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2.45GHz RFID加密卡的研究与开发

作　者: 付琪
导　师: 傅予力
学　校: 华南理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 3DES/DES算法流水线结构 RFID 自顶向下加密标签卡
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

射频识别技术(Radio Frequency Identification)是一种自动识别技术,通过无线射频的方式进行非接触双向数据通信,对目标进行识别。RFID技术具有识别距离远、识别速度快、识别准确率高、多目标识别、运动目标识别、抗干扰能力强、无接触操作、使用寿命长等特点[1]。虽然射频识别技术应用十分广泛,但是在应用中还存在着一个不可忽视的隐患:缺乏安全机制。RFID系统的标签和读写器之间采用了无线射频通信,这在给系统数据传输提供灵活性和方便性的同时,也使传递的信息暴露无线环境中,这无疑是信息安全的重大威胁。显而易见,没有可靠的信息安全机制,就无法有效保护RFID标签中的数据信息。本文针对RFID的安全性问题进行深入研究,结合广东省教育部产学研结合项目《2.45GHz射频识别系统阅读器的研制》,在项目研究完成的基础上,提出了一种基于FPGA硬件加密的2.45GHz RFID标签卡方案。本文做的工作有:首先,研究了DES和3DES算法理论。采用自顶向下的方式设计了3DES算法系统,在Xilinx的集成开发环境下,用Verilog DHL语言实现了RTL级电路设计。并在Modelsim 5.3平台上,实现了功能的行为仿真。其次,提出了2.45GHz RFID加密卡的硬件设计方案,主要包括:微处理器设计、射频收发器设计、FPGA系统设计和电源设计等几个部分,并详细的分析了各个硬件设计之间的接口连接方式。最后,在2.45GHz RFID加密卡固件的安全协议基础上,介绍了微处理器和射频收发器寄存器的配置过程,并给出了实现加密标签固件的状态转换和工作流程。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第1章绪论  11-15
  1.1 研究背景和意义  11-12
  1.2 RFID安全技术的研究现状  12-13
    1.2.1 国内外RFID技术研究现状  12
    1.2.2 加密技术应用在RFID的研究现状  12-13
  1.3 本文研究内容与论文框架  13-14
    1.3.1 本文研究的内容  13
    1.3.2 论文的框架  13-14
  1.4 本章小结  14-15
第2章 DES和3DES算法的理论研究  15-32
  2.1 分组密码  15-18
    2.1.1 分组密码原理  15-16
    2.1.2 分组密码的设计准则  16-17
    2.1.3 分组密码的操作模式  17-18
  2.2 数据加密标准(DES)  18-27
    2.2.1 DES加密原理  18-25
    2.2.2 DES解密原理  25
    2.2.3 密钥生成  25-27
  2.3 三重DES算法  27-28
  2.4 集成开发环境和FPGA开发流程的介绍  28-31
    2.4.1 ISE集成开发环境  28-30
    2.4.2 FPGA的设计流程  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章 2.45GHz RFID 加密卡的硬件设计  32-42
  3.1 加密标签卡的系统设计  32
  3.2 加密系统的硬件设计  32-36
    3.2.1 FPGA电路的设计  33-34
    3.2.2 PROM配置电路的设计  34-36
  3.3 RFID标签的硬件设计  36-40
    3.3.1 控制器电路的设计  36-37
    3.3.2 射频收发电路的设计  37-39
    3.3.3 JTAG电路的设计  39-40
  3.4 电源的硬件设计  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 DES和3DES算法的系统设计与实现  42-65
  4.1 DES和3DES的系统设计方案  42-45
    4.1.1 流水线电路结构  42-44
    4.1.2 顺序电路结构  44-45
    4.1.3 DES和3DES的系统设计方案  45
  4.2 DES算法和3DES算法的软件实现  45-48
    4.2.1 系统的模块划分  46-47
    4.2.2 3DES系统的外部接口  47-48
  4.3 3DES系统子功能模块的实现  48-60
    4.3.1 状态机控制模块  48-51
    4.3.2 数据输入和数据输出模块  51-53
    4.3.3 时钟管理模块  53-54
    4.3.4 DES运算模块  54-60
  4.4 各模块行为仿真  60-64
    4.4.1 模块级仿真  60-63
    4.4.2 3DES系统仿真  63-64
  4.5 本章小节  64-65
第5章 2.45GHz RFID 加密卡的固件设计  65-79
  5.1 标签固件的安全协议  65-66
  5.2 射频收发器的配置  66-72
    5.2.1 CC2500 输出引脚配置  66-67
    5.2.2 CC2500 寄存器配置  67-68
    5.2.3 CC2500 配置过程  68-72
  5.3 微处理器的寄存器配置  72-75
    5.3.1 I/O模拟SPI口的操作  73-74
    5.3.2 I/O模拟总线的操作  74-75
  5.4 加密标签固件的工作流程  75-78
  5.5 本章小结  78-79
第6章结束语  79-80
  6.1 论文回顾  79
  6.2 工作展望  79-80
参考文献  80-84
攻读硕士学位期间取得的研究成果  84-85
致谢  85

2.45GHz RFID加密卡的研究与开发

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