应用于近场通信安全单元的ECC协处理器设计

摘要

近10多年互联网支付技术的蓬勃发展，考虑到支付安全和国际发展趋势，银联将联合移动运营商制定NFC（Near Field Communication,近场通信）统一标准，确立了NFC技术作为移动支付的战略支柱地位。目前，支持NFC功能的产品已经成为移动支付的主要载体，而其中NFC支付的安全性问题是其关键所在。椭圆曲线密码体制(ECC，Elliptic Curve Cryptosystems)由于具有高性能、高安全和低资源等优点，成为移动支付领域安全的研究热点。
　　首先，本文提出一款适用性广、折中面积与速度，具有一定抗攻击性的ECC安全算法协处理器。针对近场通信安全单元的应用环境的特点，给出了基于MIPS架构的安全单元片上系统(SoC，System on Chip)实现方案。
　　其次，通过结合分析椭圆曲线基础理论知识，从安全性和适用性的角度提出了改进的Montgomery算法。在折中考虑算法的资源消耗和运算时效的基础上，给出了ECC素数域点乘公式；通过插入模糊运算，使算法公式模块化，具有一定的抗攻击性。
　　最后，本文系统的阐述了整个ECC协处理器的实现流程，提出并设计了兼备模加和模减运算的逻辑运算模块；通过复用寄存器组上层搭建形成串行流水结构完成模乘和模除运算，加之运算模块的通用性，使之能够支持不同密钥长度的加密运算。并在基于素数域FP-256的基础上，给出了整个协处理器的仿真，综合，Layout以及FPGA验证，在UMC0.13um工艺下的面积为0.88mm2，工作频率最高为172.41MHz，其功耗则为12.8868uW。

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1 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 智能卡和NFC技术中ECC的研究及应用现状

1.3 论文主要内容和结构安排

2 NFC系统与ECC算法基础

2.1 NFC系统

2.2 ECC算法基础

2.3 标量乘算法

3 抗功耗攻击的算法优化

3.1 抗SPA攻击算法

3.2 抗DPA攻击算法

4 ECC协处理器架构设计及电路实现

4.1 Wishbone总线以及ECC从机接口设计

4.2 模逻辑运算模块

4.3 协处理器指令控制器设计

5 仿真验证

5.1 协处理器仿真

5.2 协处理器综合

5.3 FPGA系统验证

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献