一种具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡制造技术

本发明专利技术涉及密码卡授时技术领域，具体地说，涉及一种具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡，其授时系统模型包括信号层、控制层和接口层；其中：信号层包括秘钥生成器、4G天线、NTP服务器、RTC守时控制器和卫星天线；控制层包括数据加密处理模块、4G信号采集装置、时间信号解析器、时间主控器、卫星时间信号解析器、中断处理器和卫星信号采集装置；接口层包括PCI

【技术实现步骤摘要】
一种具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡


[0001]本专利技术涉及密码卡授时
，具体地说，涉及一种具有高精度授时功能的PCIe 接口密码卡。

技术介绍

[0002]商用密码是我国密码体系的重要组成部分，用于保护商业化数据信息。商用密码的应用直接关系到网络安全、经济安全、国家安全，直接关系到每位公民和社会组织的切身利益。当下，智能化、数字化、网络化深入发展，各种应用系统对商用密码安全的需求越来越高。特别是随着智能家居、云计算、移动互联、大数据等新兴技术的发展，对密码软件、芯片、密码模块、密码板卡、密码系统等技术的需求也越来越迫切。
[0003]通讯速率方面，过去的十几年中PCI总线在嵌入式领域得到了广泛的应用，但由于P CI总线的并行特性，基于PCI总线的通讯方案受数据吞吐量和带宽的限制，已经逐渐达到瓶颈。PCIe总线标准凭借高效的串行传输特性和更高的传输速率、独享带宽等优点，一经推出便得到迅速发展，并逐步取代PCI总线。计算机主板接口方面，PCIe插槽是主板的主要扩展插槽，通过插接不同的扩展卡可以获得计算机能实现的几乎所有功能，如声卡、网卡、显卡、USB扩展卡、视频采集卡等种类繁多的扩展卡。正因“万能”的兼容特性，导致计算机主板上PCIe插槽往往一槽难求。
[0004]在此背景下，基于新一代Soc网络终端安全芯片的密码板卡应运而生，该板卡支持S M4、AES、DES等对称加密算法，支持SM2、RSA等椭圆曲线公钥密码算法，同时支持SM3、 SHA1、SHA224、SHA256等HASH算法，各算法之间互相独立，并通过PCIe+USB的方案来满足网络系统密码计算量大、实时性高的要求。授时密码卡集授时、密码计算于一体，仅需一个PCIe接口，既能兼容密码算法性能，又可满足授时需求。在实际应用中，高精度的系统时间和密码技术相得益彰，当前计算机系统时间基本由网络时间或者主板时钟芯片提供，极易导致时间误差大、精度低，在数据测量、工业控制等领域无法完成特定任务。至此，研发一款既能满足高效商用密码计算，又能提供高精度时间的组合型授时密码卡势在必行。鉴于此，我们提出了一种具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供了一种具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述技术问题的解决，本专利技术的目的之一在于，提供了一种具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡，其授时系统模型包括信号层、控制层和接口层三部分；所述信号层、所述控制层和所述接口层依次通信连接；其中：
[0007]所述信号层包括秘钥生成器、4G天线、NTP服务器、RTC守时控制器和卫星天线；
[0008]所述控制层包括数据加密处理模块、4G信号采集装置、时间信号解析器、时间主控器、卫星时间信号解析器、中断处理器和卫星信号采集装置；
[0009]所述接口层包括PCI
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e x1接口、接口驱动和PC机/服务器。
[0010]作为本技术方案的进一步改进，所述秘钥生成器、所述4G天线、所述NTP服务器、所述RTC守时控制器与所述卫星天线并列运行；其中：
[0011]所述秘钥生成器连接所述数据加密处理模块，用于生成和存储数据加密过程中用到的加解密秘钥；
[0012]所述4G天线连接所述4G信号采集装置，用于获取运营商基站时间，并向下兼容，若 4G信号弱自动则切换为3G、2G基站；
[0013]所述RTC守时控制器连接所述时间主控器，用于将时间信息或1pps脉冲信号传输至所述时间主控器；
[0014]所述卫星天线连接所述卫星信号采集装置，用于接收卫星信号。
[0015]作为本技术方案的进一步改进，所述RTC守时控制器使用温补晶振，具有高精度，其在外部时钟源无效时仍可提供高精度授时服务。
[0016]作为本技术方案的进一步改进，所述数据加密处理模块独立运行，所述4G信号采集装置、所述时间信号解析器与所述时间主控器依次通信连接，所述卫星信号采集装置分别通过并列运行的所述卫星时间信号解析器、所述中断处理器与所述时间主控器通信连接；其中：
[0017]所述数据加密处理模块连接到所述PCI
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e接口，用于和所述PC机/服务器之间的数据流透传；
[0018]所述时间信号解析器通过GPRS连接NTP服务器，用于获取网络时间；
[0019]所述时间主控器连接到所述PCI
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e接口，用于和所述PC机/服务器之间的时间报文/ 控制命令的传输；
[0020]所述卫星时间信号解析器连接所述卫星信号采集装置，所述卫星信号采集装置将卫星信号转换为NMEA协议数据包，并通过所述卫星时间信号解析器用串口方式输出时间报文；
[0021]所述中断处理器与所述卫星信号采集装置连接，所述中断处理器接收所述卫星信号采集装置输出的1pps脉冲信号。
[0022]作为本技术方案的进一步改进，所述数据加密处理模块的核心是一组数据加解密算法子模块；其中，算法子模块包含SM2、RSA等椭圆曲线公钥密码算法，SM4、AES、DES等对称加密算法，SM3、SHA1、SHA224、SHA256等HASH算法，且各算法之间互相独立。
[0023]作为本技术方案的进一步改进，所述时间主控器为授时系统模型的核心，其通过 4G
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LTE、卫星、NTP三种时间信号源，获取不同场景下的时间信息，用于同步密码卡内的时间，并可根据时间源信号强度进行自动切换。
[0024]作为本技术方案的进一步改进，所述时间主控器通过独立工作的时间源满足多元化使用场景，各不同场景的时间源部署方案为：
[0025]在不方便部署卫星天线到室外的网络通讯机房内，可以将4G天线布置于室内，使用 4G
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LTE/NTP时间源，完全消除雷电天气对设备的破坏；
[0026]在使用GPS/北斗卫星信号时，可达到微秒级授时精度；
[0027]通过内置高精度守时时钟源即RTC守时控制器，使用温补晶振，在外部时钟源无效时仍可提供高精度授时服务。
[0028]作为本技术方案的进一步改进，所述时间主控器根据时间源信号强度进行自动切换的具体方法包括如下：
[0029]预先设定间隔特定时间(例如10min)轮巡卫星信号、LTE信号、NTP信号的强度，优先级按照卫星信号>NTP信号>LTE信号的顺序；具体为：
[0030]A、卫星信号对卫星天线的放置方向、空旷与否有较强联系，当天线放置于室内、楼宇间等较强遮挡的环境时，卫星模块往往不能识别到有效信号，当强度太弱或者时间数据有误时，当前时间源会切换为次优先级并处于有效状态的信号源；
[0031]B、NTP信号下，每次轮巡阿里云、国家授时中心、中国香港天文台、美国标准技术研究所、中国科技大学等的授时服务器，每次轮巡后按照不同服务器信号稳定性记录权值，当权本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡，其特征在于：其授时系统模型包括信号层(1)、控制层(2)和接口层(3)三部分；所述信号层(1)、所述控制层(2)和所述接口层(3)依次通信连接；其中：所述信号层(1)包括秘钥生成器(11)、4G天线(12)、NTP服务器(13)、RTC守时控制器(14)和卫星天线(15)；所述控制层(2)包括数据加密处理模块(21)、4G信号采集装置(22)、时间信号解析器(23)、时间主控器(24)、卫星时间信号解析器(25)、中断处理器(26)和卫星信号采集装置(27)；所述接口层(3)包括PCI
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e x1接口(31)、接口驱动(32)和PC机/服务器(33)。2.根据权利要求1所述的具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡，其特征在于：所述秘钥生成器(11)、所述4G天线(12)、所述NTP服务器(13)、所述RTC守时控制器(14)与所述卫星天线(15)并列运行；其中：所述秘钥生成器(11)连接所述数据加密处理模块(21)，用于生成和存储数据加密过程中用到的加解密秘钥；所述4G天线(12)连接所述4G信号采集装置(22)，用于获取运营商基站时间，并向下兼容，若4G信号弱自动则切换为3G、2G基站；所述RTC守时控制器(14)连接所述时间主控器(24)，用于将时间信息或1pps脉冲信号传输至所述时间主控器(24)；所述卫星天线(15)连接所述卫星信号采集装置(27)，用于接收卫星信号。3.根据权利要求1所述的具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡，其特征在于：所述RTC守时控制器(14)使用温补晶振，具有高精度，其在外部时钟源无效时仍可提供高精度授时服务。4.根据权利要求1所述的具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡，其特征在于：所述数据加密处理模块(21)独立运行，所述4G信号采集装置(22)、所述时间信号解析器(23)与所述时间主控器(24)依次通信连接，所述卫星信号采集装置(27)分别通过并列运行的所述卫星时间信号解析器(25)、所述中断处理器(26)与所述时间主控器(24)通信连接；其中：所述数据加密处理模块(21)连接到所述PCI
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e接口(31)，用于和所述PC机/服务器(33)之间的数据流透传；所述时间信号解析器(23)通过GPRS连接NTP服务器(13)，用于获取网络时间；所述时间主控器(24)连接到所述PCI
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e接口(31)，用于和所述PC机/服务器(33)之间的时间报文/控制命令的传输；所述卫星时间信号解析器(25)连接所述卫星信号采集装置(27)，所述卫星信号采集装置(27)将卫星信号转换为NMEA协议数据包，并通过所述卫星时间信号解析器(25)用串口方式输出时间报文；所述中断处理器(26)与所述卫星信号采集装置(27)连接，所述中断处理器(26)接收所述卫星信号采集装置(27)输出的1pps脉冲信号。5.根据权利要求1所述的具有高精度授时功能的PCIe接口密码卡，其特征在于：所述数据加密处理模块(21)的核心是一组数据加解密算法子模块；其中，算法子模块包含SM2、RSA等椭圆曲线公钥密码算法，SM4、AES、DES等对称加密算法，SM3、SHA1、SHA224、SHA256等HASH
算法，且各算法之间互相独立。6.根据权利要求1所述的具有高精度授时功能的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张乐会，刘磊，
申请(专利权)人：中安云科科技发展山东有限公司，
类型：发明
国别省市：