应用于物联网安全存储的QSPI-Flash控制器设计与实现

发布时间：2020-03-29 13:36

【摘要】：随着物联网行业的发展,数据的处理量越来越大,对于数据存储、读写速度的要求越来越高,这对于存储器件来说要求越来越高。Flash作为物联网应用中的一种优质存储器件,应用最为广泛,但是一旦存储了用户数据的Flash丢失或者被人窃取,Flash中存储的数据就有可能被非法读取,造成信息泄露,所以数据的安全性是Flash存储中的一个必须要考虑的问题。在使用Flash作为存储介质的应用中,一般都会用Flash控制器对Flash进行访问,以此来提高访问效率。但是市面上的Flash控制器大部分都没有加密功能,也就是依然存在数据泄露的风险。本文基于以上分析出的问题,设计了一个带加密功能的QSPI-Flash控制器。该控制支持QSPI接口,即四线SPI模式,大大提高了数据传输效率;对于数据安全性的问题,本文在设计中实现了密钥生成函数和加密函数来对数据进行加密处理,即使Flash遭到攻击,攻击者也只能窃取密文,而密文对于攻击者来说毫无意义,所以并不会对使用者造成损失。本文首先根据QSPI-Flash控制器的功能,进行电路设计,形成RTL级代码,然后对RTL级代码进行功能仿真和FPGA原型验证,功能仿真全部指令均通过,加解密功能也通过。FPGA原型验证也通过,并且和其他几篇文献的设计进行了对比,本文的设计在安全性和速度上都相对更好。验证通过后基于华宏0.11um工艺对设计进行了ASIC实现,对设计进行了逻辑综合、形式验证和静态时序分析,并对电路性能进行了分析。本文最终基于华宏0.11um工艺,对本设计的数字部分进行了ASIC实现,数字部分电路面积为68020um~2,系统最高时钟频率为200MHz,动态功耗为3.7632mW,其安全性和读写速度优于市面上大部分Falsh控制器。
【图文】：

图 3-7 PUF 单元基本结构的 PUF 单元工作原理如下：状态，C=0,这时连接至 GND 的 4 传输开关闭合，将分压节点的状态，C=1，SEL=1,C、SEL 信号迎来高电平，连接至 GND 的 4 开SSAIN 输入开关导通。这时由于电容 Cp1 与 Cn1 的上极板存在一输出节点由于电容比分压效应会产生一个分压。分压值： = 1 1 = 1 1 况下 Cp1=Cn1=C1，Cpo=Cno=Co，，因此有 Vp=Vn。但是在实际1/Cn1 与 Cp2/Cn2 之间存在失配 δ，即： 1 = 1

对于不需要加解密操作的命令，输入的信息会通过 Testbench 输入，SOC 接口模块会接收信息，然后转发到 QSPI-Flash 仿真模型中。如果不需要读取数据，在所有信息转发完毕后，flash 接口模块的 CS 信号会被拉高，然后整条指令的操作结束；如果需要读取数据，flash 接口模块会读出数据，后再通过 SOC 接口发送出来。对于这一类的命令，可以通过观察 SOC 接口模块的 I/O 接口信号的时序和 flash 接口模块的 I/O 接口信号的时序，对比二者时序是否一致，如果时序一致则功能没有问题，信息被正确的发送到了 Flash 仿真模型中。根据指令信息的数据流向，这一类指令有以下两种情况：1、写命令，不加密这一类指令的数据流向是单向的，即只需要向 flash 发送数据，flash 不会有数据输出，指令组成有三种况：只有命令，命令和地址，命令和数据。当外设发送这些指令时，QSPI-Flash 控制器会转发指令信息，当全部指令信息转发完毕后，结束当前指令，准备接收下一条指令。以下是这一类指令仿真的波形图：
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN915.08;TP391.44;TP333

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 朝暮;;将物联网植入城市生活[J];科学之友;2019年09期

2 侯远达;王敏;焦明;胡建军;;外军物联网建设对我军军交运输领域的启示[J];军事交通学院学报;2013年11期

3 郑昱;赵建萍;;物联网统一编码:立足顶层 兼容并蓄[J];中国自动识别技术;2014年01期

4 刘铭;柳青;董丙瑞;;论物联网技术在现代农业中的应用[J];南方农机;2017年03期

5 ;国家物联网产业示范基地——物联网特色小镇[J];杭州(我们);2015年12期

6 郑昱;;物联网:一个充满活力的市场[J];中国自动识别技术;2014年05期

7 胡震;;物联网技术在现代农业中的应用研究[J];滨州职业学院学报;2016年Z1期

8 蒋贤维;;物联网技术在特殊教育中的应用研究[J];南京特教学院学报;2012年04期

9 靳玉虎;;锡盟物联网发展的构想(一)[J];锡林郭勒职业学院学报;2016年01期

10 赵冠南;曹冰;;我国物联网商业模式初探[J];四川工程职业技术学院学报;2013年03期

相关会议论文 前10条

1 范玉波;;产业融合理论与物联网的发展[A];加快转型发展 促进富民强省——山东省社会科学界2010年学术年会文集（上）[C];2010年

2 王星昌;;物联网技术革命与移动“大连接”战略发展研究[A];物联网与无线通信-2017年全国物联网技术与应用大会和2017年全国无线电应用与管理学术会议论文集[C];2017年

3 寇立冬;周晶;孙喜民;张宾;;基于泛在物联网的智慧城市应用[A];生态互联 数字电力——2019电力行业信息化年会论文集[C];2019年

4 李媛红;;物联网团体标准探索与实践[A];第十六届中国标准化论坛论文集[C];2019年

5 张大鹏;张刘华;;建筑消防物联网技术应用研究初探[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

6 朱飞勇;;基于物联网的消防安全工作实践与思考[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

7 刘建国;毕晓华;;基于物联网的灾害现场内部环境监测及预警关键技术[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

8 贾俊涛;;关于“智慧消防”建设的几点思考[A];2016中国消防协会科学技术年会论文集[C];2016年

9 刘志勇;杨小华;李佩河;;门址数据应如何迎接物联网时代的到来[A];卫星导航产业机遇与挑战2010[C];2010年

10 杨婷婷;李晶晶;李丹;;探究“互联网+”时代物联网技术在沈阳智慧城市中的应用[A];第十五届沈阳科学学术年会论文集（理工农医）[C];2018年

相关重要报纸文章 前10条

1 本报见习记者 赵利利;“连接”驱动物联网创新[N];中国科学报;2018年

2 本报记者 赵广立;扫除物联网发展障碍[N];中国科学报;2018年

3 本报记者 刘杨;力合微 聚焦物联网“最后1公里”[N];中国证券报;2019年

4 本报记者 周熙檀;物联网产业应加强顶层设计[N];中国科学报;2012年

5 本报记者 孙翔峰;移为通信董事长廖荣华：物联网应用处于初级阶段 5G将推动行业爆发[N];中国证券报;2019年

6 本报实习生 于思奇;物联网投资“外热内冷”[N];中国科学报;2012年

7 记者 马丹;日照移动窄带物联网实现商用[N];日照日报;2018年

8 本报记者 计红梅;未来三十年的物联网什么样[N];中国科学报;2017年

9 本报记者 李惠钰;可持续将成物联网发展主线[N];中国科学报;2017年

10 中国工程院院士 倪光南 本报记者 彭科峰 整理;我国物联网发展具备一定优势[N];中国科学报;2017年

相关博士学位论文 前10条

1 杨珍;农业物联网动态服务的协同优化与调控策略[D];东华大学;2018年

2 胡森;物联网环境下电商渠道组织结构与决策研究[D];华中科技大学;2019年

3 陈俊晓;应用于自供电物联网节点的超低功耗片上电源管理关键技术研究与实现[D];浙江大学;2019年

4 张小红;物联网环境下露天文物健康风险评估方法研究[D];西安建筑科技大学;2016年

5 谢明山;物联网传感器的受限部署与数据采集关键技术研究[D];海南大学;2019年

6 郭龙华;新型物联网安全防护及服务优化关键技术研究[D];上海交通大学;2018年

7 乔冠华;基于移动边缘计算的物联网资源管理策略研究[D];电子科技大学;2019年

8 易灵芝;基于物联网的铀尾矿库周边环境放射性污染智能监测方法与理论[D];南华大学;2018年

9 余昌盛;窄带物联网和双连接中资源管理关键技术研究[D];浙江工业大学;2017年

10 王平泉;基于行为特征的物联网服务生成与推荐关键技术研究[D];北京邮电大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 张悦文;《物联网安全的挑战与对策》选译报告[D];重庆邮电大学;2019年

2 肖易俗;《效果经济中的物联网制胜策略》（第五至七章）翻译实践报告[D];四川外国语大学;2019年

3 刘垠;《物联网—从炒作到现实：数据化之路》（第八章）翻译实践报告[D];重庆邮电大学;2019年

4 刘桐;物联网环境下可保护隐私的认证机制研究[D];重庆邮电大学;2019年

5 李涛;基于语义的oneM2M跨平台互操作性研究[D];重庆邮电大学;2019年

6 许晓丹;基于数据虚拟化的物联网脆弱性信息资源池的设计与实现[D];重庆邮电大学;2019年

7 张祥坤;基于物联网的人防工程管理维护系统的研究与设计[D];南京航空航天大学;2019年

8 张园园;基于RISC-V架构的物联网节点SoC研究与设计[D];南京航空航天大学;2019年

9 张博凡;农业物联网精准灌溉系统策略及协议的设计与研究[D];宁夏大学;2019年

10 钟翠明;鹰潭NB-IoT窄带物联网的无线网规划设计[D];南昌大学;2019年

本文编号：2606042