论文部分内容阅读
近年来,随着人工智能技术的发展,以及5G技术的大规模商用化,物联网行业得到了飞速发展,我国的物联网发展水平也处于世界领先水平。然而物联网市场的信息安全隐患也随着市场的增长变得越来越严重。因此,发展物联网信息安全的迫切性,使得物联网信息安全的ASIC芯片的研发在物联网市场增长的过程中变得尤为重要。目前存量的加密算法包括国际的AES/RSA/SHA等,以及国内的SM2/SM3/SM4算法;同时,很多学者及工程师针对安全算法的优化和实现方式做了大量的工作。但是,在实际的应用中根据应用场景安全级别及性质的不同,则对算法的需求不同。为了能够兼容国际加密算法和国密加密算法,本文是在设计一款同时支持国际加密算法和国密加密算法的物联网信息安全芯片中提炼出的,主要就哈希算法兼容国际加密算法和国密算法进行研究和实现。现存国际哈希算法的种类有很多,结合项目的实际需求及哈希算法的发展,国际哈希算法本文采用SHA256和国密算法采用SM3作为本文的研究与设计内容,SHA256的运用最为广泛,研究使用相对较为成熟;SM3加密算法由中国国家密码局提出,其算法在硬件实现方面还存在着优化空间;基于上述,本文的主要工作包括SHA256/SM3算法的软硬件协同设计。同时,UVM验证技术现已经广泛的运用于So C设计;本文基于SHA256/SM3算法的IP级验证搭建了UVM验证平台,用于验证SHA256/SM3算法的RTL实现在功能是否与纯软件实现是否一致,同时基于smart L平台完成系统级测试和FPGA原型机验证。首先,通过软件来实现SHA256/SM3算法,同时搭建UVM验证平台,并使用软件实现的SHA256/SM3算法作为验证平台的参考模型,然后对SM3算法进行优化,其优化指标为使寄存器的数量减少为原来的1/3,性能提升28.9%,再将SHA256算法以及优化后的SM3算法进行RTL实现,最后通过AHB总线接口将SHA256/SM3算法电路与CPU进行连接,最终形成一块So C。设计完成后,先是用UVM完成算法的IP级验证,从UVM的scoreboard可以观察到数据通过DUT和参考模型得到的结果是一致的,然后分析了UVM平台的覆盖率,可以观察到随着测试案例的增加,功能覆盖率和代码覆盖率逐渐趋于100%。再在VCS下完成系统及仿真,其结果均能达到设计预期,最后在平头哥提供的FMX7A开发板上完成FPGA验证,验证了原型机验证完全符合设计要求。综上所述,该设计方案完全满足物联网信息完全的需求。