【摘要】：射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）技術是一項利用射頻信號通過空間電磁耦合實現(xiàn)信息無接觸傳輸，并通過所傳輸?shù)男畔⒆R別目標對象的技術。與其他識別技術相比，射頻識別具有無接觸識別、數(shù)據(jù)容量大、可重復使用、抗干擾能力強、安全性強、能同時識別多個物體等眾多優(yōu)點，廣泛應用于制造、物流、醫(yī)療、交通、農(nóng)業(yè)、軍事、防偽安全及智能家居等諸多領域。 RFID系統(tǒng)是一個開放的無線系統(tǒng)，其安全隱私問題日益顯著。RFID大量用于金融支付、防偽以及軍事等高安全的應用，一旦信息泄露或被篡改，將導致巨大損失。除了安全問題，電子標簽可能記錄個人信息或企業(yè)信息，一旦信息被盜，個人隱私或企業(yè)隱私將受到侵犯。同時，電子標簽可能被嵌入至任何物品，該物品的持有者有可能不知情地被掃描、定位和跟蹤。RFID的安全隱私問題已經(jīng)成為制約其發(fā)展和應用的主要原因之一。目前，UHF RFID標簽芯片大都基于ISO/IEC18000-6C設計，，ISO/IEC18000-6C協(xié)議中沒有保障安全性的相關規(guī)定。2011年9月6日，具有自主知識產(chǎn)權的標準《軍用射頻識別空中接口第一部分：800/900MHz》正式頒布，填補了我國在UHF RFID標準領域的空白。自主標準通過一種基于對稱加密的UHF RFID空中接口安全通信方法保障標簽的安全性。 本文設計的安全標簽芯片數(shù)字基帶基于自主標準設計。通過分析比較多種算法，選取吞吐率和門數(shù)都較優(yōu)的PRESENT算法。同時，使用了讀寫器與標簽的對稱加密雙向認證以及讀寫器與標簽的安全通信來保障標簽安全性。 本文還重點研究了芯片設計的低功耗策略，通過合理的模塊劃分、使用功耗管理模塊、多時鐘域設計、降低電源電壓、流水線設計、功能塊復用及門控時鐘等方法對數(shù)字基帶進行了低功耗優(yōu)化。 對設計的數(shù)字基帶進行RTL級設計、功能仿真、邏輯綜合、功耗分析及物理設計，基帶面積為592.4μm×229.12μm，約12366門，其中安全模塊的面積為592.4μm×83.42μm，占基帶總面積的36.4%，基帶總功耗低至5.26μW。設計的基帶在TSMC0.18μm CMOS mix RF工藝下完成流片，測試結(jié)果表明，所設計的基帶符合自主標準，同時具有安全功能，對跟蹤、竊聽、非法訪問、重放攻擊等安全威脅具有一定的防御能力。
[Abstract]:Radio Frequency Identification (RFID) technology is a technology that uses radio frequency signal to realize the contactless transmission of information through space electromagnetic coupling and to identify the target object through the transmitted information. Compared with other identification technologies, RFID has many advantages, such as contactless identification, large data capacity, reusable, strong anti-interference ability, strong security, and the ability to identify multiple objects at the same time. RFID is widely used in manufacturing, logistics, medical treatment, etc. Transportation, agriculture, military, security and smart home. RFID system is an open wireless system. Once the information is leaked or tampered with, it will cause huge losses. In addition to security concerns, electronic tags may record personal or corporate information, and once the information is stolen, personal or corporate privacy will be violated. At the same time, the electronic tag may be embedded into any object, and the holder of the item may be scanned, located and tracked unknowingly. The security and privacy of RFID has become one of the main reasons restricting its development and application. At present, most of the UHF RFID tag chips are based on the ISO/IEC18000-6C design and there are no relevant security provisions in the ISO / IEC18000-6C protocol. On September 6, 2011, the standard "military Radio Frequency Identification (RFID) Air Interface I: 800 / 900MHz >", which has independent intellectual property rights, was formally promulgated. It fills up the gap in the field of UHF RFID standards in China. The security of label is guaranteed by a security communication method of UHF RFID air interface based on symmetric encryption. The security label chip digital baseband designed in this paper is based on independent standard design. By analyzing and comparing many algorithms, the PRESENT algorithm which has better throughput and gate number is selected. At the same time, the security of the label is ensured by using the symmetric encryption bidirectional authentication between the reader and the tag and the secure communication between the reader and the tag. This paper also focuses on the low-power strategy of chip design, through reasonable module partition, use of power management module, multi-clock domain design, reduce the power supply voltage, pipeline design, The low power consumption of digital baseband is optimized by using function block multiplexing and gating clock. The designed digital baseband is designed at RTL level, function simulation, logic synthesis, power analysis and physical design. The baseband area is 592.4 渭 m 脳 229.12 渭 m, about 12366 gates. The area of the security module is 592.4 渭 m 脳 83.42 渭 m, accounting for 36.4 渭 m of the total baseband area, and the total power consumption of the baseband is as low as 5.26 渭 W. The designed baseband is completed in the TSMC0.18 渭 m CMOS mix RF process. The test results show that the designed baseband conforms to the independent standard, and has security function, tracking, eavesdropping, illegal access, etc. Security threats such as replay attacks have a certain defense capability.
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN402;TP391.44

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本文編號：2189350