UHF RFID低功耗安全加密算法数字设计

摘要

当前,射频识别(RFID, radio frequency identification)系统由于其方便、便宜的特点,发展迅速。与低频或高频标签相比,超高频标签具有较远的读写距离。这种独特优势使其成为热点。然而,远距离的读写会带来安全问题,信息数据容易被窃听。
　　本文基于EPC C1 G2协议,设计带有Grain加密算法的超高频无源标签数字基带。
　　首先,本文介绍RFID系统的背景、现状、加密算法的背景及加密算法在RFID方面的应用。在分析Grain加密算法的结构、安全性后,本文选择Grain算法进行数据保护。之后,本文详细解析EPC C1 G2协议内容,并引入Grain加密算法、存储器初始化等自定义功能。
　　然后,本文将设计中使用的低功耗、低面积设计方法进行说明。以寄存器的功能为依据,划分模块,使用Verilog HDL语言编写标签数字基带。本文详细记录设计中每个寄存器的时钟及其功能,并在复杂的组合逻辑处加以说明。
　　完成代码后,本文对代码进行前仿真和FPGA验证,保证代码功能正确、结构可行,并估计出标签在综合后的面积及功耗。未经布局布线时,在0.18um工艺1.62v电压的条件下,DC仿真的峰值功耗为11.2μw,单元面积为0.039mm2,总面积为0.35mm2,具有较低功耗和较小的面积。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 超高频RFID的背景、现状

1.2 加密算法背景

1.3 论文主要工作

第二章 Grain加密算法原理及安全性

2.1 Grain算法原理

2.2 攻击方法

2.3 Grain算法加入位置

2.4 本章小结

第三章 EPC C1 G2协议

3.1 运行流程

3.2 存储空间

3.3 防冲突过程

3.4 主要状态

3.5 参数长度

3.6 具体指令分析

3.7 小结

第四章 低功耗设计方法

4.1 多时钟

4.2 行波计数器（ripple counter）

4.3 采用独热码（one hot）

4.4 门控时钟（clock gating）

4.5 功能复用

4.6 减少冗余存储信息

4.7 锁存器（latch）

4.8 简化组合逻辑

4.9 小结

第五章 数字基带设计

5.1 总体功能

5.2 存储器

5.3 指令选择

5.4 主时钟频率

5.5 回复的错误码

5.6 接口

5.7 模块设计

5.8 小结

第六章 仿真、FPGA综合

6.1 Grain加密算法仿真

6.2 指令仿真

6.3 代码覆盖率（coverage）

6.4 FPGA综合

6.5 DC综合

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录