基于高性能FPGA的超高速IPSec安全設(shè)備設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理
姬勝凱，王碩，黃毅龍，楊志明，馬賦寧，徐程
中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所
摘要： 基于高性能FPGA提出了一種超高速IPSec安全設(shè)備的設(shè)計方案；此方案在以CPU作為控制中樞的基礎(chǔ)上，利用高性能FPGA配合高速接口實(shí)現(xiàn)100G的IPSec安全傳輸，同時利用高性能FPGA和噪聲源芯片實(shí)現(xiàn)國密算法對高速數(shù)據(jù)進(jìn)行加解密。搭建測試環(huán)境對樣機(jī)進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明，超高速IPSec安全設(shè)備可完成高達(dá)82 Gb/s吞吐率的IPSec安全傳輸，整個系統(tǒng)延時達(dá)90 μs級。
中圖分類號：TN918.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2024.11.003引用格式：姬勝凱，王碩，黃毅龍，等.基于高性能FPGA的超高速IPSec安全設(shè)備設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［J］.網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)治理，2024，43（11）：13-18.
Design and implementation of ultra high-speed IPSec security device based on high performance FPGA
Ji Shengkai，Wang Shuo，Huang Yilong，Yang Zhiming，Ma Funing，Xu Cheng
The 6th Research Institute of China Electronics Corporation
Abstract： A design scheme for an ultra high speed IPSec security device based on high-performance FPGA has been proposed. On the basis of using CPU as the control center, this scheme utilizes high-performance FPGA combined with high-speed interface to achieve 100G IPSec secure transmission, while utilizing high-performance FPGA and noise source chip to implement national security algorithm for encryption and decryption of high-speed data. Building a testing environment to test the prototype,the test results indicate that,the ultra high speed IPSec security device can achieve IPSec secure transmission with a throughput of up to 82 Gb/s, and the entire system latency can reach 90 μs level.
Key words : ultra High-speed; IPSec; FPGA
引言
近幾年來，隨著數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，用于數(shù)據(jù)中心間通信的100G以太網(wǎng)建設(shè)迅速，隨之而來的各類網(wǎng)絡(luò)攻擊行為給網(wǎng)絡(luò)建設(shè)帶來了挑戰(zhàn)，亟需部署網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，目前主要部署網(wǎng)絡(luò)密碼機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)安全防護(hù)，對傳輸數(shù)據(jù)提供機(jī)密性、完整性和不可否認(rèn)性保護(hù)。目前超高速IPSec密碼機(jī)協(xié)議棧多基于大型CPU使用DPDK技術(shù)實(shí)現(xiàn)，軟件方式實(shí)現(xiàn)的IPSec協(xié)議大大增加網(wǎng)關(guān)的負(fù)載，成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸［1］，而FPGA具有高速并行的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超高速的IPSec處理。基于高性能FPGA的IPSec安全設(shè)備的實(shí)現(xiàn)，可以滿足100G-IPSec協(xié)議棧超高速、超高吞吐量、極低時延和較多隧道數(shù)的特性。
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作者信息：
姬勝凱，王碩，黃毅龍，楊志明，馬賦寧，徐程
（中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司第六研究所，北京 100083）
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