信息技术革命将人类带入了数字时代,数字技术让数据应用场景和参与的主体日益多样化,而网络的开放性导致的数据安全问题越发严重。最近几年,数据泄露的年总量几乎呈指数级增长,其影响范围覆盖个人、企业和国家,安全隐患非常突出。保证数据信息不被泄露已经成为各方都不可忽视的问题。去年两会,十四五规划和2035年远景规划目标中把发展与安全列为纲要。数字化建设是重中之重,数据安全问题成为支撑数字化发展的基础安全保障之一。同年9月1日,《中华人民共和国数据安全法》正式通过并实施,该法是目前我国数据安全管理的基本法,起到指明方向的作用,也展示了我国保证数据安全的决心。有许多有效的方法可以解决数据安全问题,其中最常用,也是最基本的方法是对数据信息进行加密,该方法可以显著的增强信息的安全性。密码学是数据加密技术的基础,其研究内容涉及信息论原理、计算机科学和数学。现代密码学相比于以往应用更广泛,可以用于信息的验证与鉴别、信息的完整性分析等目的。自二十世纪末起源以来,现代密码学领域有诸多有效的算法可以解决数据的加密问题,但这些算法无一例外的是,算法复杂且计算量大。这些特点对于云计算来说不算问题,但物联网设备由于功耗的限制,处理器主频不会很高,而体积限制则导致了存储空间不足以存储和运行代码量比较大的程序,整套系统不会有太高的性能,很难快速的完成复杂计算。本文面向物联网终端设备的数据加密需求,参照RISC-V最新的密码学扩展指令集K,设计并实现了一款RISC-V架构、支持K扩展指令集的SoC——MQ0891。具体工作内容如下:1)完成SoC的前端设计。完成所有新指令的硬件设计,将其整合为加解密执行单元,并集成到执行模块中,新增SoC对加解密指令的支持。2)完成软件参考模型和测试用例的设计。使用软件构建位操作指令函数,通过给定输入参数获得执行输出,作为位操作指令验证时的参考值;为了验证加解密指令,对每一个算法分别设计了若干测试用例。3)完成新SoC对加解密指令支持的验证。使用2)中设计的测试用例,对新的SoC进行加解密算法测试,并获得正确结果。使用2)中的参考模型生成参考值,对位操作指令进行仿真测试,并获得与参考值相同的输出,保证了 SoC功能正确。该SoC使用特定的指令,对几个流行的加解密算法中的关键计算过程和经常使用的操作进行硬件加速,提高这些算法在边缘计算终端的计算速度,同时降低代码体积,更好地适应物联网设备存储能力有限的特点。相比于其他通用的嵌入式处理器,MQ0891能够快速完成数据的加解密操作,且芯片面积小、功耗低、外设资源多,非常适合嵌入式领域和物联网终端使用。