HDUSec-安全隔离网闸项目总结

淡淡的烟草味﹌ 2022-06-02 06:23 126阅读 0赞

比赛结束了，得给我们的项目做一个总结。

## 作品简介 ##

我们作品的名称是HDUSec-安全隔离网闸，HDUSec是代表我们协会。作品主要是仿造工业网闸进行创新，实现的主要功能是基

于可重构的Xilinx FPGA，过滤外网到内网的文件，通过协议转化来安全单项传输文件，同时还集成了报警，智能控制等模块，下面是系统的实现。

##  ##

# 系统实现 #

系统分成三个单元：文件缓存单元，系统控制单元，文件转发引擎。系统主要采用了分布式的架构，这里的分布式是广义的，

主要是一个系统分布在两块开发板上，两块都是Xilinx的，一块是Atlys，另一块是Nexys3。

首先是Nexys3板卡，Nexy3板卡较Atlys，资源相对少了些，处理性能也低些，我们在Nexys3上采用了MicroBlaze架构，通过对DDR

内存控制器，PMode等控制模块的利化，通过PLB总线和板子的外部单物理层网络芯片MicroRAM通信。在Microblaze架构上移植了

Xilkernel，Xilkernel是Xilinx公司研发的轻型嵌入式系统，Xilkernel采用的LWIP协议栈，LWIP是很轻型的协议栈，有它自己一套标准

的 LWIP Socket API。我们裁剪了基本的应用层协议，在LWIP只搭建了一个回显服务器和tftp服务器。整个Nexys3就够成了系统的文

件缓存单元，文件从外网到内网传送，文件会先存储到文件缓存单元的DDR上，等待系统控制单元的请求。

然后再说Atlys板卡，Atlys板卡是Sparnt-6系列的，系统控制单元和文件转发引擎在Atlys板卡上。我们在Atlys板卡上采用的是

OpenRISC架构，OpenRISC是OpenCORES下开源的项目，正是OpenRISC的开源，可以根据开发者根据自己的需求实现对系统硬

件的裁剪，OpenRISC的开源降低了项目的开发成本，也大大缩短了项目开发的周期。在OpenRISC架构中我们采用的核心处理器是

or3200，or3200是OpenRISC家族中系能最好的。在OpenRISC上面移植了Linux 3.4.2的内核，当然因为移植了内核，就降低了Atlys

的性能。接下来就基本上是linux上面的开发了，在应用层我们搭建了一套web服务器，支持POST和GET请求，设计不足就是Web服

务器没有开线程池，当时主要是想到板子的并不是用于商用，反正是自己玩玩的。Web服务器调用后台的cgi程序，后台的cgi接口是

我定的，至于js，html，ajax则是囧哥和何少帮我完成的。后台cgi调用的程序基本上我都以C为主，不过有些时候为了方便，就写了

好多脚本，脚本里面主要是awk，sed和grep等工具，就是C和Shell脚本混编构成了服务器的后台。其实我们在应用层做的工作挺多

的，我们设计了管理员和普通用户，都采用了身份验证机制。管理员登入之后，可以对系统进行全局设置，主要是文件类型库，敏

感词库，用户帐号等进行基本的管理，还有就是短信发送号码设置，最后就是用户下载文件的日志记录和查看。下面主要是文件转

发引擎的工作，对于普通用户，经过身份验证之后，登入普通用户界面，这时候web服务器会去向Nexys3板卡上的文件缓存单元请

求DDR中的文件目录，目录的数据包会从Nexys3传输到Atlys，然后由Atlys返回给客户端浏览器。用户看到在Nexy3的DDR中的文件

目录，并且下载。用户点击下载，通过POST包发送给Web服务器命令，Web服务器去Nexys3上下载指定的文件，文件到达Atlys，

然后开始检测文件类型是否与系统控制单元中预设文件类型符合，然后是检测文件内容，不合法的文件都移除到系统的隔离区，等

待管理员查看。在此过程中通过外接的GSM模块进行报警，以短信的形式发送给管理员。在web服务器还设计了一套基于手机的管

理界面，管理员可以通过手机访问系统，进行基本的系统管理。如果报警信息，管理员通过手机登入，关闭系统网卡，并且可以通

过发送短信打开系统工作状态。文件转发引擎只会转发文件类型和内容都OK的文件，这里为了保证内网的安全，采用了协议转换的

方式，由传统的TCP/IP协议转换成了串口协议，传输到内网，从外保证就是系统被Hacker攻破了，也绝对不会影响到内网。为了保

证文件传送的可靠性，我们采用了基于连接的ZMODEM协议，ZMODEM是一种类似TCP一样存在错误校验的通信协议，以牺牲效率

来保证可靠性。

# 系统创新和特色 #

1.系统是采用了分布式架构，系统分布在了两个不同的开发板上，为了保证系统的安全性，在两块不同的开发板上根据资源的限制分

别移植了Microblaze和OpenRISC架构，并在各自软核上移植不同的内核。

2.系统的硬件支持是基于可重构的Xilinx FPGA的，可以根据开发者需求裁剪

3.文件传送过程中采用了协议转化的形式，内网和外网不存在物理上的直接连接，仅仅是一个逻辑上的虚拟连接，更有效的保证了内

网的安全。

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