三级网络课堂：基于SoC的IPSec协议实现技术

　　3 基于SoC的IPSec实现技术

　　3.1 基本结构 

　　以SoC实现IPSec的多协议模块包括：①IPSec协议输入、输出引擎，是通过协议解析，决定数据流程的处理；②安全关联、密钥交换、密码算法等，其中，安全关联模块为其直接提供所需参数，密钥交换模块用于IKE自动管理的SAD，算法模块是实现IP数据加解密和认证的基本模块；③接口模块，是IPSec与IPV4/IPv6协议的接口界面。SoC中的CPU核，实施系统管理、策略管理和密钥管理等功能。 

　　基于SoC的IPSec协议结构如图3所示。 

　　IPSec的主体部分是多协议处理的硬件模块。在SoC设计过程中，应通过优化设计，以满足IPSec的功能和性能要求；采用片上操作系统，以满足设计的灵活性、可继承性和可复用性等IP特性；结合CPU的结构、性能和指令系统，进行软硬件系统设计，以达到各个模块之间的通信、传输和控制等一体化设计。 

　　基于SoC的IPSec芯片结构如图4所示。 

　　图4中IPSec协议的IKE密钥交换、策略管理、SAD手工注入由实时操作系统来处理，而IPSec输入输出引擎的协议解析、安全策略库(SAD、SPD)、密钥快速查找(CAM)、加解密算法、GMAC通信接口等由硬件模块构造。通信接口实现以太网链路帧的接收、发送、校验等功能。芯片中还应设计看门狗，用于防止系统死机；另外，要设计跟踪模块，用于系统软硬件调试。 

　　综上所述，在实现IPSec协议的SoC芯片中，主要协议栈处理都由硬件模块实现，CPu负责管理调度和密钥配置。

　　3.2 功能实现

　　(1)lPSec协议的输出与输入引擎处理 

　　对于输出数据包，IPSec协议输出引擎先调用策略管理模块，查询SPD，确定数据包应使用的安全策略。根据策略管理模块的指示，协议引擎对该数据包作出如下3种可能的处理： 
　　①如存在有效的SA，则取出相应的参数，将数据包封装(包括加密、验证，添加IPSec头和IP头等)，然后发送。 
　　②如尚未建立SA，策略管理模块启动或触发IKE协商。协商成功后，按①中的步骤处理；不成功则应将数据包丢弃，并记录出错信息。 
　　③如存在SA但无效，策略管理模块将此信息向IKE通告，请求协商新的SA，协商成功后按①中的步骤处理，不成功则应将数据包丢弃。 

　　对于输入数据包，IPSec协议引擎先调用策略管理模块，查询SAD。如得到有效的SA，则对数据包进行解封(还原)，再查询SPD，验证为该数据包提供的安全保护是否与策略配置的相符。如相符，则将还原后的数据包交给TCP层或转发。如不相符，或要求应用IPSec但未建立SA，或SA无效，则将数据包丢弃，并记录出错信息。