高性能AES-GCM密码电路设计与硬件木马检测方法研究

发布时间：2024-12-18 00:37

　　随着用户对接入网安全和带宽需求的不断增加,AES-GCM加密认证算法被用于抵御接入网中潜在的窃听和假冒等安全威胁。当前,针对该算法的高速硬件实现方案过度追求高数据吞吐率而忽略了随之产生的面积开销,而竞争激烈的芯片市场则要求芯片兼备数据吞吐率高和面积小的高性能特性。同时,针对AES-GCM电路的安全性研究鲜有考虑硬件木马带来的威胁,一旦密码芯片中的关键信息被硬件木马所泄露,将会造成极其严重的后果。所以,研究AES-GCM密码电路的高性能设计及其硬件木马检测方法具有重要意义。论文主要研究可支持错误攻击型硬件木马检测的高性能AES-GCM密码电路。首先分析AES-GCM算法的工作原理,从吞吐率和面积两方面综合考虑,实现了一种基于串行结构的高性能AES-GCM密码电路。针对AES-GCM密码电路面积占用大的问题,分别采用DACSE算法和Mastrovito算法对其中的AES电路和GHASH电路进行了优化;针对电路数据吞吐率低的问题,采用延时分析的流水线划分方法进一步优化了AES和GHASH电路的流水线结构。在此基础上,为了研究硬件木马对AES-GCM密码芯片的危害,对错误攻击的工作原理进行分析,...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 高性能AES加密电路研究现状
        1.2.2 高性能GHASH电路研究现状
        1.2.3 硬件木马设计研究现状
        1.2.4 硬件木马防御技术研究现状
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 论文结构安排
第二章 AES-GCM算法原理及高性能架构分析
    2.1 AES-GCM算法基本工作原理介绍
    2.2 AES-GCM电路结构分析
        2.2.1 串行AES-GCM电路结构分析
        2.2.2 并行AES-GCM电路结构分析
    2.3 本章小结
第三章 高性能AES-GCM密码电路设计与优化
    3.1 高性能AES加密电路实现
        3.1.1 AES加密工作原理介绍
        3.1.2 复合域S盒电路实现
        3.1.3 流水线结构的AES电路实现
        3.1.4 高性能AES电路仿真与性能分析
    3.2 高性能GHASH电路设计与优化
        3.2.1 有限域乘法器工作原理介绍
        3.2.2 Mastrovito乘法器的设计与优化
        3.2.3 高性能GHASH电路仿真与性能分析
    3.3 高性能AES-GCM密码电路实现与仿真
    3.4 本章小结
第四章 基于错误攻击的硬件木马研究与实现
    4.1 错误攻击工作原理介绍
    4.2 基于错误攻击的硬件木马电路设计
        4.2.1 硬件木马负载电路设计
        4.2.2 硬件木马触发电路设计
    4.3 硬件木马电路功能仿真与ASIC实现
        4.3.1 硬件木马功能仿真验证
        4.3.2 硬件木马ASIC实现
    4.4 本章小结
第五章 硬件木马检测方法研究与实现
    5.1 硬件木马检测方法对比分析
        5.1.1 基于逻辑测试的木马检测方法研究
        5.1.2 基于旁路分析的木马检测方法研究
        5.1.3 基于环形振荡器的木马检测方法研究
    5.2 错误攻击型硬件木马的检测方法研究
        5.2.1 木马检测电路插入位置分析
        5.2.2 木马检测电路设计与实现
    5.3 硬件木马检测方法有效性验证
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：4016770