目錄 第1章 緒論 1 1.1 密碼芯片 1 1.1.1 密碼芯片的概念 1 1.1.2 密碼芯片的功能 2 1.1.3 密碼芯片的分類(lèi) 3 1.1.4 密碼芯片的作用 3 1.2 密碼芯片發(fā)展概況 4 1.2.1 密碼芯片發(fā)展背景 4 1.2.2 密碼芯片發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.2.3 密碼芯片發(fā)展趨勢(shì) 6 1.3 密碼芯片通用性能指標(biāo) 6 1.3.1 電氣特性 7 1.3.2 時(shí)序特性 8 1.4 密碼處理速度 10 1.4.1 分組密碼算法芯片處理速度 10 1.4.2 序列密碼算法芯片處理速度 13 1.4.3 雜湊算法芯片處理速度 13 1.4.4 非對(duì)稱(chēng)密碼算法芯片處理速度 14 習(xí)題一 15 第2章 密碼芯片設(shè)計(jì)概述 18 2.1 密碼芯片設(shè)計(jì)描述方法 18 2.1.1 數(shù)字系統(tǒng)與密碼芯片 18 2.1.2 數(shù)字系統(tǒng)層次化描述方法 19 2.1.3 數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 20 2.1.4 數(shù)字系統(tǒng)描述方法 22 2.2 密碼芯片總體設(shè)計(jì) 24 2.2.1 密碼模塊與密碼芯片 24 2.2.2 分組密碼算法芯片 25 2.2.3 序列密碼算法芯片 28 2.2.4 雜湊算法芯片 31 2.2.5 RSA算法芯片 32 2.3 密碼芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 2.3.1 基本結(jié)構(gòu) 34 2.3.2 分組密碼算法芯片組成結(jié)構(gòu) 34 2.3.3 序列密碼算法芯片組成結(jié)構(gòu) 36 2.3.4 雜湊算法芯片組成結(jié)構(gòu) 37 2.3.5 RSA算法芯片組成結(jié)構(gòu) 38 2.4 密碼芯片的實(shí)現(xiàn)方式 40 2.4.1 專(zhuān)用集成電路 40 2.4.2 現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列 41 2.4.3 密碼芯片的器件選型 42 習(xí)題二 43 第3章 密碼運(yùn)算單元設(shè)計(jì) 45 3.1 密碼算法基本運(yùn)算單元 45 3.2 邏輯運(yùn)算單元 46 3.2.1 分組密碼中的多位異或操作 46 3.2.2 雜湊算法中的多變量邏輯函數(shù) 47 3.3 反饋移位寄存器單元 48 3.3.1 反饋移位寄存器及相關(guān)操作 48 3.3.2 線性反饋移位寄存器操作單元 49 3.3.3 非線性反饋移位寄存器操作單元 51 3.3.4 鐘控反饋移位寄存器操作單元 52 3.4 加法運(yùn)算單元 55 3.4.1 密碼算法中的加法運(yùn)算 55 3.4.2 加減法運(yùn)算基本電路架構(gòu) 56 3.4.3 連加運(yùn)算 60 3.5 乘法運(yùn)算單元 62 3.5.1 密碼算法中的乘法運(yùn)算 62 3.5.2 陣列乘法單元 63 3.5.3 移位乘法電路 65 3.5.4 模乘運(yùn)算電路 67 3.6 有限域乘法運(yùn)算單元 70 3.6.1 密碼算法中的有限域運(yùn)算 70 3.6.2 有限域乘法運(yùn)算方法 73 3.6.3 有限域乘法運(yùn)算實(shí)現(xiàn)技術(shù) 76 3.7 移位操作單元 80 3.7.1 密碼算法中的移位操作 80 3.7.2 移位操作單元 82 3.8 比特置換單元 85 3.8.1 密碼算法中的比特置換操作 85 3.8.2 比特置換實(shí)現(xiàn)技術(shù) 88 3.9 查表操作單元 91 3.9.1 密碼算法中的查表操作 91 3.9.2 查表操作實(shí)現(xiàn)方式 92 習(xí)題三 96 第4章 存儲(chǔ)單元與互聯(lián)單元 100 4.1 存儲(chǔ)單元 100 4.1.1 基本寄存器的描述與實(shí)現(xiàn) 100 4.1.2 寄存器堆電路 101 4.1.3 移位存儲(chǔ)電路 102 4.1.4 基于RAM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 104 4.1.5 基于FIFO的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路 105 4.2 互聯(lián)單元 110 4.2.1 基本單元 110 4.2.2 總線 112 4.2.3 交叉開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò) 114 習(xí)題四 115 第5章 數(shù)據(jù)路徑設(shè)計(jì) 119 5.1 數(shù)據(jù)路徑的功能作用與設(shè)計(jì)方法 119 5.1.1 數(shù)據(jù)路徑的功能作用 119 5.1.2 數(shù)據(jù)路徑基本組成 119 5.1.3 數(shù)據(jù)路徑設(shè)計(jì)步驟 121 5.2 DES 算法芯片數(shù)據(jù)路徑 122 5.2.1 數(shù)據(jù)路徑構(gòu)成 122 5.2.2 加解密算法數(shù)據(jù)路徑 123 5.2.3 子密鑰生成模塊 129 5.3 Grain-80算法亂數(shù)生成芯片數(shù)據(jù)路徑 134 5.3.1 算法概述 134 5.3.2 總體設(shè)計(jì) 135 5.3.3 Grain-80亂數(shù)生成芯片數(shù)據(jù)路徑 136 5.4 SHA1算法芯片數(shù)據(jù)路徑 141 5.4.1 總體構(gòu)成 141 5.4.2 數(shù)據(jù)路徑電路結(jié)構(gòu) 143 5.4.3 消息預(yù)處理 145 5.5 大整數(shù)乘法電路數(shù)據(jù)路徑 149 5.5.1 大整數(shù)乘法運(yùn)算 149 5.5.2 1024bit乘法單元數(shù)據(jù)路徑 152 習(xí)題五 154 第6章 控制單元設(shè)計(jì) 162 6.1 控制器的概念及設(shè)計(jì)方法 162 6.1.1 密碼芯片控制方式 162 6.1.2 控制器的基本結(jié)構(gòu) 164 6.1.3 控制器分類(lèi)及實(shí)現(xiàn)方式 164 6.1.4 控制器設(shè)計(jì)步驟 166 6.2 簡(jiǎn)單的定制型控制器設(shè)計(jì) 168 6.2.1 基于時(shí)序圖的分析方法 168 6.2.2 移位寄存器型控制器 173 6.2.3 計(jì)數(shù)器型控制器設(shè)計(jì) 176 6.3 狀態(tài)機(jī)型控制器設(shè)計(jì) 184 6.3.1 有限狀態(tài)機(jī)概述 184 6.3.2 密鑰實(shí)時(shí)生成DES算法芯片控制器設(shè)計(jì) 191 6.3.3 Grain-80算法亂數(shù)生成模塊控制器 193 6.3.4 SHA1算法芯片控制器設(shè)計(jì) 199 6.4 微代碼控制器設(shè)計(jì) 213 6.4.1 微代碼控制器概述 213 6.4.2 DES算法芯片控制器設(shè)計(jì) 218 6.4.3 Grain-80算法亂數(shù)生成模塊控制器設(shè)計(jì) 223 習(xí)題六 229 第7章 密碼芯片安全防護(hù) 235 7.1 密碼芯片面臨的安全威脅 235 7.2 安全防護(hù)方法概述 236 7.3 側(cè)信道分析攻擊原理分析 239 7.3.1 能量分析攻擊 239 7.3.2 電磁輻射分析攻擊 243 7.3.3 計(jì)時(shí)分析攻擊 243 7.4 抗能量/電磁分析防護(hù)技術(shù) 244 7.4.1 算法級(jí)防護(hù)技術(shù) 245 7.4.2 系統(tǒng)級(jí)防護(hù)技術(shù) 246 7.4.3 電路級(jí)防護(hù)技術(shù) 246 7.4.4 DES算法掩碼實(shí)現(xiàn) 247 7.5 抗計(jì)時(shí)分析防護(hù)技術(shù) 250 7.5.1 時(shí)間維度防護(hù) 250 7.5.2 空間維度防護(hù) 252 7.6 故障注入攻擊與防護(hù)技術(shù) 252 7.6.1 故障注入攻擊 252 7.6.2 抗故障注入攻擊與防護(hù)技術(shù) 254 習(xí)題七 256 參考文獻(xiàn) 258