网络安全文件秒传系统设计（Linux+OK6410+OpenSSL）

摘 要

　　随着计算机时代和信息化时代的高速发展，网络技术凭借着信息实时性和传输高速性等优势与工业系统控制和智能化家电等技术的结合日趋紧密,网络时代为嵌入式系统的发展带来了全新的机遇和巨大的挑战。黑客可以通过破解用户密码或者使用木马攻击等方式在一个对传输的数据不做任何加密处理的网络文件传输系统中窃取用户的重要信息，这样的网络文件传输系统对数据的保密性极低，无法保障文件传输的安全性。对嵌入式环境下网络文件传输系统的安全性研究必须尽早提上日程，这不仅仅是国防安全的需要，也是商业、工业和个人信息安全的迫切需要。

　　本课题在分析众多嵌入式操作系统的种类和架构的基础上，挑选出最适合系统开发的 Linux 操作系统。选择 OK6410 开发板作为硬件开发平台，设计了系统的软件架构、功能框架以及系统基本工作流程。使用交叉开发工具链 arm-linux-gcc构建了系统的交叉开发环境。本论文从系统软件需求角度展开，重点研究了以下几部分内容：

　　(1) Linux 操作系统移植。配置了 U-Boot 并将 U-Boot 移植到 OK6410 开发板中。采用基于文本模式的菜单型配置方法编译了内核；将内核映像文件移植到开发板中；使用 Busybox 配置工具构建了根文件系统，并将最小根文件系统采用 NFS方式挂载到系统内核中。

　　(2) 基于 OpenSSL 加密传输协议设计。分别基于 TCP 网络通信协议设计了客户端和服务器端的通信模型，实现了客户端和服务器端的文件互传。在客户端和服务器端通信模型的基础上，加入了基于 OpenSSL 的加密传输协议，保障系统文件传输的安全性。

　　(3) 线程池优化与 MD5 码设计。在服务器端设计了线程池优化技术，设置了五个线程处理客户端的连接请求，提高了系统的资源利用率。设计了账号密码验证功能，用户密码验证成功后才可以使用客户端的有效功能。加入 MD5 码的设计，通过重复下载 server 文件验证了系统文件的秒传功能。

　　本课题对客户端和服务器端的功能测试结果表明，本系统的基本功能已经完善。线程池中 5 个线程的工作优化了系统的资源利用率，通过多次下载 server 文件验证了系统文件秒传功能的有效性。

　　关键词：嵌入式 Linux，文件传输，OpenSSL，线程池技术，MD5

ABSTRACT

　　With the rapid development of computer and information era, the network technology based on the advantages of virtue of real-time information and high-speed transmission has become increasingly close with industrial system control and intelligent home appliances. The development of network era brings embedded systems a new opportunity and great challenge. Hackers can break the user password or use Trojan to steal the user's important information in a processing network file-transfer system without any encryption for data in transmission Such a network file transfer system lack confidentiality for data and can not ensure the security of file transfer. The research for the security of the network file transfer system in the embedded environment must be put on the agenda as early as possible, which is not only the need for national security, but also the urgent need for commercial, industrial and personal information security.

　　On the basis of analysis for the types and architecture of many embedded operating systems, this paper chooses the Linux operating system which is suitable for system development and OK6410 development board is choose as the hardware development platform. The software architecture, functional framework and basic work flow of the system have been designed. The cross-development environment of the system is constructed by using the cross-development tool chain:arm-linux-gcc. From the perspective of system software needs, this paper includes the following parts:

　　(1) Linux operating system migration. U-Boot has been configured and ported to OK6410 development board. The kernel-based file is ported to the development board.The smallest root file system is built through using the Busybox tool, and the smallest root file system is mounted in the system kernel under the NFS mode through using the text-based menu-based configuration method. The kernel-based file is also ported to the development board by using the text-based menu-based configurationmethod.

　　(2) Design encryption protocol. The communication model of the client and the server are designed respectively. The TCP network communication protocol is designed based on the communication model, and the mutual authentication of the client and the server is realized. The OpenSSL encryption transmission protocol has been added to protect the security of file transfer.

　　(3) The design of thread pool optimization and information algorithm has been completed. The thread pool optimization technology has been designed in the server-side to improve the resource utilization of system. Account password verification function has been design, and information digest algorithm has been added to achieve the system file transmission function which only consume some seconds.

　　The function of the client and the server has been tested in this paper. The menu options and configuration information that can be printed after the client and server starte can determine completion of the basic functions of the system. The work of five threads in the thread pool has optimized the resource utilization of system and the validity of the system file pass function has been verified through several times todownload server file.

　　Key words: embedded linux, file transfer, OpenSSL, thread pool technology, MD5

　　本课题将飞凌公司 OK6410 开发板作为系统的客户端，虚拟机作为系统的服务器端，设计了系统的总体软件架构和功能框架。移植 Linux 操作系统到开发板，在客户端和服务器端设计了基于 OpenSSL 的加密传输协议。在服务器端的设计中加入了线程池优化技术，在系统中加入 MD5 码实现了客户端和服务器端的文件秒传功能。

　　本论文的结构安排如下：

　　第一章：绪论

　　基于嵌入式 Linux 安全传输的国内外研究现状阐述本课题的研究背景及意义，并给出本课题的研究内容及结构安排。

　　第二章：系统总体框架设计

　　在论述嵌入式操作系统的架构和种类的基础上，选择 Linux 作为本课题的操作系统。设计了系统整体的软件架构、功能框架和基本工作流程。

　　第三章：Linux 操作系统移植

　　利用交叉编译器配置了系统的交叉开发环境，在对 U-Boot 的工作模式和工作流程分析的基础上，将 U-Boot 移植到 OK6410 开发板中。基于文本模式的菜单型配置方式配置了 Linux 内核，将内核映像文件移植到 OK6410 开发板上。通过Busybox 工具构建了最小根文件系统，并采用 NFS 文件系统的方式将根文件系统挂载到内核中。

　　第四章：系统软件方案设计

　　基于 TCP 网络通信协议设计了客户端和服务器端的通信模型，在 TCP 网络通信协议的基础上设计了 OpenSSL 加密传输协议，保障系统间文件传输的安全性。

　　设计了账号管理子系统，用户需要输入正确的账号和密码才可以使用客户端的基本功能。在服务器端设计了线程池优化技术，在很大程度上提高了系统的资源利用率。加入了 MD5 码的设计，实现了系统文件秒传的功能。

　　第五章：系统性能测试与结果分析

　　对客户端和服务器端要实现的功能做出测试，通过运行客户端和服务器端打印出来的菜单选项和配置信息来检测系统的功能是否完善。并着重分析了线程池优化技术和 MD5 码实现文件秒传功能的有效性。

　　第六章：总结与展望

　　对论文的主要内容以及系统的运行效果进行总结，列举出本课题中存在的一些不足，为后续的研究和系统的进一步优化提供了方向。

　　网络安全文件秒传系统测试：

客户端功能界面

服务器端功能界面

服务器状态显示

服务器端配置选项

线程池启动示意图

线程池工作示意图

文件的 MD5 值

第二次下载 server 文件

服务器端识别缓存文件

目 录

　　第一章 绪论
　　　　1.1 研究背景与意义
　　　　1.2 国内外研究现状
　　　　1.3 主要研究内容及结构安排
　　第二章 秒传系统总体架构设计
　　　　2.1 嵌入式操作系统选择
　　　　2.2 秒传系统硬件平台资源选择
　　　　2.3 秒传系统总体软件架构设计
　　　　2.4 秒传系统功能框架设计
　　　　2.5 本章小结
　　第三章 Linux 操作系统移植
　　　　3.1 在 OK6410 开发板上安装 Linux 操作系统
　　　　3.2 交叉开发环境配置
　　　　3.3 U-Boot 移植实现
　　　　　　3.3.1 U-Boot 工作模式与工作流程
　　　　　　3.3.2 U-Boot 编译与移植
　　　　3.4 Linux 内核移植实现
　　　　3.5 根文件系统制作实现
　　　　　　3.5.1 建立根文件系统目录与文件
　　　　　　3.5.2 挂载根文件系统到内核
　　　　3.6 本章小结
　　第四章 网络安全文件秒传系统软件方案设计
　　　　4.1 嵌入式 Linux 操作系统的安全问题
　　　　4.2 网络安全文件传输子系统设计
　　　　　　4.2.1 未加密网络文件传输子系统设计
　　　　　　4.2.2 OpenSSL 加密传输机制
　　　　　　4.2.3 加密传输优化
　　　　4.3 账号管理子系统设计
　　　　4.4 文件秒传功能设计
　　　　　　4.4.1 线程池优化设计
　　　　　　4.4.2 MD5 码实现文件秒传功能设计
　　　　4.5 本章小结
　　第五章 系统性能测试与结果分析
　　　　5.1 系统客户端与服务器端性能测试
　　　　5.2 测试结果分析
　　　　　　5.2.1 系统安全传输协议分析
　　　　　　5.2.2 MD5 码实现秒传分析
　　　　5.3 本章小结
　　第六章 总结与展望
　　　　6.1 总结
　　　　6.2 展望
　　致 谢
　　参考文献
　　攻读硕士学位期间的研究成果

（如您需要查看本篇毕业设计全文，请您联系客服索取）