本文關鍵詞：SoC中的安全架構(gòu)分析及算法實現(xiàn)

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【摘要】：隨著信息技術的發(fā)展,網(wǎng)絡通信和數(shù)據(jù)存儲的需求越來越大,數(shù)據(jù)安全問題日益成為大眾關注的焦點。單獨的軟件權(quán)限控制和硬件加密處理,都很難從系統(tǒng)層面上,保證整個數(shù)據(jù)通道的安全性。論文首先引入了TPM模塊的主要結(jié)構(gòu)框架,結(jié)合當前主流的芯片設計方法,分別討論了其中的處理器、總線、隨機數(shù)生成、權(quán)限控制以及密碼算法的實現(xiàn)。并針對啟動過程和調(diào)試單元的安全性設計進行了討論。針對TPM模塊中密碼協(xié)處理器的設計,本文分別討論了對稱密碼系統(tǒng)中AES算法、非對稱密碼系統(tǒng)中RSA算法和散列運算中SHA算法的基于verilog的硬件實現(xiàn)。在掩膜型AES算法實現(xiàn)設計中,論文討論了AES算法中加解密操作的流程及等效變換,重點實現(xiàn)了基于有限域)2(8GF的求逆運算和列混合運算的系數(shù)乘法運算。針對DPA攻擊,論文在討論了DPA的攻擊原理、流程后,分析了AES算法的防護措施和帶掩膜的AES算法的實現(xiàn)問題,最后論文給出帶掩膜的AES算法實現(xiàn)并進行仿真。結(jié)合RSA算法流程,分析了大素數(shù)的產(chǎn)生以及RSA算法的參數(shù)選擇。根據(jù)模運算的性質(zhì),分析了R-L二進制算法和蒙哥馬利算法在芯片中的具體實現(xiàn)。最后論文給出RSA算法實現(xiàn)的硬件框圖、模冪運算的狀態(tài)機設計和基于基42的蒙哥馬利模乘算法的實現(xiàn)。論文根據(jù)NIST的SHA-256計算標準,討論了SHA-256算法的實現(xiàn)流程,并完成了數(shù)據(jù)預處理階段的狀態(tài)機設計、輪迭代中的tW變量的計算函數(shù)設計以及其他邏輯函數(shù)的硬件實現(xiàn)。論文根據(jù)可信系統(tǒng)中TPM模塊的規(guī)范,討論了在SoC芯片設計方法中,如何進行安全模塊的設計,并著重分析了AES、RSA、SHA三種密碼算法的實現(xiàn)。
【關鍵詞】：可信系統(tǒng) TPM模塊 AES算法 DPA攻擊 RSA算法 SHA算法
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN918.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 選題背景9-10
• 1.1.1 可信系統(tǒng)概述9
• 1.1.2 TPM模塊概述9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 芯片開發(fā)流程11-12
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)組成12-14
• 第2章 安全架構(gòu)14-20
• 2.1 密碼學基礎14-16
• 2.2 安全需求分析16
• 2.2.1 互聯(lián)網(wǎng)方面16
• 2.2.2 嵌入式控制方面16
• 2.3 TPM中的模塊16-18
• 2.3.1 處理器和總線16-17
• 2.3.2 隨機數(shù)生成17
• 2.3.3 設備訪問權(quán)限17-18
• 2.3.4 算法模塊實現(xiàn)18
• 2.4 啟動與調(diào)試18-20
• 2.4.1 芯片啟動控制18-19
• 2.4.2 調(diào)試模式保護19-20
• 第3章 AES算法的硬件實現(xiàn)20-35
• 3.1 AES算法的數(shù)學基礎20-22
• 3.2 AES算法加解密流程及實現(xiàn)22-28
• 3.2.1 AES算法加解密流程22-24
• 3.2.2 SubBytes與InvSubBytes24-26
• 3.2.3 ShiftRows與InvShiftRows26
• 3.2.4 Mixcolumns與Inv MixColumns26-27
• 3.2.5 AddRoundKey與InvAddRoundkey27
• 3.2.6 密鑰擴展算法27-28
• 3.3 功耗攻擊描述及抗功耗攻擊措施分析28-31
• 3.3.1 DPA的攻擊過程28-29
• 3.3.2 抗功耗攻擊的措施29
• 3.3.3 AES算法的DPA攻擊與防護29-31
• 3.4 帶掩膜的AES算法的硬件實現(xiàn)框圖31-33
• 3.5 功能仿真分析33-35
• 第4章 RSA算法的硬件實現(xiàn)35-47
• 4.1 RSA算法的數(shù)學基礎35-37
• 4.1.1 數(shù)論基礎35-36
• 4.1.2 模運算36
• 4.1.3 歐拉定理與費爾馬定理36-37
• 4.2 RSA算法描述37-42
• 4.2.1 大素數(shù)的生成37
• 4.2.2 RSA的計算過程37-38
• 4.2.3 參數(shù)的選擇38
• 4.2.4 模冪算法38-40
• 4.2.5 模乘算法40-41
• 4.2.6 加法運算41-42
• 4.3 RSA算法的硬件實現(xiàn)框圖42-45
• 4.4 功能仿真分析45-47
• 第5章 SHA算法的硬件實現(xiàn)47-53
• 5.1 SHA算法描述47-49
• 5.2 SHA算法的硬件實現(xiàn)框圖49-51
• 5.2.1 Hash_wrapper模塊49-50
• 5.2.2 Hash_engine模塊50-51
• 5.3 功能仿真分析51-53
• 總結(jié)與展望53-55
• 致謝55-56
• 參考文獻56-58
• 附錄A 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文58

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本文編號：927138