嵌入式安全协处理器设计

发布时间：2017-05-15 14:01

  本文关键词：嵌入式安全协处理器设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着嵌入式信息安全的快速发展,如何对密码算法进行有效快速的运算执行已经成为一个比较突出的问题。传统的密码算法实现技术主要有两个方面：一方面是通过通用处理器进行软件编程,这种办法虽然有较好的适应性和灵活性,但是程序的执行效率较低；另一种是针对专门的密码算法,设计相应的加速硬件单元,虽然性能得到提升,但是却存在成本高、灵活性低的缺点。本文因此提出了基于专用密码算法加速指令集的嵌入式协处理器方案。该方案在处理密码算法时,同时具备了通用处理器适应性强和专用加速单元性能优越的优点。在仿真平台和FPGA平台对常用密码算法进行验证,实验表明,处理性能提高了大约3倍,具有比较良好的加速效果。 伴随着密码系统的快速发展,针对各种加密芯片的攻击方式也是层出不穷,所以在设计安全协处理器的过程中,不仅要关注性能的提升,更要注意对各种攻击方式的防范。本文针对近来比较流行的差分功耗分析,提出了两种在时间轴上扰乱程序运行时产生的功耗轨迹的方案。一种是基于随机延时插入,另一种则是基于随机指令插入。通过搭建仿真平台对两种方案进行了验证,均取得了比较满意的效。而与传统的抗差分功耗分析的方案比较,本文提出的方案实现简单,硬件架构也不复杂,具有重大的实用价值。
【关键词】：安全 协处理器 专用指令集 差分功耗分析 随机延时插入 随机指令插入
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP332;TP309
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 图目录10-11
• 表目录11-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.3 密码学概论15-16
• 1.4 论文的研究内容和组织结构16-18
• 第2章 安全协处理器体系结构设计18-33
• 2.1 处理器体系结构概述18-21
• 2.1.1 指令集系统18-20
• 2.1.2 流水线技术20-21
• 2.2 安全协处理器的研究基础21-23
• 2.3 密码加速专用指令集设计23-28
• 2.3.1 专用指令集简介24-26
• 2.3.2 编程模型改进26-28
• 2.4 安全协处理器硬件实现28-29
• 2.5 安全协处理器加密效果实验与分析29-32
• 2.5.1 仿真平台验证30-31
• 2.5.2 FPGA平台验证31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第3章 抗DPA处理器硬件架构设计33-54
• 3.1 差分功耗分析的物理基础和方法33-37
• 3.1.1 差分功耗分析的物理基础33-34
• 3.1.2 差分功耗分析的原理及步骤34-37
• 3.2 抗差分功耗分析的研究现状37-39
• 3.2.1 算法层面的抗DPA攻击37-38
• 3.2.2 电路层面的抗DPA分析38-39
• 3.3 差分功耗分析仿真实验平台39-46
• 3.3.1 差分功耗分析仿真实验平台架构39-40
• 3.3.2 差分功耗分析实验过程40-43
• 3.3.3 DES加密算法简介43-46
• 3.4 抗DPA的安全协处理器硬件结构设计46-49
• 3.4.1 基于随机延时插入的抗DPA硬件结构设计46-47
• 3.4.2 基于随机指令插入的抗DPA硬件结构设计47-49
• 3.5 实验与分析49-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第4章 结束语54-56
• 4.1 论文研究工作总结54-55
• 4.2 今后的工作展望55-56
• 参考文献56-59
• 作者简介59-60
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 韩军,曾晓洋,汤庭鳌;DES密码电路的抗差分功耗分析设计[J];半导体学报;2005年08期

2 乐大珩;张民选;李少青;孙岩;谷晓忱;;一种新型的抗DPA攻击可配置逻辑结构[J];电子学报;2011年02期

3 乐大珩;齐树波;李少青;张民选;;一种基于寄存器翻转时刻随机化的抗DPA攻击技术[J];计算机研究与发展;2012年03期

4 仲海梅;纪斌;;安全处理器的研究[J];计算机与信息技术;2007年05期

5 章竞竞;李仁发;李浪;曾庆光;;DES差分功耗分析研究及仿真实现[J];计算机工程与应用;2010年33期

6 蒋惠萍,毛志刚;一种抗差分功耗攻击的改进DES算法及其硬件实现[J];计算机学报;2004年03期

7 褚杰;丁国良;邓高明;赵强;;DES差分功耗分析攻击设计与实现[J];小型微型计算机系统;2007年11期

8 郑新建;张翌维;沈绪榜;;SPA和DPA攻击与防御技术新进展[J];小型微型计算机系统;2009年04期

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本文编号：367932