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基于RSA和Eflash的安全SOC设计

作 者: 曾健林
导 师: 严晓浪
学 校: 浙江大学
专 业: 电路与系统
关键词: SoC 安全性 RSA加速器 JTAG开关 安全下载更新
分类号: TN47
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 22次
引 用: 0次
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内容摘要


随着网络通信技术的不断进步以及手持智能终端的迅速普及,信息安全成为SoC设计中必须要考虑的问题。在安全SoC的设计中,必须要考虑两个问题:首先是要具备一定的加解密功能;其次是要有完整的机制确保芯片内数据的安全。在信息的传输和处理中,往往需要进行加解密运算,因此需要芯片具有一定的加解密功能。片上的非易失存储器中,往往存储着体现产品竞争力的核心算法或者是加解密的密钥,必须有完整的机制确保这些数据的安全性。本文所设计的SoC(代号ARES)正是着力于解决这两个问题。本文的主要研究内容和创新点包括:本文基于AMBA总线协议,设计了由多条AHB总线组成的总线矩阵结构,结合支持多条总线并行访问的片上静态存储器系统,为ARES提供了高的总线带宽。本文基于基-64的蒙哥马利算法,设计了高速可配的RSA硬件加速器。提出了一种高速的模乘器流水结构和对应的可配存储结构。通过五级流水线的并行运算和存储器的灵活配置,可以高效的实现256位到2048位的RSA运算,能有效满足加解密功能需求。同时,采用了时钟关断和操作数隔离技术,有效的降低了RSA加速器的动态功耗。本文提出了一种有效的安全控制机制。利用嵌入式闪存(Eflash)断电后能保存数据的特性,提出了一种有效的JTAG开关的机制,满足正常调试功能的同时,确保了入侵者不能通过JTAG接口获取芯片内信息。结合RSA加速器和Eflash,设计了一种在支持在线更新模式下的安全机制。这一安全机制能确保从外部存储器下载芯片更新程序时的安全性。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-9
1 引言  9-15
  1.1 本文研究的背景和意义  9-11
  1.2 安全SoC  11-13
    1.2.1 加解密算法  11-12
    1.2.2 数据安全  12-13
  1.3 国内外的研究现状  13-14
  1.4 本文的内容及章节安排  14-15
2 AMBA简介  15-25
  2.1 AMBAAHB  16-23
    2.1.1 AHB传输  17-19
    2.1.2 AHB主机  19-20
    2.1.3 AHB从机  20
    2.1.4 AHB仲裁器  20-22
    2.1.5 AHB译码器  22-23
  2.2 AMBAAPB  23-24
  2.3 本章小结  24-25
3 ARES的整体架构  25-37
  3.1 设计平台  25-26
  3.2 ARES的架构框图  26-27
  3.3 AHB总线矩阵  27-29
  3.4 嵌入式CPU  29-30
  3.5 地址空间分配  30-31
  3.6 嵌入式存储器  31-34
    3.6.1 SMS  32-34
  3.7 功耗管理  34-36
  3.8 本章小结  36-37
4 高速可配RSA加速器设计  37-56
  4.1 RSA算法简介  37-38
  4.2 安全性及证明  38-39
  4.3 蒙哥马利算法  39-42
    4.3.1 MMM算法描述  40-41
    4.3.2 MMM-64算法  41
    4.3.3 基于MMM算法的RSA运算  41-42
  4.4 VLSI实现  42-53
    4.4.1 RSA加速器整体架构  43-44
    4.4.2 AHB接口及寄存器组  44
    4.4.3 模乘器流水结构  44-46
    4.4.4 控制器  46-48
    4.4.5 存储结构  48-50
    4.4.6 低功耗设计  50-53
  4.5 性能比较  53-54
  4.6 本章小结  54-56
5 Eflash控制器设计及安全机制  56-71
  5.1 嵌入式NVM简介  56
  5.2 Eflash控制器设计  56-62
    5.2.1 Eflash的接口及时序分析  57-60
    5.2.2 控制器设计  60-61
    5.2.3 仿真波形  61-62
  5.3 安全机制设计  62-69
    5.3.1 JTAG简介  62-65
    5.3.2 JTAG安全控制  65-67
    5.3.3 在线升级安全控制  67-69
  5.4 本章小结  69-71
6 总结与展望  71-73
  6.1 论文研究工作总结  71-72
  6.2 未来工作展望  72-73
参考文献  73-76
作者简历及在学习期间取得的科研成果  76

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路(IC) > 大规模集成电路、超大规模集成电路
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