[发明专利]一种高性能密码卡及其工作方法

摘要

本发明公开了一种高性能密码卡,包括硬件平台和软件系统；所述硬件平台包括ZYNQ主处理器、存储单元、密码钥匙单元、PCIE接口、两片数字物理噪声源、第一密码算法芯片、第二密码算法芯片和第三密码算法芯片，所述软件系统包括Linux系统和主控程序，所述Linux系统运行于所述ARM处理器的一个核内，所述主控程序运行于所述ARM处理器的另外一个核内。本发明采用带自毁输入的密码算法芯片存储保护密钥分量，有效提高抗攻击能力，同时，集密钥生成、密钥管理、数据加解密、数字签名、身份认证、密钥协商，文件管理等功能于一体，产品功能丰富，极大地满足了用户需求。

主权项

1.一种高性能密码卡，其特征在于：包括硬件平台和软件系统；所述硬件平台包括ZYNQ主处理器、存储单元、密码钥匙单元、PCIE接口、两片数字物理噪声源、第一密码算法芯片、第二密码算法芯片和第三密码算法芯片；所述ZYNQ主处理器包括一个双核ARM处理器和一个FPGA，所述ARM处理器和FPGA通过高速片内总线进行互连，所述ARM处理器主要用于用户身份鉴别、密钥管理、密码运算和文件管理；所述FPGA用来辅助所述ARM处理器操作各个密码算法芯片以有效降低所述ARM处理器负载并提高所述密码算法芯片的并行运算能力；所述密码钥匙单元通过USB接口与所述ARM处理器电性连接，用于识别身份认证和密钥管理；所述PCIE接口与所述FPGA电性连接，所述密码卡通过所述PCIE接口连接外部服务器设备；所述两片数字物理噪声源与所述FPGA电性连接，用于产生密钥、初始向量和随机数，所述随机数由所述两片数字物理噪声源产生的结果异或后得到；所述存储单元包括DDR、SPIFlash和eMMC；所述DDR与所述ARM处理器电性连接，用于做OS的运行环境；所述SPI Flash与所述ARM处理器电性连接，用于存储程序；所述eMMC与所述ARM处理器电性连接，用于存储密钥；所述第一密码算法芯片与所述FPGA电性连接，用于实现SM2、SM3、SM4密码算法；所述第二密码算法芯片与所述FPGA电性连接，用于实现SM1密码算法；所述第三密码算法芯片通过UART与所述ARM处理器电性连接，用于安全存储密钥；/n所述软件系统包括Linux系统和主控程序，所述Linux系统运行于所述ARM处理器的一个核内，所述主控程序运行于所述ARM处理器的另外一个核内，所述主控程序包括初始化模块，用于初始化ARM处理器、初始化PL侧FPGA，鉴别固件和密码卡数据的完整性，验证各个密码算法芯片是否正常工作，实现密码卡初始化功能；密钥管理模块，用于实现三级密钥体系管理、备份恢复管理；权限控制模块，用于实现身份鉴别，实现管理权限，操作权限和审计权限分离，确保密码卡使用安全；密码算法芯片控制模块，用于实现各个密码算法芯片的访问控制；文件管理模块，用于实现密码卡上的文件管理；备份恢复模块，用于实现密码卡的备份恢复机制。/n