SoC中的安全架构分析及算法实现

发布时间：2017-09-27 02:29

  本文关键词：SoC中的安全架构分析及算法实现

  更多相关文章： 可信系统 TPM模块 AES算法 DPA攻击 RSA算法 SHA算法

【摘要】：随着信息技术的发展,网络通信和数据存储的需求越来越大,数据安全问题日益成为大众关注的焦点。单独的软件权限控制和硬件加密处理,都很难从系统层面上,保证整个数据通道的安全性。论文首先引入了TPM模块的主要结构框架,结合当前主流的芯片设计方法,分别讨论了其中的处理器、总线、随机数生成、权限控制以及密码算法的实现。并针对启动过程和调试单元的安全性设计进行了讨论。针对TPM模块中密码协处理器的设计,本文分别讨论了对称密码系统中AES算法、非对称密码系统中RSA算法和散列运算中SHA算法的基于verilog的硬件实现。在掩膜型AES算法实现设计中,论文讨论了AES算法中加解密操作的流程及等效变换,重点实现了基于有限域)2(8GF的求逆运算和列混合运算的系数乘法运算。针对DPA攻击,论文在讨论了DPA的攻击原理、流程后,分析了AES算法的防护措施和带掩膜的AES算法的实现问题,最后论文给出带掩膜的AES算法实现并进行仿真。结合RSA算法流程,分析了大素数的产生以及RSA算法的参数选择。根据模运算的性质,分析了R-L二进制算法和蒙哥马利算法在芯片中的具体实现。最后论文给出RSA算法实现的硬件框图、模幂运算的状态机设计和基于基42的蒙哥马利模乘算法的实现。论文根据NIST的SHA-256计算标准,讨论了SHA-256算法的实现流程,并完成了数据预处理阶段的状态机设计、轮迭代中的tW变量的计算函数设计以及其他逻辑函数的硬件实现。论文根据可信系统中TPM模块的规范,讨论了在SoC芯片设计方法中,如何进行安全模块的设计,并着重分析了AES、RSA、SHA三种密码算法的实现。
【关键词】：可信系统 TPM模块 AES算法 DPA攻击 RSA算法 SHA算法
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 选题背景9-10
• 1.1.1 可信系统概述9
• 1.1.2 TPM模块概述9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.3 芯片开发流程11-12
• 1.4 本文结构组成12-14
• 第2章 安全架构14-20
• 2.1 密码学基础14-16
• 2.2 安全需求分析16
• 2.2.1 互联网方面16
• 2.2.2 嵌入式控制方面16
• 2.3 TPM中的模块16-18
• 2.3.1 处理器和总线16-17
• 2.3.2 随机数生成17
• 2.3.3 设备访问权限17-18
• 2.3.4 算法模块实现18
• 2.4 启动与调试18-20
• 2.4.1 芯片启动控制18-19
• 2.4.2 调试模式保护19-20
• 第3章 AES算法的硬件实现20-35
• 3.1 AES算法的数学基础20-22
• 3.2 AES算法加解密流程及实现22-28
• 3.2.1 AES算法加解密流程22-24
• 3.2.2 SubBytes与InvSubBytes24-26
• 3.2.3 ShiftRows与InvShiftRows26
• 3.2.4 Mixcolumns与Inv MixColumns26-27
• 3.2.5 AddRoundKey与InvAddRoundkey27
• 3.2.6 密钥扩展算法27-28
• 3.3 功耗攻击描述及抗功耗攻击措施分析28-31
• 3.3.1 DPA的攻击过程28-29
• 3.3.2 抗功耗攻击的措施29
• 3.3.3 AES算法的DPA攻击与防护29-31
• 3.4 带掩膜的AES算法的硬件实现框图31-33
• 3.5 功能仿真分析33-35
• 第4章 RSA算法的硬件实现35-47
• 4.1 RSA算法的数学基础35-37
• 4.1.1 数论基础35-36
• 4.1.2 模运算36
• 4.1.3 欧拉定理与费尔马定理36-37
• 4.2 RSA算法描述37-42
• 4.2.1 大素数的生成37
• 4.2.2 RSA的计算过程37-38
• 4.2.3 参数的选择38
• 4.2.4 模幂算法38-40
• 4.2.5 模乘算法40-41
• 4.2.6 加法运算41-42
• 4.3 RSA算法的硬件实现框图42-45
• 4.4 功能仿真分析45-47
• 第5章 SHA算法的硬件实现47-53
• 5.1 SHA算法描述47-49
• 5.2 SHA算法的硬件实现框图49-51
• 5.2.1 Hash_wrapper模块49-50
• 5.2.2 Hash_engine模块50-51
• 5.3 功能仿真分析51-53
• 总结与展望53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-58
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文58

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本文编号：927138