РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА
з дисципліни
«МІКРОПРОЦЕСОРНІ СИСТЕМИ В ГАЛУЗІ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ»
Для студентів інституту радіоелектроніки та телекомунікацій
Рівень підготовки - магістр
Спеціальність: 8.160101 – “Захист інформації з обмеженим доступом та автоматизація її обробки”
Програма розроблена і забезпечується кафедрою інформаційної безпеки
Одеса – ОНПУ
Робоча навчальна програма з дисципліни «Мікропроцесорні системи в галузі захисту інформації» для магістрів спеціальності 8.160101 “Захист інформації з обмеженим доступом та автоматизація її обробки” інституту радіоелектроніки та телекомунікацій / Укл.: В.Я.Чечельницький, М.О.Барабанов. — Одеса: ОНПУ, 2009.— 26 с.
Укладачi: В.Я. Чечельницький, доцент
М.О. Барабанов, ст. викладач
Робоча навчальна програма розглянута та затверджена на засіданні кафедри «Інформаційна безпека», протокол № ___ від «___» _________ 2009 р.
Зав. кафедрою ІБ
«___» _____________ 2009 р. _________М.I. Мазурков
Робоча навчальна програма погоджена:
Директор ІРТ
«__» _____________ 2009 р. __________ П.Ю. Баранов
Начальник НМВ
«__» _____________ 2009 р. ___________ В.С. Полонік
Прийняті скорочення
МПС – мікропроцесорна системи
ЦСП – цифровій сигнальний процесор
ЦПБ – цифровій процесор безпеки
ЗІ – захист інформації
ПК – персональний комп'ютер
РР – розрахункова робота
РГР – розрахунково-графічна робота
КР – курсова робота
КП – курсовий проект
СРС – самостійна робота студента
Км – модульна контрольна робота на лекційних заняттях
Ко – контрольне опитування
Ке – контрольний етап виконання КР
Зах – захист курсової роботи
Т – тема дисципліни
СТРУКТУРА ПРОГРАМИ НАВЧАЛЬНОГО КУРСУ
«МІКРОПРОЦЕСОРНІ СИСТЕМИ В ГАЛУЗІ ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ»
(за вимогами ECTS)
СКЛАД І СТРУКТУРА КУРСУ
Дисципліна: «Мікропроцесорні системи в галузі захисту інформації»
| Курс та семестр вивчення за навчальним планом | 5-й курс 9 семестр | Всього | |
| Кількість кредитів EСTS | 4.5 | 4.5 | |
| Кількість кредитних модулів | |||
| Повний обсяг часу на вивчення дисципліни, год. | |||
| В тому числі кількість аудиторних занять, год. | |||
| З них | Лекційних, год. | ||
| лабораторних, год. | |||
| практичних, год. | - | - | |
| Види завдань та робіт (РР, РГР, КР, КП) | КР | КР | |
| Обсяг часу на СРС, год. | |||
| Індивідуальна робота, год. | |||
| Підсумкові форми контролю | екзамен | екзамен |
1 МЕТА ТА ЗАДАЧІ ДИСЦИПЛІНИ, ЇЇ МІСЦЕ
У НАВЧАЛЬНОМУ ПРОЦЕСІ
1.1 Мета викладання дисципліни, її роль у вищій інженерній освіті
Метою викладання дисципліни є засвоєння студентами комплексу знань і здобуття навичок розробки апаратного та програмного забезпечення микропроцессорних систем (МПС) захисту інформації (ЗІ) на базі цифрових сигнальних процесорів (ЦСП) та цифрових процесорів безпеки (ЦПБ).
Дисципліна призначена для формування знань в області реалізації разномонитних криптографичних алгоритмів захісту інформації на базе мікропроцесорних систем.
У системі підготовки магистрів за за спеціальністю 8.160101 – «Захист інформації з обмеженим доступом та автоматизація її обробки»спеціальністю, дисципліна “Мікропроцесорні системи в галузі захисту інформації» забезпечує завершальну підготовку студентів в галузі проектування цифрових систем обробки та захисту інформації (ЗІ).
Матеріал дисципліни відповідає рекомендаціям навчально-методичної комісії з напрямку “Інформаційна безпека” в аспекті підготовки магістрів за спеціальністю 8.160101 «Захист інформації з обмеженим доступом та автоматизація її обробки».
Програма побудована за вимогами кредитно-модульної системи організації навчального процесу у вищих навчальних закладах, згідно Тимчасового положення про організацію навчального процесу за кредитно-модульною системою, затвердженого 30.10.2006р. Розподіл обсягів навчального матеріалу виконано згідно рекомендацій Європейської Кредитно-Трансферної Системи (ECTS).
1.2 Предмет і задачі вивчення дисципліни
Предметом вивчення дисципліни є архітектура ЦСП та ЦПБ, та принципи розробки мікропроцесорних систем захисту інформації на базі цих процесорів.
Основними задачами дисципліни є:
1. Вивчення, засвоєння і розуміння студентами основних методик розробки апаратного та програмного забезпечення для проектування мікропроцесорних систем у галузі ЗІ.
2. Вивчення принципів побудови та функціонування ЦСП та ЦПБ, системи команд асемблера таких процесорів.
3. Підготовка студентів до виконання кваліфікаційних робіт, тематика яких пов'язана з розробкою систем захисту інформації на базі ЦСП та ЦПБ.
1.3 Перелік базисних попередніх дисциплін
Вивчення дисципліни безпосередньо базується на знаннях і вміннях, отриманих студентами при вивченні дисциплін: “Інформатика та обчислювальна техніка”, “Операційні системи”, “Алгоритмічні мови та програмування”, “Архітектура обчислювальних систем”, “Цифрові пристрої”, “Цифрове оброблення сигналів”.
2 СРУКТУРА І ЗМІСТ ДИСЦИПЛІНИ
2.1 Найменування тем дисципліни, обсяг у годинах
В табл. 2.1 приведені дані структури та змісту дисципліни.
Таблиця 2.1
| № | Найменування тем | Кількість годин ауд / сам | |
| Лекції | Лаб. зан. | ||
| Архітектура цифрових сигнальних процесорів ADSP-2181 фірми Analog Devises | 10/10 | 4/8 | |
| Програмні та апаратні засоби розробки МПС на базіЦСП ADSP-2181 | 8/8 | 4/8 | |
| Архітектура цифрового процесора безпеки ADSP-2141 | 8/8 | 4/8 | |
| Програмні та апаратні засоби розробки МПС на базіЦПБ ADSP-2141 | 10/10 | 6/12 | |
| Всього за семестр: | 36/36 | 18/36 |
2.2 Найменування та зміст модулів і лекцій
Змістовий модуль 1 (9 семестр)
Розробка систем захісту інформації на базі цифрових сигнальних процесорів ADSP-2181
Тема 1. Архітектура сімейства цифрових сигнальних процесорів ADSP-2181 фірми Analog Devises
Лекція 1. Огляд цифрових сигнальних процесорів і особливості їх застосування для обробки сигналів та захисту інформації ([1] c. 5-7; [2], с. 10-74; [3], c. 13-16; [4] с. 21-26).
1.1 Огляд по сигнальних процесорах.
1.2 Основи цифрової обробки сигналів із використанням ЦСП.
1.3 Застосування сигнальних процесорів для криптографічного захисту інформації.
1.4 Огляд сімейства ЦСП ADSP-21ХХ фірми Analog Devises.
Лекція 2. Структура ЦСП ADSP-2181 і його особливості ([1] c. 8-20; [2], с. 245-249; [3], с. 32-56; [4] c. 26-32).
2.1 Основні функціональні пристрої.
2.2 Розрядність даних та адресів.
2.3 Структура ядра процесорів сімейства 21хх і додаткові пристрої процесора ADSP-2181.
2.4 Внутрішні і зовнішні шини даних і адресів.
2.5 Карта пам'яті.
Лекція 3. Архітектура обчислювальних пристроїв процесорів сімейства ADSP-21ХХ ([1] c.129-134, c.150-187; [4] c.35-70, з. 493-498).
3.1 Арифметика і типи даних.
3.2 Арифметико-логічний пристрій (ALU).
3.4 Помножувач – накопичувач (MAC).
3.5 Пристрій зсуву (SHIFTER).
Лекція 4. Архітектура пристроїв керування програмою та даними ([1] c.54-55, c. 188-202; [4], c.71-111).
4.1 Пристрій обміну між внутрішніми шинами адреси і даних.
4.2 Генератори адрес даних.
4.3 Програмний автомат.
4.4 Інструкції керування програмою.
4.5 Реєстри статусу і стік статусу.
4.6 Умовні інструкції.
4.7 Зовнішні і внутрішні переривання.
Лекція 5. Iнтерфейсни пристрої ЦСП ADSP-2181 ([1] c. 80-91, c. 203-217, c.80-; [3], с.74-90; [4], c. 113-162, c. 228-230, c. 267-308).
3.1 Паралельній порт і прапори.
3.2 Послідовни порти SPORT0 і SPORT1.
3.3 Порт прямого доступу до зовнішньої байтової пам'яті BDMA.
3.4 Порт прямого доступу до внутрішньої пам'яті IDMA.
3.5 Порт JTAG для відладки програми.
3.5 Таймер.
Тема 2. Програмні та апаратні засоби розробки МПС на базі ЦСП
ADSP-2181
Лекція 6. Набір команд ЦСП ADSP-2181 та їх класифікація по функціональному призначенню ([3], с. 95-106; [4], c. 359-).
6.1 Команди пересилки даних.
6.2 Арифметичні команди.
6.3 Команди порівняння.
6.4 Логічні команди.
6.5 Команди зсуву і нормалізації.
6.6 Команди передачі керування.
6.7 Команди роботи зі стеком і підпрограмами.
6.8 Багатофункціональні команди.
6.9 Інші команди.
6.10 Коди команд.
Лекція 7. Технологія розробки програмного забезпечення на асемблері Analog Devices ([1], c. 38-39, c.105-128; [3], с. 349-359,).
7.1 Програмно-логічна модель ЦСП ADSP-2181.
7.2 Стисла характеристика мови асемблера фірми Analog Devices.
7.3 Основи технології розробки програмного забезпечення з використанням асемблера ADSP-21xx.
7.4 Алфавіт і граматика мови асемблера.
Лекція 8. Методика розробки програмного забезпечення для цифрових сигнальних процесорів ADSP-21хх ([1], c.57-79, c. 219-266; [3], с. 21-37; [4], c. 309-324).
8.1 Приклади програм обробки інформації на асемблерііADSP-21хх.
8.2 Повноекраний налагоджував програм для DSP фірми Аnalog Devises.
8.3 Середовище розробки VISUAL DSP++.
8.4 Програмування на мові СІ.
Лекція 9. Приклад проектування мікропроцесорної системи обробки і захисту інформації на базі ADSP-2181([1], c.21-37, c. 92-104; [3], c.119…136; [4] c.337-357).
9.1 Розробка структурної схеми МПС обробки і захисту інформації на базі ADSP-2181.
9.2 Розробка програмного забезпечення МПС обробки і захисту інформації на базі ADSP-2181
9.3 Процес відладки МПС на базі ADSP-2181.
Змістовий модуль 2 (9 семестр)
Розробка систем захисту інформації на баз і
цифрових процесорів безпеки ADSP-2141
Тема 3. Архітектура цифрового процесора безпеки ADSP2141
Лекція 10. Загальна характеристика цифрового процесора безпеки ADSP-2141 ([5], с.1-2)
10.1 Труднощі реалізації криптографічних алгоритмів на базі звичайних ЦСП.
10.2 Області застосування процесора безпеки ADSP-2141.
10.3 Основні особливості ADSP-2141.
10.4 Функціональна блок-схема ADSP-2141.
Лекція 11. Загальний опис процесора ADSP-2141 ([5], c.2-4).
11.1 DSP-ядро типу ADSP-218x.
11.2 Криптобібліотека ядра безпеки.
11.3 Керування режимами ядра безпеки.
11.4 Захищена пам'ять ядра безпеки.
11.5 Хешування і шифрування.
11.7 Генерація випадкових чисел
11.8 Прискорювач відкритого ключа.
11.9 PCI-інтерфейс.
11.10 Контролер прямого доступу до пам'яті.
11.11 Інтерфейс послідовної пам'яті типу EEPROM.
11.12 Контролер переривань.
11.13 Лазерний запис даних безпеки.
11.14 Завантажуваний код безпеки.
Лекція 12. Огляд архітектури ЦПБ ADSP-2141 ([5], с.4-8)
12.1 Карта пам'яті.
12.2 Архітектура DSP-ядра.
12.3 Підсистема керування режимом ядра.
12. 4 Обзор HASH-блоку і блоку шифрування.
12.5 Крипто-контексти.
12.6 Розширення крипто-блоку.
12.7 Завантаження "Черніх" ключів.
12.8 Блок генератора випадкових чисел.
12.9 Прискорювач відкритого ключа.
12.10 PCI-інтерфейс.
12.11 Контролер прямого доступу до пам'яті.
12.12 Інтерфейс послідовної пам'яті типу EEPROM.
12.13 Контролер переривань.
12.14 Лазерний запис даних безпеки.
Лекція 13. Системний інтерфейс ADSP-2141 ([5], с.9-14).
13.1 Типова конфігурація МПС на базі ADSP-2141.
13.2.1 Конфігурація в режимі IDMA.
13.2.2 Конфігурація в режимі PCI.
13.3 Робочі режими.
13.3.1 Режими безпеки.
13.3.2 Режими шини прямого доступу до пам'яті (IDMA або PCI).
Тема 4. Програмні та апаратні засоби розробки МПС на базі процесора безпеки ADSP-2141
Лекція 14. Система команд інформаційної безпеки процесора ADSP-2141 ([5], с.14-15)
14.1 Командний інтерфейс.
14.2 Короткий огляд команд криптографічної безпеки
14.2.1 Загальні утиліти.
14.2.2 Керування симетричним ключем.
14.3.4 Симетричне кодування-декодування.
14.3.5 Керування асиметричним ключем.
14.3.6 Асиметричне кодування-декодування.
14.3.7 Цифрові сигнатури.
14.3.8 Математичні утиліти.
14.3.9 Режим розширення.
Лекція 15. Використання емулятора EZ-ICE для налагодження програм ЦПБ ADSP-2141 ([6], с.14-15)
15.1 Плата эмулятора EZ-ICE.
15.2 Роз'їм емулятора процесора ADSP-2141.
15.3 Програмне забезпечення емулятора EZ-ICE.
15.2 Методика налагодження програми за допомогою емулятора EZ-ICE.
Лекція 16. Функції виводів процесора ADSP-2141 ([5], с.9-11)
16.1 Внешняя шина адреса и даннях.
16.2 Входи зовнішніх переривань.
16.3 Сигнали керування шинами адреси та даних.
16.4 Послідовні порти SPORT0 і SPORT1.
16.5 Виведення прапорів.
16.6 Порт емулятора.
16.7 Інтерфейс послідовної EEPROM.
16.8 Мультіплексируємі виведення (IDMA або PCI шина).
16.9 Інші виведення.
Лекція 17. Конструктивні, електричні і временне характеристики ЦПБ ADSP-2141 ([5], с.17-39).
17.1 Тип корпусу.
17.2 Абсолютні максимальні значення експлуатаційних параметрів.
17.3 Рекомендовані умови експлуатації.
17.4 Основні електричні характеристики.
17.5 Часові параметри.
Лекція 18. Приклад проектування мікропроцесорної системи захисту інформації на базі ADSP-2141 ([6], с.17-35)
18.1 Розробка структурної та принципової схеми МПС ЗІ на базі ADSP-2141.
18.2 Розробка програмного забезпечення МПС ЗІ на базі ADSP-2141.
2.3 Лабораторні заняття
Метою лабораторних занять є закріплення теоретичного матеріалу та здобуття практичних навичок:
- отримання відомостей про архітектуру цифрових сигнальних процесорів сімейства ADSP-21XX;
- моделювання роботи різних пристроїв ЦСП ADSP-21XX;
- складання програми для ЦСП ADSP-21XX на мові асемблера;
- асемблювання та лінкування модулів програми ЦСП ADSP-21XX;
- налагодження програмного забезпечення ADSP-21XX з використанням системи емуляції EZ-ICE.
Усього з дисципліни передбачено 6 лабораторних занять. Перелік занять, їх стислий зміст наведено в табл. 2.2.
Таблиця 2.2
| № | Назва, мета і зміст лабораторних занять | Обсяг, годин |
| Назва – Дослідження роботи обчислювальних пристроїв ЦСП ADSP-218X. Мета – закріплення теоретичних знань що до базової архітектури ЦСП сімейства ADSP-218X та аналіз роботи обчислювальних пристроїв цих процесорів. Робота в лабораторії: На занятті студенти: проходять ввідний інструктаж по циклу лабораторних робот; знайомляться з програмним забезпеченням і лабораторним стендом; використовують програму “DSP NAVIGATOR” для одержання даних про архітектуру ЦСП сімейства ADSP-218X та моделювання роботи їх обчислювальних пристроїв (ALU, MAC, Shifter). | ||
| Назва – Дослідження роботи пристроїв керування програмою та даними ЦСП ADSP-218X. Мета – закріплення теоретичних знань що до базової архітектури ЦСП сімейства ADSP-218X та аналіз роботи пристроїв керування програмою та даними. Робота в лабораторії: На занятті студенти використовують програму “DSP NAVIGATOR” для одержання даних про архітектуру та роботу пристроїв керування програмою та даними ЦСП ADSP-218X (пристрій обміну між внутрішніми шинами адреси і даних, генератори адрес даних, програмний автомат, контролер переривань). |
| Назва – Дослідження роботи інтерфейсних пристроїв ЦСП ADSP-218X. Мета – закріплення теоретичних знань що до базової архітектури ЦСП сімейства ADSP-218X та аналіз роботи інтерфейсних пристроїв ЦСП ADSP-218X (). Робота в лабораторії: На занятті студенти використовуючи програму “DSP NAVIGATOR” отримають дайни про архітектуру та роботу інтерфейсних пристроїв ЦСП ADSP-218X (послідовні порти SPORT0 і SPORT1, порт прямого доступу до зовнішньої байтової пам'яті BDMA, порт прямого доступу до внутрішньої пам'яті IDMA, порти прапорів PF і FL, таймер). | ||
| Назва – Дослідження роботи алгоритму обробки сигналів на базі ЦСП ADSP-218X. Мета –. Закріплення теоретичних знань по системі команд ЦСП сімейства ADSP-218X та придбання навиків складання на асемблері програм, що реалізують алгоритми цифрової фільтрації сигналив. Робота в лабораторії: На занятті студенти використовуючи програму “DSP NAVIGATOR” моделюють виконання програми цифрової фільтрації сигналив на базі ЦСП ADSP-218X, та вивчають принципи складання програми на асемблері. |
| Назва – Програмування алгоритмів генерації випадкових чисел для процесорів сімейства ADSP-21XX. Мета –. закріплення теоретичних знань по системі команд мікропроцесора ADSP21ХX, придбання навичок упорядкування і налагодження простих програм на асемблері мікропроцесора. Робота в лабораторії: Студенти розробляють програми на асемблері мікропроцесора ADSP-218X, що реалізують алгоритми генерації випадкових чисел і перевіряють їхню працездатність на лабораторному стенді. | ||
| Назва – Програмування криптографічних алгоритмів захисту інформації на базі процесорів сімейства ADSP-2181. Мета –. закріплення теоретичних знань по розробці мікропроцесорних систем ЗІ на базі процесорів ADSP21ХX, придбання навичок упорядкування і налагодження складних програм на асемблері. Робота в лабораторії: Студенти розробляють програми на асемблері мікропроцесора ADSP-2181, що реалізують алгоритми шифрування-дешифровки даних RC5 і перевіряють їхню працездатність на лабораторному стенді. На занятті студенти допрацьовують лабораторні роботи та підбивають підсумки виконання циклу лабораторних робіт. |
Курсова робота
Мета курсової роботи
Метою курсової роботи є: придбання студентами навичок застосування ЦСП сімейства ADSP-21хх для створення МПС захисту інформації; засвоєння студентами методології програмування різноманітних криптографічних алгоритмів на мові CІ та асемблері ЦСП; дослідження отриманих результатів розробок програм.
