安全SOC芯片随机数模块的设计与实现

发布时间：2017-05-12 08:04

  本文关键词：安全SOC芯片随机数模块的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着国家对信息安全产业支持力度的加大,几乎所有与互联网进行交互的产品其安全性都需要得到保证。随机数模块作为安全SOC芯片中不可或缺的一部分,也越来越受到重视,同时对随机性的要求也越来越严格。随机数发生器是加密应用的基础,可用于产生指定安全要求的加密密钥、对抗侧信道攻击、生成初始向量、随机填充位。本文详细介绍了一款安全SOC芯片的随机数发生器模块的设计,包括真伪随机数模块,以及各相关功能模块。在设计之初,就对市面上通用的设计方法进行广泛的调研,经认真分析,严格制定出适合本款芯片安全性要求的设计方案。在整个设计过程中都不断对设计进行验证,以便尽早发现设计上的不足,并及时进行修改。同时还进行了从模式仿真和主模式仿真,以及芯片的成品测试,保证了整个设计的正确性。在流片之后,对样片采集了所需样本尺寸的随机数进行了统计检测。检测结果表明,该设计能够达到要求的随机性,足够实现密码学上的安全要求,可以满足大多数的市场应用。本设计取得了一定的创新性:该模块为AIS31标准的随机数自检进行了可测性设计,为需要测试的数据设计了可供访问的寄存器。设计的随机数模块能通过随机数自检,同时能通过随机性检测规范,芯片的安全性得到了有力的保证。该模块实现了跨时钟域设计,能够有效提高随机数的生成速率。同时,不仅支持算法时钟较快的情况,还支持算法较慢的情况,甚至满足两个时钟相差很大的情况,可以满足不同用户的使用。该模块是基于总线接口的设计,支持word、halfword和byte访问,各功能模块都进行独立设计。可以配置不同的时钟,不同的分频系数,增强了模块的可移植性,使用起来更为灵活。
【关键词】：SOC 随机数发生器 随机性检测 跨时钟域
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918.4;TN402
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 引言12-15
• 0.1 概述12
• 0.2 选题背景及实际意义12-13
• 0.3 论文结构及相关内容13-15
• 第1章 RNG基本原理15-25
• 1.1 随机数特性15-16
• 1.1.1 随机性15
• 1.1.2 不可预测性15-16
• 1.1.3 随机序列16
• 1.2 伪随机数发生器16-21
• 1.2.1 伪随机数发生器16-17
• 1.2.2 哥伦布随机性假设17
• 1.2.3 PRNG的常用方法17-21
• 1.3 TRNG的原理21-25
• 1.3.1 真随机数发生器21-22
• 1.3.2 TRNG的影响因素22
• 1.3.3 TRNG的常用方法22-25
• 第2章 随机数检测25-38
• 2.1 随机数检测概述25-27
• 2.1.1 随机数检测标准25
• 2.1.2 随机数检测指标25-26
• 2.1.3 统计理论基础26-27
• 2.2 AIS31评估基础27-29
• 2.3 AIS31评估要求29-32
• 2.3.1 P1级29-30
• 2.3.2 P2级30-32
• 2.4 AIS31检测项32-34
• 2.5 随机数自检34-38
• 2.5.1 卡方测试34-35
• 2.5.2 总失败测试和上电检测35
• 2.5.3 在线检测和上电检测35-36
• 2.5.4 在线检测、总失败检测和上电检测36-38
• 第3章 RNG的设计与实现38-51
• 3.1 总线接.模块38-42
• 3.1.1 总线接.模块38-40
• 3.1.2 中断控制模块40
• 3.1.3 真随机数采集模块40-41
• 3.1.4 伪随机数采集模块41
• 3.1.5 数字化噪声数据采集模块41
• 3.1.6 低功耗模块41-42
• 3.2 真随机数模块42
• 3.2.1 震荡采样发生器42
• 3.2.2 数学后处理42
• 3.3 数字化噪声模块42-43
• 3.4 伪随机数模块43-44
• 3.4.1 钟控发生器43
• 3.4.2 交替停走发生器的设计43-44
• 3.5 跨时钟模块44-50
• 3.5.1 同步电路44-45
• 3.5.2 两级同步器45-46
• 3.5.3 握手同步器46-48
• 3.5.4 跨时钟域的实现48-50
• 3.6 功能描述50-51
• 第4章 模块仿真与分析51-61
• 4.1 模块仿真51-52
• 4.2 功能仿真52-56
• 4.2.1 分频控制的验证52-53
• 4.2.2 真随机数的验证53
• 4.2.3 数字化噪声信号的验证53-54
• 4.2.4 伪随机数的验证54
• 4.2.5 跨时钟模块的验证54-55
• 4.2.6 不同时钟关系的验证55
• 4.2.7 安全模式的验证55-56
• 4.2.8 中断的验证56
• 4.3 平台仿真56-58
• 4.4 芯片成品测试58
• 4.5 随机数检测58-61
• 第5章 总结61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李建成;庄钊文;张亮;;SOC设计的软硬件协同验证研究[J];半导体技术;2007年10期

2 周燕;关于线性同余组合发生器的周期性和统计性质[J];重庆大学学报(自然科学版);2000年06期

3 黄晓英,廉玉忠,李世取;关于“停走”生成器概率模型中的符合率问题[J];数学理论与应用;2001年01期

4 吴盼望;张善从;;基于移位寄存器的伪随机序列改进算法[J];计算机工程;2012年18期

  本文关键词：安全SOC芯片随机数模块的设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：359194