以太网接入以其灵活、低成本等特点,已经成为当今宽带接入技术的主流,以太网安全也成为人们研究的焦点。在目前较广泛使用的以太网安全技术中,数据加密技术是其基石。 2005年5月公布的IEEE802.1ae介质访问控制安全(MACsec)协议为以太网保护提供了封装和加密框架,它将安全保护集成到有线以太网中,采用GCM-AES-128算法对帧数据进行加密,通过识别局域网上的非授权站点,保护局域网不受被动接线、假冒、中间人以及某些拒绝服务等的攻击,保证了通信的安全。 本文在分析IEEE802.1ae安全协议的体系结构、帧结构、工作机制以及所使用加密算法的基础上,提出了具体的硬件实现方案。MACsec硬件实现主要包括GCM-AES算法模块和MAC模块两部分,它们都具有AHB总线接口,可集成于AMBA SoC系统中;且二者之间具有独立的数据交互接口,可以减小总线负载并且使系统资源得到充分利用。其中,GCM-AES模块主要由AES加密部分和212s有限域乘法器组成;MAC模块由发送和接收两部分组成。 为了验证设计的正确性,文中不仅对单个模块分别进行了VCS仿真,还提出了系统级测试方案。系统级测试是模拟真实的操作过程进行仿真的。首先,将GCM-AES和MAC模块集成在SoC系统中,组成系统测试硬件平台,然后通过C和汇编混合编译得到CPU的运行指令,当系统启动时,CPU就会按照指令内容,配置GCM-AES、MAC和其他相关模块,MACsec将按用户指示进行发送、接收或者加解密数据。 最后,本文对设计进行了DC综合,并对结果进行了分析,提出了进一步的改进方案,指明后续研究方向。DC综合结果表明,本设计占用硬件资源少、面积小、速度快。