AES加密算法在醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)中的應(yīng)用

谷麗霞, 谷麗萍

(上海市第六人民醫(yī)院， 上海 201303)

0 引言

醫(yī)院信息化建設(shè)特別是醫(yī)院財(cái)務(wù)管理是國(guó)家信息化建設(shè)中的重點(diǎn)之一。隨著衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及處理日益復(fù)雜[1]。對(duì)于醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)而言不僅要求準(zhǔn)確無(wú)誤地保留相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，還要保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳的安全可靠，并且能夠在第一時(shí)間采集各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行綜合分析和決策[2]。計(jì)算機(jī)所具有的數(shù)字化技術(shù)和交互式的處理能力，使其能對(duì)龐大、復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，從而為醫(yī)院財(cái)務(wù)管理提供決策依據(jù)[3]。

以往醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)中，多數(shù)未應(yīng)用加密算法，另外一小部分應(yīng)用的是基于混合加密算法，混合加密算法是一種在處理數(shù)據(jù)時(shí)經(jīng)常用到的加密算法，不少學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。比如楊宏宇等[4]針對(duì)混合加密算法構(gòu)造方法固定存在的問(wèn)題，提出了一種基于 RSA和 Hill的多密碼體制混合加密算法模型，從而提高了加密效率；此外董清卿等[5]提出了一種基于混合加密算法的IPMC控制器以改善傳統(tǒng)VPX架構(gòu)體系中由于IPMC在信息保密方面存在的不足。此外還有很多專家對(duì)此進(jìn)行了研究，在此不再展開(kāi)敘述。

通過(guò)以往經(jīng)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，在未應(yīng)用加密算法的系統(tǒng)中由于數(shù)據(jù)量龐大，并且存在多種異常數(shù)據(jù)，加重了系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，而應(yīng)用混合加密算法的系統(tǒng)由于增加了數(shù)據(jù)處理任務(wù)，不僅沒(méi)有減輕系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)擔(dān)，還進(jìn)一步加重?cái)?shù)據(jù)處理任務(wù)，導(dǎo)致系統(tǒng)資源占用比過(guò)大，功耗較高，數(shù)據(jù)上傳吞吐量受限，嚴(yán)重影響系統(tǒng)使用壽命。針對(duì)這種情況，本文采用AES加密算法設(shè)計(jì)應(yīng)用AES加密算法的醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)，解決以往使用系統(tǒng)中存在的問(wèn)題。

1 醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)

在硬件設(shè)計(jì)上，利用FPGA專用集成電路芯片實(shí)現(xiàn)加密算法，將AES加密算法中的復(fù)雜乘法等數(shù)學(xué)運(yùn)算通過(guò)查表操作和組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)[6]。

FPGA設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)是面積和速度，面積是指占用FPGA的邏輯單元的數(shù)量，速度是指系統(tǒng)穩(wěn)定工作時(shí)所能使用的最高時(shí)鐘頻率[7]。在FPGA設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際要求，利用VHDL語(yǔ)言描寫(xiě)系統(tǒng)的功能及行為，將設(shè)計(jì)構(gòu)想輸入給EDA工具中[8]。在選擇FPGA芯片時(shí)，考慮到FPGA器件主要由可編程I/O單元、嵌入式RAM塊、邏輯單元和底層嵌入功能單元等單元構(gòu)成，因此在設(shè)計(jì)中選取Altera公司生產(chǎn)的EP2C70F896CN。該芯片與同等工藝的FPGA相比，性能更高且功耗降低一半，具有較高的性價(jià)比。EP2C70F896CN芯片屬于Cyclone系列，該系列的FPGA性能相關(guān)參數(shù)比較，如表1所示。

表1 FPGA性能參數(shù)表

從表1各個(gè)參數(shù)可知，EP2C70F896CN芯片是醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)的理想選擇。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中考慮到系統(tǒng)的實(shí)際要求，因此使不同的應(yīng)用平臺(tái)對(duì)應(yīng)不同的系統(tǒng)架構(gòu)，從而對(duì)系統(tǒng)框架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)AES加密算法高傳輸速率的目標(biāo)。

在設(shè)計(jì)中，通過(guò)在FPGA中嵌入微控制處理單元Nios II來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制，將微控制處理單元中定制的32位軟核連接到Avalon總線上，將其他如SDRAM、PIO等外部設(shè)備一起集成在芯片上，優(yōu)化系統(tǒng)框架，得到一個(gè)安全可靠并且靈活配置的系統(tǒng)。優(yōu)化后的系統(tǒng)框架圖，如圖1所示。

圖1 優(yōu)化后的系統(tǒng)框架圖

圖1顯示，在FPGA中包含了預(yù)處理單元，主要負(fù)責(zé)挑選需要被處理的數(shù)據(jù)分組，在軟核的控制下，連接AES組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)分組的加密解密過(guò)程。

1.2 設(shè)計(jì)自定義AES IP Core

由于在加密過(guò)程中存在多種變換，因此設(shè)計(jì)自定義AES IP Core時(shí)需要考慮AES加密算法的實(shí)際加密過(guò)程。依據(jù)其中的輪換步驟確定AES IP Core的自定義設(shè)計(jì)方案。將AES IP Core作為頂層模塊，根據(jù)加密算法過(guò)程中的各種變換及密鑰擴(kuò)展等劃分出不同的子模塊。在各種代換中，有限狀態(tài)機(jī)模塊和多路復(fù)用模塊作為輪變換控制模塊，而字節(jié)代換模塊采用FPGA內(nèi)部存儲(chǔ)資源存儲(chǔ)S盒查找表的配置數(shù)據(jù)。根據(jù)以上信息設(shè)計(jì)的IP Core模塊結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 IP Core設(shè)計(jì)模塊結(jié)構(gòu)圖

在各個(gè)子模塊設(shè)計(jì)中最重要的部分是有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)，AES加密算法中每一輪的加解密操作均由其控制。設(shè)計(jì)的IP Core模塊在開(kāi)始加密時(shí)，首先進(jìn)行初始化操作，每一輪輪變換需要的密鑰通過(guò)密鑰擴(kuò)展模塊產(chǎn)生，產(chǎn)生的密鑰與處理后的數(shù)據(jù)一起被傳輸?shù)接袡C(jī)狀態(tài)機(jī)中，完成加密解密過(guò)程。以上過(guò)程中的狀態(tài)描述，如圖3所示。

圖3 AES IP Core加解密狀態(tài)機(jī)

圖3顯示，狀態(tài)機(jī)先等待初始化后的密鑰和數(shù)據(jù)，如果傳輸至狀態(tài)機(jī)的密鑰有效，并且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)穩(wěn)定可靠無(wú)異常，則開(kāi)始第一輪輪變換，狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)為輪循環(huán)狀態(tài)，等進(jìn)行到最后一輪時(shí)狀態(tài)切換為開(kāi)始狀態(tài)，指示操作完成。AES IP Core中的所有模塊都由頂層模塊控制，各個(gè)模塊經(jīng)過(guò)綜合后的AES IP Core網(wǎng)表的頂層模塊，如圖4所示。

圖4 AES IP Core頂層模塊

以上內(nèi)容均是圍繞AES加密算法設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的各個(gè)部分，在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件部分。

2 醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)加密設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)加密是保證數(shù)據(jù)安全和完整的有效手段之一，加密算法在保證數(shù)據(jù)庫(kù)有效抵御各種安全威脅中發(fā)揮著重要作用。依據(jù)密碼學(xué)理論，加密就是對(duì)特定數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編碼，隱藏真實(shí)數(shù)據(jù)，使非法用戶不能獲得真實(shí)內(nèi)容。

將AES加密算法應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫(kù)安全中，可保證數(shù)據(jù)安全。AES加密算法中的輸入、輸出和密鑰被劃分為字節(jié)矩陣或字節(jié)數(shù)組。將AES加密算法基本單元的二維字節(jié)數(shù)組叫作狀態(tài)矩陣K，矩陣一共4行，每行有Ma個(gè)字節(jié)，字節(jié)的行下標(biāo)為i，列下標(biāo)為j，則狀態(tài)矩陣K中的每一個(gè)字節(jié)為kij。在加密開(kāi)始時(shí)，將輸入矩陣{in0,in1,…,in15}傳送到狀態(tài)矩陣中，輸入數(shù)組按照公式1傳遞到狀態(tài)矩陣中，加密運(yùn)算過(guò)程在狀態(tài)矩陣中完成，加密完成后得到的數(shù)據(jù)被傳出輸出矩陣{out0,out1,…,out15}中，狀態(tài)矩陣按式(2)傳遞到輸出字節(jié)數(shù)組中，如式(1)、式(2)。

k[i,j]=in[i+4j] 0≤i<4,0≤j<4Ma

(1)

out[i+4j]=k[i,j] 0≤i<4,0≤j<4Ma

(2)

在狀態(tài)矩陣中存在4種不同的變換形式，分別是以字節(jié)為目標(biāo)的字節(jié)替換；以狀態(tài)矩陣各行為目標(biāo)的移位變換；以狀態(tài)矩陣各列為目標(biāo)的列混合變換；以狀態(tài)矩陣和子密鑰為目標(biāo)的數(shù)域相加。AES加密算法中存在一個(gè)初始密鑰，以上過(guò)程保證數(shù)據(jù)每一輪變換不同，且每一輪的輪加密所需密鑰都由初始密鑰產(chǎn)生。將128位密鑰矩陣的4列表示為e(0)、e(1)、e(2)、e(3)，按照下面的公式產(chǎn)生后面40個(gè)新列，如式(3)、式(4)。

藝術(shù)教育之所以被重視又很好的實(shí)施，我們?cè)趯?shí)踐中也漸漸體會(huì)到藝術(shù)教育形式的生動(dòng)性，我們要圍繞藝術(shù)教育學(xué)的目標(biāo)，教育者實(shí)現(xiàn)藝術(shù)教育學(xué)的效果，讓學(xué)生去理解美，培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)理念，作為教育者不僅僅是專業(yè)技能的提高，教育能力方法和指導(dǎo)也要同步提升，同時(shí)我們也深刻的明白不僅要有完備的專業(yè)技能水平，更要有更豐富的學(xué)科知識(shí)，才能更好的教孩子們進(jìn)行學(xué)習(xí)；在此同時(shí)，藝術(shù)教育學(xué)引領(lǐng)我們豐富了上課的內(nèi)容，為學(xué)生提供藝術(shù)創(chuàng)作活動(dòng)；既能豐富學(xué)生的動(dòng)手合作能力，又能讓學(xué)生深刻體會(huì)到藝術(shù)存在于生活之中，在學(xué)習(xí)藝術(shù)知識(shí)的領(lǐng)域下更加理解教育的力量。

e(x)=e(x-4)XORe(x-1)x-4≠0

(3)

e(x)=e(x-4)XORH[e(x-1)]x-4=0

(4)

式中,H[e(x-1)]是e(x-1)的一種擴(kuò)展轉(zhuǎn)化形式，通過(guò)字節(jié)循環(huán)移位和替換，計(jì)算出每輪子密鑰的常量，完成轉(zhuǎn)換。以上過(guò)程是密鑰擴(kuò)展過(guò)程，目的是得到每一輪的密鑰。在已知密鑰的情況下，可利用密鑰解密數(shù)據(jù)，獲得安全數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)交互的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)選用oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，使用原廠提供的Pro*C接口，采用PLSQL編寫(xiě)所有SQL，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳主要通過(guò)Pro*C接口實(shí)現(xiàn)。

在Pro*C接口中引入運(yùn)行時(shí)連接字，一個(gè)運(yùn)行時(shí)連接字包含與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的連接和當(dāng)前連接上使用的游標(biāo)等。在應(yīng)用程序中調(diào)用Pro*C接口主要通過(guò)互相獨(dú)立的運(yùn)行時(shí)連接字的方式完成多線程的開(kāi)發(fā)。

終端上傳的醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)歸類處理后按照類別發(fā)送至數(shù)據(jù)緩沖池。在同一數(shù)據(jù)緩沖池類里的運(yùn)行時(shí)連接字需要保證內(nèi)容一致，主要在SQL編寫(xiě)時(shí)使用變量綁定。在多線程運(yùn)行時(shí)使用獨(dú)立的運(yùn)行時(shí)連接字，建立單個(gè)數(shù)據(jù)緩沖池對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)連接。由于運(yùn)行時(shí)連接字里的內(nèi)容相同，數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中不需要反復(fù)操作游標(biāo)，數(shù)據(jù)上傳和存儲(chǔ)也可以達(dá)到較高的效率。

對(duì)線程量進(jìn)行連接最大值的保護(hù)性設(shè)置就是建立數(shù)據(jù)池與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的專用交互通道，設(shè)置默認(rèn)每個(gè)數(shù)據(jù)池與數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立最大數(shù)據(jù)庫(kù)，避免數(shù)據(jù)庫(kù)壓力過(guò)大。線程定義完成后，激活所有線程，分配內(nèi)存，與數(shù)據(jù)庫(kù)建立關(guān)聯(lián)，待數(shù)據(jù)開(kāi)始上傳后，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分類處理后寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)中，完成數(shù)據(jù)的上傳。存儲(chǔ)過(guò)程的編寫(xiě)兼用宿主變量和游標(biāo)，利用游標(biāo)處理行數(shù)限制，開(kāi)發(fā)出SQL運(yùn)行所需的資源區(qū)，減少大開(kāi)發(fā)量對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)資源的消耗。

醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，通信協(xié)議是保證數(shù)據(jù)傳輸可靠的關(guān)鍵問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)通信多數(shù)基于TCP/IP協(xié)議組合，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)丟失情況，對(duì)于這種問(wèn)題，可在TCP協(xié)議中增加一個(gè)定時(shí)器，限定連接傳輸時(shí)間，開(kāi)始時(shí)間為傳輸方和接收方成功連接時(shí)刻，如果到了設(shè)定的時(shí)間，接受方發(fā)出的信息依然沒(méi)有傳送至傳輸方，則重新建立連接傳送數(shù)據(jù)，在重傳數(shù)據(jù)時(shí)建立新的通信通道。因此，在TCP協(xié)議下可以在數(shù)據(jù)上傳失敗后進(jìn)行補(bǔ)救，保證數(shù)據(jù)的成功上傳。至此，醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成。

3 醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)性能測(cè)試

3.1 測(cè)試準(zhǔn)備

醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)性能測(cè)試需要在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行，測(cè)試在WI-FI下，未應(yīng)用加密算法與應(yīng)用混合算法、應(yīng)用AES加密算法的醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)的實(shí)際性能。

表2 測(cè)試環(huán)境參數(shù)配置

在準(zhǔn)備好的測(cè)試環(huán)境下，分別測(cè)試三個(gè)不同系統(tǒng)在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳過(guò)程中獲得資源占用、系統(tǒng)功耗和數(shù)據(jù)吞吐量情況，根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析3個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際性能。

3.2 WI-FI功能測(cè)試

要完成在WI-FI網(wǎng)絡(luò)下的系統(tǒng)測(cè)試，關(guān)鍵在于測(cè)試系統(tǒng)是否能成功連接WI-FI。測(cè)試步驟如下：燒寫(xiě)zlmage進(jìn)入系統(tǒng)，打開(kāi)WI-FI，自動(dòng)獲取WI-FI并連接到網(wǎng)絡(luò)。利用USB線連接計(jì)算機(jī)與設(shè)備，打開(kāi)計(jì)算機(jī)中的命令指示符，將目錄切換到adb調(diào)試工具所在目錄，執(zhí)行“l(fā)ogcat”查看運(yùn)行信息。如果WI-FI連接成功，則在命令指示符窗口顯示出“New network state is CONNECTED”信息，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)連接成功。如圖5所示。

圖5 cmd輸出信息

網(wǎng)絡(luò)連接成功后，測(cè)試未應(yīng)用加密算法、應(yīng)用混合加密算法和應(yīng)用AES加密算法的醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)。

3.3 資源占用測(cè)試

在醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)需要從數(shù)據(jù)發(fā)送器中發(fā)出，從測(cè)試端的數(shù)據(jù)接收器接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)中，在此過(guò)程中，使用命令指示符cmd獲得資源占用測(cè)試結(jié)果。數(shù)據(jù)接收到后，上傳數(shù)據(jù)，不同系統(tǒng)的資源占用測(cè)試結(jié)果，如圖6所示。

a 未應(yīng)用加密算法的系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

b 應(yīng)用混合加密算法的系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

c 應(yīng)用AES加密算法的系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

觀察圖6結(jié)果，圖6顯示的是在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳時(shí)硬件資源的分配結(jié)果。圖6(a)中顯示邏輯元素總數(shù)占用比為61%，引腳占用比為54%，存儲(chǔ)總占用比為33%；圖6(b)中顯示邏輯元素總數(shù)占用比為91%，引腳占用比為83%，存儲(chǔ)總占用比為61%；圖(c)中顯示邏輯元素總數(shù)占用比為63%，引腳占用比為56%，存儲(chǔ)總占用比為34%。通過(guò)上述數(shù)據(jù)可知，應(yīng)用AES加密算法的系統(tǒng)資源占用情況與未應(yīng)用加密算法的系統(tǒng)資源占用情況相近，而應(yīng)用混合加密算法的系統(tǒng)資源占用比遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)另外兩組測(cè)試結(jié)果，說(shuō)明應(yīng)用了AES加密算法的醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)中加密算法執(zhí)行占用資源較少。

3.4 系統(tǒng)功耗測(cè)試

低功耗是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的因素，使用功耗分析工具，估算不同系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中功耗情況。系統(tǒng)功耗主要包括動(dòng)態(tài)功耗、靜態(tài)功耗和IO引腳功耗。其中靜態(tài)功耗為待機(jī)狀態(tài)下的功耗，動(dòng)態(tài)功耗指的是系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的功耗，IO引腳功耗指的是來(lái)自外部開(kāi)關(guān)和器件輸出引腳連接的相關(guān)硬件產(chǎn)生的功耗。使用功耗分析軟件PowerPlay Power Analyzer Tool估算各系統(tǒng)功耗，如表3所示。

表3 系統(tǒng)功耗測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表3數(shù)據(jù)計(jì)算各系統(tǒng)的功耗總和，分別為0.953 65 W、0.977 86 W和0.370 16 W，未應(yīng)用加密算法的系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)的處理和分析需要消耗更多的動(dòng)態(tài)功耗，因此其總功耗較高；與未應(yīng)用加密算法的系統(tǒng)相比應(yīng)用混合加密算法的系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功耗減輕，但是系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)的功耗增加，系統(tǒng)總功耗沒(méi)有減輕；與前兩者相比，應(yīng)用AES加密算法的系統(tǒng)各個(gè)功耗均減少，總功耗大幅度下降。三者相比，應(yīng)用AES加密算法的系統(tǒng)功耗最少。

3.5 數(shù)據(jù)吞吐量測(cè)試

在醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)工作中，為了穩(wěn)定工作，建議主時(shí)鐘周期在10 ns以上，假設(shè)系統(tǒng)中主時(shí)鐘頻率為100 MHz，則完成128 bit的數(shù)據(jù)上傳需要8個(gè)時(shí)鐘周期才能完成，由此得出數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳速度可以達(dá)到1.6 Gbit/s。但是實(shí)際上傳過(guò)程中受到器件、噪聲等多種因素的影響，系統(tǒng)不能保證在更高時(shí)鐘下穩(wěn)定運(yùn)行。在上述條件下測(cè)試各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量，如圖7所示。

圖7中系統(tǒng)1表示未應(yīng)用加密算法的系統(tǒng)，系統(tǒng)2表示應(yīng)用混合加密算法的系統(tǒng)，系統(tǒng)3表示應(yīng)用AES加密算法的系統(tǒng)。從圖7中可以看出系統(tǒng)3的吞吐量遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)系統(tǒng)，并且系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的吞吐量與1.6 Gbit/s相差甚遠(yuǎn)。結(jié)合資源占用比和系統(tǒng)功耗測(cè)試結(jié)果可知，應(yīng)用AES加密算法的醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳系統(tǒng)在正常運(yùn)行過(guò)程中資源占用少、功耗低且吞吐量高，說(shuō)明系統(tǒng)應(yīng)用加密算法并沒(méi)有給系統(tǒng)帶來(lái)較重的負(fù)擔(dān)，且延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用壽命。

圖7 不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)據(jù)加密技術(shù)是一種保證數(shù)據(jù)安全的可靠手段，對(duì)于醫(yī)院財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳而言，應(yīng)用該技術(shù)能夠滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)安全性的需求。針對(duì)系統(tǒng)的安全需求，從實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件和軟件部分，在FPGA硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)加密，保證數(shù)據(jù)上傳安全。通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證了應(yīng)用AES加密算法的系統(tǒng)性能的優(yōu)越性，但是在研究中，系統(tǒng)距離實(shí)際使用還有一些差距，需要經(jīng)過(guò)不斷測(cè)試反復(fù)驗(yàn)證，但是其表現(xiàn)的良好安全性能夠滿足系統(tǒng)的安全需求，為以后的深層次研究工作奠定基礎(chǔ)。