基于龍芯國(guó)產(chǎn)CPU的網(wǎng)絡(luò)信息安全平臺(tái)

張小林 王瑋 張紅娜 徐勛貴

摘要

網(wǎng)絡(luò)信息安全是一門(mén)涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、密碼技術(shù)、信息安全技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、數(shù)論、信息論等多種學(xué)科的綜合性學(xué)科。它主要是指網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件、軟件及其系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)受到保護(hù)，不受偶然的或者惡意的原因而遭到破壞、更改、泄露，系統(tǒng)連續(xù)可靠正常地運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不中斷。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)信息安全 系統(tǒng)設(shè)計(jì) CPU

1 前言

我國(guó)信息安全行業(yè)起步較晚，自本世紀(jì)初以來(lái)經(jīng)歷了三個(gè)重要發(fā)展階段（萌芽、爆發(fā)和普及階段），產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴(kuò)張，帶動(dòng)了市場(chǎng)對(duì)信息安全產(chǎn)品和服務(wù)需求的持續(xù)增長(zhǎng)。另外，政府重視和政策扶持也不斷推動(dòng)中國(guó)信息安全產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)信息安全設(shè)備替代了傳統(tǒng)設(shè)備。本文研究的基于龍芯國(guó)產(chǎn)CPU的網(wǎng)絡(luò)信息安全平臺(tái)，具備真實(shí)性和實(shí)用性;對(duì)信息的來(lái)源進(jìn)行判斷，能對(duì)偽造來(lái)源的信息予以鑒別;保密性：保證機(jī)密信息不被竊聽(tīng)，或竊聽(tīng)者不能了解信息的真實(shí)含義;完整性：保證數(shù)據(jù)的一致性，防止數(shù)據(jù)被非法用戶篡改;可用性：保證合法用戶對(duì)信息和資源的使用不會(huì)被不正當(dāng)?shù)鼐芙^;不可抵賴性：建立有效的責(zé)任機(jī)制，防止用戶否認(rèn)其行為，這一點(diǎn)在電子商務(wù)中是極其重要的;可控制性：對(duì)信息的傳播及內(nèi)容具有控制能力。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1為主板原理框圖。外部接口包括開(kāi)關(guān)、指示燈、串口、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口。具體實(shí)施時(shí)，開(kāi)關(guān)可以根據(jù)需要包括1個(gè)開(kāi)機(jī)觸發(fā)開(kāi)關(guān)，I個(gè)復(fù)位按鍵。指示燈包括電源指示燈，三色狀態(tài)指示燈，Bypass指示燈。串口包括1個(gè)RJ45 RS232電平串口。USB接口可以設(shè)置為2個(gè)或者多個(gè)。網(wǎng)絡(luò)接口可以設(shè)置為板載8個(gè)10/100/1000M電口（帶指示燈及Bypass），2個(gè)10/100/1000M電口作為管理口使用，帶指示燈（不帶Bypass）;可通過(guò)板載PCI-E X8插槽擴(kuò)展8/16個(gè)10/100/1000M電口（帶指示燈及Bypass）或8/16個(gè)千兆SFP接口。內(nèi)部接口可以具備PCI/PCIE插槽，可以支持是2個(gè)PCIE X8擴(kuò)展插槽。主處理器選為國(guó)產(chǎn)龍芯CPU，如龍芯3A2000。內(nèi)存要求不低于16GB，存儲(chǔ)要求500GB以上機(jī)械硬盤(pán)，或60GB以上SSD，或32GB CF卡?？蓴U(kuò)展部件通過(guò)PCI-E X8擴(kuò)展插槽可擴(kuò)展支持一張密碼卡。電磁干擾/兼容EMI/EMC符合3C標(biāo)準(zhǔn)。

具體的應(yīng)用策略，還可以根據(jù)客戶的實(shí)際需求及組網(wǎng)決定進(jìn)行拓展。系統(tǒng)主要器件盡可能選取國(guó)產(chǎn)原件，如主CPU、從CPU均可選用龍芯L3A2000，內(nèi)存可支持華芯DDR3內(nèi)存，標(biāo)配創(chuàng)見(jiàn)DDR3內(nèi)存（出于成本考慮），確保核心器件安全可控。整機(jī)設(shè)計(jì)可以采用加固DDR3內(nèi)存，解決振動(dòng)對(duì)內(nèi)存的影響。整機(jī)風(fēng)扇選取一線廠商ADDA批量產(chǎn)品，風(fēng)扇控制電路采用降額設(shè)計(jì)方案，確保風(fēng)扇品質(zhì)和使用壽命。網(wǎng)絡(luò)芯片采用Intel 1350，性能較82580、82574L、82583更好。通過(guò)合理分配北橋PCIE資料，板載2個(gè)PCIE X8擴(kuò)展插槽及機(jī)箱預(yù)留了兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展卡空間的設(shè)計(jì)，整機(jī)最大可支持26個(gè)千兆網(wǎng)口以及一個(gè)PCIEX8接口擴(kuò)展卡。冗余電源設(shè)計(jì)保證了整機(jī)供電的高可靠性。主板電源設(shè)計(jì)紋波均在5%以內(nèi)，CPU核心電源紋波控制在3%以內(nèi)，這樣可以提高整體的穩(wěn)定性。主板采用完全自研方式，這樣使得售后服務(wù)和產(chǎn)品供貨有保障。USB和網(wǎng)口增加了EMI/EMC設(shè)計(jì)，減少USB和網(wǎng)口的干擾。PCB采用高TG材料，其機(jī)械強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、粘接性、吸水性、熱分解性、熱膨脹性高，其制作合作廠家可選國(guó)內(nèi)廠商。PCB走線嚴(yán)格按照高速走線規(guī)則，滿足3W走線規(guī)格;避免直角走線;保證整機(jī)具有高性能、高穩(wěn)定性和高抗干擾的能力。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2為系統(tǒng)內(nèi)部布局圖，包括電源開(kāi)關(guān)、加密卡、冗余電源、散熱器組件、主板、風(fēng)扇、硬盤(pán)、轉(zhuǎn)接卡、光口板、電口板等。光口板、電口板的光口電口數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)定制。整機(jī)采用前端左右側(cè)進(jìn)風(fēng)，機(jī)箱尾部出風(fēng)的風(fēng)冷方式散熱，確保板載網(wǎng)卡芯片，板載CPU等發(fā)熱較大的器件，硬盤(pán)以及擴(kuò)展卡均處于風(fēng)道之上;主板散熱器設(shè)計(jì)了單獨(dú)的渦輪風(fēng)扇，進(jìn)一步增加了主板散熱，確保了整機(jī)的性能和可靠性。合理分配機(jī)箱空間，可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)右側(cè)PCIE X8插槽擴(kuò)展PCIE X8網(wǎng)絡(luò)卡，最大可擴(kuò)展16個(gè)千兆電口或光口，提高了整機(jī)的可擴(kuò)展性。

4 結(jié)語(yǔ)

本文宗旨是設(shè)計(jì)一種基于龍芯國(guó)產(chǎn)CPU在網(wǎng)絡(luò)信息安全方面的應(yīng)用，旨在提高網(wǎng)絡(luò)信息安全，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全性、穩(wěn)定性、實(shí)用性和可擴(kuò)展性。通過(guò)采用本方案，可以推進(jìn)信息安全國(guó)產(chǎn)化發(fā)展，增強(qiáng)我國(guó)的實(shí)力。