本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域，具體涉及一種橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的測(cè)試方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著世界互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的逐漸復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的日益完善，用戶(hù)在數(shù)字世界中進(jìn)行的活動(dòng)越來(lái)越頻繁。為了確保信息的機(jī)密性、完整性、可用性，避免國(guó)家或個(gè)人的信息受到非法獲取、破壞與篡改等形式的威脅，人們提出了使用密碼技術(shù)來(lái)保障以電子形式保存或傳送的數(shù)據(jù)。

自從Koblitz和Miller在1985年各自獨(dú)立的提出將橢圓曲線應(yīng)用于密碼學(xué)以來(lái)，橢圓曲線密碼已經(jīng)成為密碼學(xué)界最熱門(mén)的研究領(lǐng)域之一。隨著硬件處理速度和解密手段的提高，常用的1024位的RSA算法面臨著考驗(yàn)，其加密密鑰已不能充分保證數(shù)據(jù)的安全性，為了提高數(shù)據(jù)的安全性，需要增加密鑰的長(zhǎng)度，但這樣會(huì)導(dǎo)致算法速度降低。為滿足電子認(rèn)證服務(wù)系統(tǒng)等應(yīng)用需求，國(guó)家密碼管理局于2010年12月17日發(fā)布了SM2橢圓曲線公鑰密碼算法，并要求對(duì)現(xiàn)有基于RSA算法的電子認(rèn)證系統(tǒng)、密鑰管理系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

基于橢圓曲線公鑰密碼算法的安全協(xié)處理器可用于多種智能終端(例如智能電表)，其對(duì)外提供數(shù)字簽名、簽名驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)解密等功能，能夠完整支持SM2等標(biāo)準(zhǔn)。該安全協(xié)處理器作為SPI協(xié)議中的slave端與外部實(shí)體進(jìn)行通信。橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的功能與性能直接關(guān)系著基于其構(gòu)建的整個(gè)系統(tǒng)的安全，但是卻沒(méi)有一個(gè)完整的測(cè)試系統(tǒng)和相應(yīng)的測(cè)試方法用以評(píng)價(jià)其性能的優(yōu)劣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的測(cè)試方法及系統(tǒng)，可對(duì)橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的功能與性能進(jìn)行全面的自動(dòng)化測(cè)試。

本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的測(cè)試系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于，所述系統(tǒng)包括：上位機(jī)、嵌入式開(kāi)發(fā)單元和待測(cè)處理器；

所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元通過(guò)SPI與所述待測(cè)處理器建立連接，其中，所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元作為SPI通信的master端，所述待測(cè)處理器作為SPI通信的slave端；所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元和待測(cè)處理器分別通過(guò)串口與所述上位機(jī)進(jìn)行通訊；所述上位機(jī)通過(guò)NFS服務(wù)與所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元建立連接。

優(yōu)選的，所述上位機(jī)通過(guò)NFS服務(wù)與所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元建立連接，用于將上位機(jī)生成的測(cè)試用例通過(guò)NFS服務(wù)發(fā)送至所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元。

優(yōu)選的，所述上位機(jī)通過(guò)NFS服務(wù)與所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元建立連接，用于將在交叉編譯環(huán)境內(nèi)編寫(xiě)的自動(dòng)化測(cè)試程序通過(guò)NFS服務(wù)裝載至所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元。

優(yōu)選的，所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元通過(guò)SPI與所述待測(cè)處理器建立連接，用于通過(guò)SPI調(diào)用所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元的自動(dòng)化測(cè)試程序和測(cè)試用例，生成測(cè)試結(jié)果，并通過(guò)SPI將所述測(cè)試結(jié)果返回至所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元。

進(jìn)一步的，所述測(cè)試用例至少包括：數(shù)字簽名測(cè)試數(shù)據(jù)、簽名驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)加密測(cè)試數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)解密測(cè)試數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，所述上位機(jī)通過(guò)NFS服務(wù)與所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元建立連接，還用于將測(cè)試結(jié)果通過(guò)NFS服務(wù)發(fā)送至所述上位機(jī)。

優(yōu)選的，所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元和待測(cè)處理器分別通過(guò)串口與所述上位機(jī)進(jìn)行通訊，用于交互所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元和待測(cè)處理器與所述上位機(jī)之間的狀態(tài)信息。

一種橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的測(cè)試方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括：

(1)利用橢圓曲線公鑰密碼軟件生成測(cè)試用例并在交叉編譯環(huán)境內(nèi)編寫(xiě)自動(dòng)化測(cè)試程序；

(2)將所述自動(dòng)化測(cè)試程序裝載至嵌入式開(kāi)發(fā)單元；

(3)向待測(cè)處理器輸入測(cè)試用例并運(yùn)行所述自動(dòng)化測(cè)試程序，生成測(cè)試結(jié)果；

(4)將測(cè)試結(jié)果通過(guò)所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元發(fā)送至上位機(jī)。

優(yōu)選的，所述步驟(3)中，自動(dòng)化測(cè)試程序包括：

循環(huán)執(zhí)行100次調(diào)用橢圓曲線公鑰密碼算法對(duì)輸入的測(cè)試用例的數(shù)字簽名測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出簽名信息及數(shù)字簽名并記錄運(yùn)行時(shí)間；

循環(huán)執(zhí)行100次調(diào)用橢圓曲線公鑰密碼算法對(duì)輸入的測(cè)試用例的簽名驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出驗(yàn)證信息并記錄運(yùn)行時(shí)間；

循環(huán)執(zhí)行100次調(diào)用橢圓曲線公鑰密碼算法對(duì)輸入的測(cè)試用例的數(shù)據(jù)加密測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出加密后的密文并記錄運(yùn)行時(shí)間；

循環(huán)執(zhí)行100次調(diào)用橢圓曲線公鑰密碼算法對(duì)輸入的測(cè)試用例的數(shù)據(jù)解密測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出解密后的明文并記錄運(yùn)行時(shí)間。

進(jìn)一步的，所述數(shù)字簽名測(cè)試數(shù)據(jù)包括：橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、用戶(hù)的身份標(biāo)識(shí)、用戶(hù)的私鑰和待簽名消息；所述簽名驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)包括：橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、用戶(hù)的身份標(biāo)識(shí)、用戶(hù)的公鑰、待驗(yàn)證消息及待驗(yàn)證信息的數(shù)字簽名；所述數(shù)據(jù)加密測(cè)試數(shù)據(jù)包括：橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、解密用戶(hù)的公鑰和待加密明文；所述數(shù)據(jù)解密測(cè)試數(shù)據(jù)包括：橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、解密用戶(hù)的私鑰和待解密密文。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果：

本發(fā)明提供的一種橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的測(cè)試方法及系統(tǒng)，能夠自動(dòng)的生成測(cè)試所需要的測(cè)試用例，在測(cè)試程序運(yùn)行過(guò)程中不需要人為干預(yù)就可自動(dòng)完成數(shù)字簽名、簽名驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)解密等功能的功能測(cè)試與性能測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果自動(dòng)上傳至上位機(jī)，較為全面準(zhǔn)確的給出了待測(cè)安全協(xié)處理器的功能與性能指標(biāo)，并且大大的提高了測(cè)試效率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的一種橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明提供的一種橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的測(cè)試方法流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供了一種橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的測(cè)試系統(tǒng)，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括：上位機(jī)、嵌入式開(kāi)發(fā)單元和待測(cè)處理器；

所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元通過(guò)SPI與所述待測(cè)處理器建立連接，其中，所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元作為SPI通信的master端，所述待測(cè)處理器作為SPI通信的slave端；所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元和待測(cè)處理器分別通過(guò)串口與所述上位機(jī)進(jìn)行通訊；所述上位機(jī)通過(guò)NFS服務(wù)與所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元建立連接。

其中，需在所述上位機(jī)上搭建交叉編譯環(huán)境、NFS服務(wù)以及串口調(diào)試工具并安裝支持橢圓曲線公鑰密碼算法的軟件，所述上位機(jī)可以為PC、服務(wù)器或虛擬機(jī)等。

具體的，所述上位機(jī)通過(guò)NFS服務(wù)與所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元建立連接，用于將上位機(jī)生成的測(cè)試用例通過(guò)NFS服務(wù)發(fā)送至所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元。

其中，所訴測(cè)試用例通過(guò)所述上位機(jī)安裝的支持橢圓曲線公鑰密碼算法的軟件生成，所述測(cè)試用例至少包括：數(shù)字簽名測(cè)試數(shù)據(jù)、簽名驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)加密測(cè)試數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)解密測(cè)試數(shù)據(jù)。

所述上位機(jī)通過(guò)NFS服務(wù)與所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元建立連接，用于將在交叉編譯環(huán)境內(nèi)編寫(xiě)的自動(dòng)化測(cè)試程序通過(guò)NFS服務(wù)裝載至所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元。

所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元通過(guò)SPI與所述待測(cè)處理器建立連接，用于通過(guò)SPI調(diào)用所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元的自動(dòng)化測(cè)試程序和測(cè)試用例，生成測(cè)試結(jié)果，并通過(guò)SPI將所述測(cè)試結(jié)果返回至所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元。

所述上位機(jī)通過(guò)NFS服務(wù)與所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元建立連接，還用于將測(cè)試結(jié)果通過(guò)NFS服務(wù)發(fā)送至所述上位機(jī)。

所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元和待測(cè)處理器分別通過(guò)串口與所述上位機(jī)進(jìn)行通訊，用于交互所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元和待測(cè)處理器與所述上位機(jī)之間的狀態(tài)信息。

一種橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的測(cè)試方法，如圖2所示，所述方法包括：

(1)利用橢圓曲線公鑰密碼軟件生成測(cè)試用例并在交叉編譯環(huán)境內(nèi)編寫(xiě)自動(dòng)化測(cè)試程序；

(2)將所述自動(dòng)化測(cè)試程序裝載至嵌入式開(kāi)發(fā)單元；

(3)向待測(cè)處理器輸入測(cè)試用例并運(yùn)行所述自動(dòng)化測(cè)試程序，生成測(cè)試結(jié)果；

(4)將測(cè)試結(jié)果通過(guò)所述嵌入式開(kāi)發(fā)單元發(fā)送至上位機(jī)。

具體的，所述步驟(3)中，自動(dòng)化測(cè)試程序包括：

循環(huán)執(zhí)行100次調(diào)用橢圓曲線公鑰密碼算法對(duì)輸入的測(cè)試用例的數(shù)字簽名測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出簽名信息及數(shù)字簽名并記錄運(yùn)行時(shí)間；

循環(huán)執(zhí)行100次調(diào)用橢圓曲線公鑰密碼算法對(duì)輸入的測(cè)試用例的簽名驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出驗(yàn)證信息并記錄運(yùn)行時(shí)間；

循環(huán)執(zhí)行100次調(diào)用橢圓曲線公鑰密碼算法對(duì)輸入的測(cè)試用例的數(shù)據(jù)加密測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出加密后的密文并記錄運(yùn)行時(shí)間；

循環(huán)執(zhí)行100次調(diào)用橢圓曲線公鑰密碼算法對(duì)輸入的測(cè)試用例的數(shù)據(jù)解密測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，輸出解密后的明文并記錄運(yùn)行時(shí)間。

其中，所述數(shù)字簽名測(cè)試數(shù)據(jù)包括：橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、用戶(hù)的身份標(biāo)識(shí)、用戶(hù)的私鑰和待簽名消息；所述簽名驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)包括：橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、用戶(hù)的身份標(biāo)識(shí)、用戶(hù)的公鑰、待驗(yàn)證消息及待驗(yàn)證信息的數(shù)字簽名；所述數(shù)據(jù)加密測(cè)試數(shù)據(jù)包括：橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、解密用戶(hù)的公鑰和待加密明文；所述數(shù)據(jù)解密測(cè)試數(shù)據(jù)包括：橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、解密用戶(hù)的私鑰和待解密密文。

實(shí)施例：

如圖3所示，采用PC機(jī)作為上位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)運(yùn)行的操怍系統(tǒng)版本為Ubuntu 12.04，并在其上搭建了交叉編譯環(huán)境、NFS服務(wù)以及串口調(diào)試工具，通過(guò)交叉編譯環(huán)境在PC機(jī)上編寫(xiě)測(cè)試程序并安裝支持橢圓曲線公鑰密碼算法的軟件，通過(guò)支持橢圓曲線公鑰密碼算法的軟件生成測(cè)試用例。使用基于ARM9的嵌入式開(kāi)發(fā)板JZ2440作為SPI通信的master端，并在其上運(yùn)行嵌入式Linux操作系統(tǒng)與測(cè)試程序。待測(cè)處理器作為SPI通信的slave端。其中，待測(cè)處理器采用256bit密鑰長(zhǎng)度的SM2橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器。

分別連接基于ARM9的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)板與待測(cè)安全協(xié)處理器之間的SPI數(shù)據(jù)線、開(kāi)發(fā)板與上位機(jī)之間的以太網(wǎng)連接線。此外，還需分別使用串口連接線將上位機(jī)與開(kāi)發(fā)板、上位機(jī)與待測(cè)安全協(xié)處理器連接起來(lái)；具體的，使用SPI數(shù)據(jù)線將待測(cè)256bit密鑰長(zhǎng)度的SM2橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器與基于ARM9的嵌入式Linux開(kāi)發(fā)板相連，使用以太網(wǎng)連接線連接開(kāi)發(fā)板與上位機(jī)，開(kāi)發(fā)板與上位機(jī)的靜態(tài)IP地址需設(shè)置在同一子網(wǎng)內(nèi)；使用串口連接線將上位機(jī)與開(kāi)發(fā)板、上位機(jī)與待測(cè)安全協(xié)處理器連接起來(lái)，上位機(jī)識(shí)別到的串口編號(hào)分別為COM1與COM2；

開(kāi)啟上位機(jī)，使用SM2橢圓曲線公鑰密碼軟件生成全部的測(cè)試用例，測(cè)試用例中包括數(shù)字簽名、簽名驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)解密等用例各1個(gè)，具體配置為：生成的橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)長(zhǎng)度均為256bit；生成的用戶(hù)私鑰長(zhǎng)度為256bit；生成的用戶(hù)公鑰由橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)組成，其長(zhǎng)度均為256bit；用戶(hù)身份ID長(zhǎng)度不超過(guò)64字節(jié)；簽名消息或明文的長(zhǎng)度不超過(guò)64字節(jié)；

在上位機(jī)上交叉編譯預(yù)先編寫(xiě)好的測(cè)試程序，測(cè)試程序中應(yīng)包含上述全部測(cè)試用例；

開(kāi)啟嵌入式開(kāi)發(fā)板，待嵌入式開(kāi)發(fā)板啟動(dòng)完成后通過(guò)NFS服務(wù)將上述測(cè)試程序裝載至開(kāi)發(fā)板中；

開(kāi)啟待測(cè)安全協(xié)處理器模塊，等待應(yīng)用程序從閃存中加載至內(nèi)存中；

運(yùn)行測(cè)試程序，測(cè)試結(jié)果文件將自動(dòng)保存至開(kāi)發(fā)板中；

其中，運(yùn)行測(cè)試程序具體包括：

測(cè)試安全協(xié)處理器的數(shù)字簽名功能，如表1所示，通過(guò)SPI協(xié)議輸入橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、用戶(hù)的身份標(biāo)識(shí)、用戶(hù)的私鑰、待簽名消息，輸出應(yīng)為簽名消息及其數(shù)字簽名。該項(xiàng)測(cè)試需循環(huán)運(yùn)行100次并自動(dòng)記錄其運(yùn)行時(shí)間；

表1輸入的數(shù)字簽名測(cè)試數(shù)據(jù)及輸出的測(cè)試結(jié)果

測(cè)試安全協(xié)處理器的簽名驗(yàn)證功能，如表2所示，通過(guò)SPI協(xié)議輸入橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、用戶(hù)的身份標(biāo)識(shí)、用戶(hù)的公鑰、待驗(yàn)證消息及其數(shù)字簽名，輸出應(yīng)為簽名驗(yàn)證是否通過(guò)。該項(xiàng)測(cè)試需循環(huán)運(yùn)行100次并自動(dòng)記錄其運(yùn)行時(shí)間；

表2輸入的簽名驗(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)及輸出的測(cè)試結(jié)果

測(cè)試安全協(xié)處理器的數(shù)據(jù)加密功能，如表3所示，通過(guò)SPI協(xié)議輸入橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、用戶(hù)的公鑰、待加密明文，輸出加密后的密文。該項(xiàng)測(cè)試需循環(huán)運(yùn)行100次并自動(dòng)記錄其運(yùn)行時(shí)間；

表3輸入的數(shù)據(jù)加密測(cè)試數(shù)據(jù)及輸出的測(cè)試結(jié)果

測(cè)試安全協(xié)處理器的數(shù)據(jù)解密功能，如表4所示，通過(guò)SPI協(xié)議輸入橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)、用戶(hù)的私鑰、待解密密文，輸出解密后的明文。該項(xiàng)測(cè)試需循環(huán)運(yùn)行100次并自動(dòng)記錄其運(yùn)行時(shí)間；

表4輸入的數(shù)據(jù)解密測(cè)試數(shù)據(jù)及輸出的測(cè)試結(jié)果

測(cè)試程序運(yùn)行結(jié)束，上傳測(cè)試結(jié)果至上位機(jī)。

本發(fā)明利用上位機(jī)、嵌入式開(kāi)發(fā)板及相關(guān)配套軟件對(duì)橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器進(jìn)行測(cè)試，并提出了詳細(xì)的測(cè)試方案，解決了橢圓曲線公鑰密碼安全協(xié)處理器的功能與性能測(cè)試問(wèn)題。使用本發(fā)明所述的測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法，能夠自動(dòng)的生成測(cè)試所需要的測(cè)試用例，在測(cè)試程序運(yùn)行過(guò)程中不需要人為干預(yù)就可自動(dòng)完成數(shù)字簽名、簽名驗(yàn)證、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)解密等功能的功能測(cè)試與性能測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果自動(dòng)上傳至上位機(jī)。所述測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法較為全面準(zhǔn)確的給出了待測(cè)安全協(xié)處理器的功能與性能指標(biāo)，并且大大的提高了測(cè)試效率。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。