密码芯片安全升级保护机制静态部分的设计及实现

论文摘要

随着计算机网络技术的飞速发展及广泛应用,信息安全技术愈来愈受到人们的重视,并且逐步在网络技术的发展及应用中扮演着备受关注的角色。由于信息安全技术的支撑点是现代密码技术,而现代密码技术的核心是各种密码算法,因此,专用密码算法芯片在信息安全技术中起着至关重要的作用,信息安全技术发展到今天也被称为已经进入了芯片密码年代。当今国内密码芯片的制作方式,主要是采用制作成ASIC 的形式或者利用特种FPGA(反熔丝型FPGA)的形式。这两种形式普遍存在着一个问题,就是一旦针对某种密码算法的密码芯片制作完成,其算法功能在同一块芯片上都是不可再更改的。这样,如果为了安全的需要而要求更改密码算法时就只有抛弃原先的芯片而重新开发新的密码芯片,这就需要较大的开发成本和一定的开发周期。针对上述情况,一种密码算法安全升级保护机制[1] 在国内首次从理论上提出了一种解决方法并且获得了国家专利(专利号:2003101041.6),利用此机制可以方便灵活的安全升级密码芯片而又可以降低开发成本。本文就是在这一机制的理论基础之上,对其中的静态保护部分进行进一步的研究,提出了具体的设计和硬件实现方案。本文在介绍了安全保护机制的设计构架的基础上,主要对其中的静态保护部分的设计及硬件实现进行详细的介绍。其中,详细介绍了静态保护机制的设计思路及工作流程。根据静态保护机制的设计思想,整个静态保护部分大致又可以划分为参数检验部分、口令验证部分、摘要验证部分、摘要算法功能部分以及控制部分等五个部分。文中详细介绍了各个部分的工作原理、工作流程及硬件实现规划,并且利用VHDL硬件描述语言对各个部分进行了描述实现。最后利用ModelSim仿真工具对静态保护模块的各个功能子模块进行了功能仿真测试,同时在文中提供了一些仿真验证波形,并且对测试结果进行了分析。上述一系列的工作,一方面验证了本设计的可行性,同时也是对密码芯片安全升级保护机制这一技术的实用化所做出的有意义的探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 课题的提出
• 1.3 本文主要解决的问题及结构安排
• 第二章 密码芯片的安全升级保护机制
• 2.1 保护机制中密码芯片的结构
• 2.2 安全保护机制的工作流程
• 2.3 安全保护机制在密码芯片升级中的应用
• 2.4 本章小结
• 第三章 静态保护机制的设计方案
• 3.1 静态保护机制的保护流程
• 3.2 静态保护机制的安全级别
• 3.3 静态保护机制的报警级别
• 3.4 静态保护机制的口令认证
• 3.4.1 口令认证的流程
• 3.4.2 用户口令表的构建
• 3.5 静态保护机制的摘要认证
• 3.5.1 摘要认证的工作流程
• 3.5.2 密码算法的预处理
• 3.6 静态保护模块和系统中其他模块的联系
• 3.6 本章小结
• 第四章 摘要功能模块的设计
• 4.1 MD5 算法原理简介
• 4.2 MD5 摘要功能模块的设计
• 4.2.1 功能模块的系统结构
• 4.2.2 运算模块的电路结构
• 4.3 本章小结
• 第五章 静态保护机制的硬件实现
• 5.1 硬件设计背景知识
• 5.2 静态保护功能模块的顶层接口及内部规划
• 5.3 功能子模块的规划及功能仿真
• 5.3.1 参数检验模块的规划及功能仿真
• 5.3.2 口令验证模块的规划及功能仿真
• 5.3.3 摘要验证模块的规划及功能仿真
• 5.3.4 摘要功能模块的规划及功能仿真
• 5.3.5 控制功能模块的规划及功能仿真
• 5.4 静态保护模块的整体功能仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历