实时数据的安全隔离装置设计与实现

摘要

随着分散控制系统（DCS）的广泛应用，产生的大量实时数据需送入外部信息管理系统（SIS）进行处理，且外部信息管理系统（SIS）同时与DCS和Internet连接，增加了来自外部网络恶性程序和病毒攻击系统的可能性，提升了机组故障的风险，因此，数据的安全可靠传输就十分关键，设计安全隔离装置就显得至关重要。
　　本文首先介绍了近年来国内外安全隔离技术的发展现状，并分析了原有的网桥协议、防火墙技术、单向物理隔离装置等隔离技术的利弊，提出了基于FPGA数据通信的安全隔离装置的设计。然后从最高层出发设计各模块，如发送、接收、校验等模块，以Quartus II为软件平台，使用Verilog HDL语言对各模块进行编程，实现数据从高层向低层传输的封装过程和从底层向高层传输的拆包过程，连接各模块，搭建DCS的PC机与FPGA间的网口通信。最后基于以上搭建的网口通信建立DCS的PC机与SIS的PC机之间双网口的通信平台，再设计监控替换模块置于发送模块之前，通过仿真和调试，达到安全数据放行、已知威胁数据替换和大规模数据提取的目标，实现数据正向透传和反向隔离的安全可靠传输，完成了安全隔离装置的要求。通过改变监控替换模块的部分语句即可规定安全数据以及威胁数据的格式，给系统整体设计带来了极大地方便。
　　本文设计的基于FPGA安全隔离装置在软件上实现模块化，使程序清晰完整，因此具有很高的灵活性，在设计中只需改变部分模块语句和连接就可实现数据的通信。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外安全措施现状

1.3 论文的主要研究内容

第2章 设计分析与理论基础

2.1 DCS安全隔离装置设计分析

2.2 以太网通信协议介绍与选择

2.3 FPGA介绍与芯片选择

2.4本章小结

第3章 FPGA单网口通信的设计与实现

3.1 功能模块设计

3.2 DCS与SIS间通信的建立

3.3 SIS往DCS方向通道测试

3.4 本章小结

第4章 FPGA双网口通信的设计与实现

4.1 功能模块设计

4.2 安全隔离装置内部视图

4.3 隔离装置硬件平台

4.4 双网口通信测试与实现

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢