最强数据安全系统--硬件防火墙完整解决方案，有源码，黑客不服来战 解决方案, 数据安全, 防火墙, 黑客, 硬件

porereading

1 简介
由于传统的防火墙结构都是在软件层，存在响应时间慢、自主控制能力弱的弱点，并且设置复杂。我们利用FPGA的灵活性和可定制性等优点，考虑网络服务器的访问安全，设计了服务器数据安全系统，该系统的功能如下：能够自动识别网页，防止网页篡改；能有效防御黑客的入侵；能在网页被篡改后及时备份还原；开放源代码，系统完全自主可控。

图1  基于FPGA的数据安全系统框图

系统框图如上图图1所示，外部计算机通过防火墙访问WEB服务器，防火墙进行第一级数据安全保护；FPGA板卡插在WEB服务器主板上，进行第二级数据安全保护，即对外部计算机欲访问的网页进行防篡改处理，FPGA板卡比对服务器上网页和FPGA板卡上CF卡中存储的网页，如果网页未被篡改，则外界访问计算机可以访问WEB服务器；否则，中止外界计算机访问并上报服务器网站异常。FPGA板卡上构建嵌入式系统，完成第二级数据安全防护，与WEB服务器之间通过PCIE总线通信。另外，在服务器被攻击后，管理员可以控制FPGA板卡对WEB服务器进行网站数据还原。本系统实现主要包括软件和硬件两部分，下面分别进行介绍。

2 硬件系统
2.1 开发环境介绍
2.1.1 硬件环境与工具
FPGA开发板使用Xilinx 公司的virtex-5 xupv5-lx110t开发板,其他硬件包括：RS232 串口线，RJ45 网线，JTAG调试线,以太网集线器（HUB）等。

硬件防火墙的功能复杂，我们的开发环境需要较好的FPGA支持，所以选用的是Xilinx的virtex-5的开发板，该开发板通过串口和PCIE总线接口连接WEB服务器。

2.1.2 软件环境与工具
软件工具主要使用ISE Design Suite 10.1（不可选用其他版本或其升级版本如13.1等），红帽子企业版Red Hat Enterprise 4，虚拟机VMware 8.0.0 build-471780，WinDRIVER等。

2.2 硬件构架
2.2.1 搭建microblaze硬件平台
在FPGA上构建嵌入式系统，在嵌入式系统上完成网页比对等处理。嵌入式系统包括硬件平台和操作系统，操作系统采用linux系统。其中硬件平台的搭建如下：

• 首先打开XPS 10.1，新建BSB工程，共三个选项，由于我们此次是新建一个MicroBlaze 硬件平台，所以选中Base System Builder Wizard，点击OK，进入硬件平台搭建向导。
  
• 在弹出的对话框中，点击browse，选择一个目标磁盘并建立一个自己的工程文件夹，双击进入自己的工程文件夹后，点击保存，系统会自动为此项目命名为system。点击OK，进入BSB 欢迎对话框。
  
• 在欢迎对话框内，选择I would like to create a new design，点击next。
  
• 进入开发板选择对话框后，进行如下的系统配置 ：Board Vendor: Xilinx Board Name: XUPV5-LX110T Evaluation Platform Board Revision: A 点击next。
  
• 进入处理器选择对话框，由于virtex-5只支持软核MicroBlaze，所以默认即可。在对话框中还可以看到MicroBlaze 系统的一些参数，比如封装类型，速度等。点击next
  
• 进入MicroBlaze 配置对话框 ，MicroBlaze处理器总线时钟频率选择为125MHz。其中参考时钟由开发板上的时钟源提供，用来产生总线和处理器的频率，根据开发板的不同而不同。Debug I/F 选择on-chipH/W debug module，Local memory 选择64KB。Cache setup 选择Enable。点击next。
  
• 进入I/O 端口配置对话框。I/O 设备选择RS232_Uart_1，不选RS232_Uart_2和LEDs_8Bit。波特率选择115200，并且打开中断，其他选项默认即可。可以看到窗口的右侧有Data sheet，可以点击进入看到关于每个外设的data sheet，点击next。第二个对话框全部取消，点击next。全部需要，使用DMA，使用中断，点击next。DDR2_SDRAM和SysACE_CompactFlash都选用，使用中断，点击next。
  
• 由于此次远程控制中使用了操作系统，所以需要添加定时器，点击Add Peripherals，在弹出的对话框中选择xps_timer_1，timer mode 选择one timer is present，使用中断，点击next。
  
• 进入cache 配置对话框。由于在系统构建之初，我们已经选择了对外部存储器进行cache 缓存，所以在这里我们需要对其大小进行设置，数据Cache 与指令Cache 都选择64KB ，并且勾选DDR2_SDRAM对应的ICache 与DCache。点击next。
  
• 全部点击next，直到Finish。
  

图2为在FPGA上搭建嵌入式系统的硬件部分组成框图。

图 2  FPGA搭建的嵌入式系统硬件组成框图