光纤通道加密交换机的研究与设计

摘要

伴随着越来越多的用户选择把自己的重要数据，例如个人银行信息，存储到网络服务商们提供的存储设备上，存储数据的安全问题成为人们关注的焦点。特别是近几年，由于存储数据的泄露，导致众多用户的个人隐私被侵犯，存储安全更是被提升到政府立法的高度。
　　目前，已有多家机构、厂商致力于对数据加密标准的研究，针对各种存储结构，提出了多种实现方式，本文研究的光纤通道加密交换机就是其中一种。作为存储架构之一——存储区域网络的核心设备，加密交换机不仅可以满足存储系统对数据交换的需求，还提供了对存储设备中数据的加密保护。
　　本加密交换机的设计基于光纤通道协议，面向的服务对象是用户主机和磁盘阵列。在提供端口间数据交换功能的同时，还负责对用户存入磁盘阵列的数据净荷的加密，读出磁盘阵列数据净荷的解密。
　　交换机的实现基于以xilinx公司Viretx5系列LX330T芯片为核心的开发板，由硬件完成数据交换、加密等核心功能。本交换机具有16个端口，工作在全双工模式，速率达到2Gbps，可以很好地满足用户的需求。
　　本文首先搭建了加密交换机的整体框架，分别对三大核心模块——交换机接口、数据交换和数据加密进行详细描设计。在完成了逻辑代码的编写后，搭建测试环境，对交换机样机的功能进行测试，达到了预期的性能指标。通过对加密和不加密状态的交换机性能对比，检测了加密带来的性能影响。

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缩略词表

第一章 引言

1.1 存储区域网及存储加密

1.2 光纤通道加密交换机介绍

1.3 国内外研究现状

1.4 本课题的研究目的与意义

第二章 FC加密交换机的架构

2.1 加密交换机的应用环境

2.2 交换机的目标功能

2.3 系统的总体架构

2.4 辅助模块的设计

2.5 本章小结

第三章 交换机的接口设计

3.1 FC协议的层级结构

3.2 交换机接口结构框图

3.3 交换机接口的设计

3.4 本章小结

第四章 数据交换的设计

4.1 FC帧结构

4.2 数据交换模型

4.3 转发表查找

4.4 输入缓存

4.5 调度器与交叉开关

4.6 本章小结

第五章 数据加密的设计

5.1 用户与磁盘的数据通信

5.2 加/解密的数据需求

5.3 信息动态表

5.4 密钥表

5.5 数据的加解密

5.6 本章小结

第六章 加密交换机的FPGA实现

6.1 总体实现平台

6.2 交换机接口的实现

6.3 数据交换的实现

6.4 数据加解密的实现

6.5 本章小结

第七章 样机测试

7.1 链路服务测试

7.2 吞吐率与时延测试

7.3 数据加密测试

7.4 加密对交换机性能的影响

7.5 本章小结

第八章 结束语

8.1 论文总结

8.2 工作展望

致谢

参考文献

个人简介、攻读硕士学位期间的研究成果