伴随云计算的发展,虚拟化技术作为其核心之一也取得了深刻的发展。但是,虚拟化也暴露出了各种安全问题,解决这些问题的最核心的手段就是虚拟环境的数据加密。但是目前虚拟环境数据加密的方式还存在很多的不足,比如密钥安全性不足,密码算法性能低下等问题。本文旨在提出一个更为合理、安全、高效的解决方案,以适应虚拟环境对于数据加密的需求。本文调研了国内外现行密码卡技术和虚拟化手段,为解决密码卡虚拟化下性能的不足,巧妙利用PCIe总线高带宽的优势,通过SR-IOV技术,辅以FPGA硬件作为运算加速平台,成功设计出基于SR-IOV虚拟化技术的高速密码卡。该密码卡兼顾了现有计算机硬件系统架构,在开启SR-IOV功能后,可以更好得适应支持SR-IOV技术的硬件平台,为计算平台提供了高速的虚拟化密码服务。在实现了传统密码卡SHA1密码算法的硬件加速前提下,借用SR-IOV中VF的特性将其推广到虚拟机内部,解决软件模拟密码卡固有的无法有效进行物理隔离的问题,还提供了近乎于传统PCIe密码卡的性能,满足了实际需求。本文主要内容包括硬件设计和软件设计,其中硬件部分实现了DMA高速传输和SHA1算法等功能,软件部分完成了密码卡的底层驱动编写和测试程序的开发。经过实验验证和性能测试,该密码卡性能和数据传输满足实际需求,且在虚拟化密码运算领域具有良好的发展前景。