基于SMS4算法的标签基带设计与实现
本文选题:UHF + RFID ; 参考:《西安电子科技大学》2014年硕士论文
【摘要】:随着UHF RFID技术在物联网领域的普及,其涉及的领域也就更加广泛,无源超高频射频标签的信息安全问题也越来越受到重视。为了增加标签在与读写器进行安全鉴别时的安全性,针对基于国家标准的信息技术和射频识别800/900MHz空中接口协议中提出的用于安全鉴别的基于对称加密的双向鉴别协议,根据不含安全鉴别标签的基本架构和设计思想,本文提出并设计了一种基于SMS4加密算法的安全鉴别标签基带。本设计中提出的SMS4加密算法是一种应用于无线局域网的加密算法,由于此算法在每次加密或者解密运算过程中是针对一组数据进行操作的,这与流密码的加密或者解密的一位运算操作不同,因此称它为分组密码。在使用SMS4算法进行加密或者解密过程中,所采用的结构是非线性迭代结构和线性结构的结合体。因此,相比于协议中的异或运算加密的方式,这种算法的安全性更强,可靠性更高。本文的研究重点在于按照国家标准中安全鉴别协议所涉及的分组对称加密算法,设计一种低功耗、小面积的SMS4算法结构,并结合标签的基本架构设计出基于SMS4加密算法的标签基带。本设计通过对SMS4算法中扩展密钥、S盒、T运算、加密和解密机理的分析,提出了SMS4算法的几种不同基本设计架构及其实现方式,包括全循环结构、循环展开结构和流水线结构。根据SMS4算法的这几种架构在面积、功耗和速度上的不同,结合标签的基本架构,通过改进SMS4算法在标签基带中的实现结构,设计出一种低功耗、小面积的基于SMS4加密算法的标签基带。同时,本文还针对功耗和面积这两个重要指标,对包含SMS4加密算法的标签与不含加密算法的普通标签进行了详细的对比分析,为本文所设计标签的实用性提供了有力保障。最后,借助EDA软件对本文设计的标签基带和SMS4加密算法,在SMIC0.18μm工艺库进行了逻辑综合、物理实现和后仿验证。仿真和验证结果表明,本文设计的基于SMS4加密算法的标签能够完成基于对称加密的双向鉴别流程,SMS4算法能够实现的对数据的正常加密和解密功能,而且能够实现标签的正常读、写、灭活以及锁定功能,完成了同国标协议的一致性设计。通过对功耗和面积分析可知,本设计能够将SMS4算法引入的功耗增量控制在7μw以内,将SMS4算法占有的门数控制在4000门左右,各项指标表明此标签符合设计要求,达到了预定的设计目标。
[Abstract]:With the popularization of UHF RFID technology in the field of Internet of things, it involves more and more fields, and the information security of passive UHF radio frequency tags has been paid more and more attention.In order to increase the security of tags when authenticating with readers, a bidirectional authentication protocol based on symmetric encryption is proposed for security authentication in information technology based on national standards and radio frequency identification (800/900MHz) air interface protocol.According to the basic structure and design idea of the security authentication label, a secure authentication label baseband based on SMS4 encryption algorithm is proposed and designed in this paper.The SMS4 encryption algorithm proposed in this design is an encryption algorithm applied to WLAN, because this algorithm operates on a set of data during each encryption or decryption operation.This is different from the one-bit operation of stream cipher encryption or decryption, so it is called block cipher.In the process of encryption or decryption using SMS4 algorithm, the structure is a combination of nonlinear iterative structure and linear structure.Therefore, this algorithm is more secure and reliable than the XOR encryption in the protocol.This paper focuses on the design of a low-power, small-area SMS4 algorithm based on the packet symmetric encryption algorithm involved in the national standard security authentication protocol.The label baseband based on SMS4 encryption algorithm is designed based on the basic structure of tag.Based on the analysis of the operation, encryption and decryption mechanism of the extended key S box in the SMS4 algorithm, several different basic design frameworks and their implementation methods of the SMS4 algorithm are proposed, including the full loop structure, the cyclic expansion structure and pipeline structure.According to the difference of area, power consumption and speed of SMS4 algorithm, a low power consumption is designed by improving the implementation structure of SMS4 algorithm in label baseband.Small area label baseband based on SMS4 encryption algorithm.At the same time, aiming at the two important indexes of power consumption and area, this paper makes a detailed comparison between the label containing SMS4 encryption algorithm and the ordinary label without encryption algorithm, which provides a powerful guarantee for the practicability of the label designed in this paper.Finally, with the help of EDA software, the label baseband and SMS4 encryption algorithm designed in this paper are used for logic synthesis, physical implementation and post-imitation verification in the SMIC0.18 渭 m process library.Simulation and verification results show that the label designed in this paper based on SMS4 encryption algorithm can complete the normal encryption and decryption function of the data, and can realize the normal reading of the label.Write, inactivate and lock function, complete the agreement with the national standard consistency design.According to the analysis of power consumption and area, this design can control the power increment of SMS4 algorithm to less than 7 渭 w, and control the number of gates occupied by SMS4 algorithm to about 4000 gates. Each index indicates that the label meets the design requirements.The design target has been achieved.
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TP391.44;TN918.4
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,本文编号:1733707
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