §5.3 AES算法功能模块的优化和实现
• 5.3.1 ShiftRow和InvShiftRow模块的实现
• 5.3.2 SubByte／MixColumn和InvSubByte／InvMixColumn的实现
• 5.3.3 加密／解密选择和密钥扩展的的实现
• §5.4 实验结果
• §5.5 本章小结
• 第六章 总结
• §6.1 课题成果
• §6.2 后续工作的开展
• 参考文献
• 致谢