基于Verilog语言实现的北斗二代导航电文抗欺骗硬件平台制造技术

本发明专利技术公开了一种基于国密由Verilog语言编写的北斗二代导航电文抗欺骗FPGA硬件平台。目前大多数SM2，SM3，SM4等国产密码均是基于OpenSSL库由C语言软件仿真完成，在硬件方面仍然缺乏相关开发。本发明专利技术将SM2，SM3，SM4国产密码算法利用Verilog语言在FPGA芯片Virtex4，Virtex5上实现，通过ISE和ModelSim进行联合仿真实验，完成北斗二代电文实现硬件签名认证方案。本发明专利技术在硬件设计上具有较大创新，使用BlockRAM，嵌入式微处理器完成SM2椭圆曲线数字签名算法中最为核心的点乘，模乘部分。本发明专利技术可提供较高的数据机密性和安全级别，适合用作长期保护。本发明专利技术对导航电文的关键帧进行硬件层面的加密认证，能有效抵抗生成式欺骗、转发式欺骗等攻击方法，具有高检测率，低误判率的特点。

Beidou Second Generation Navigation Message Anti-deception Hardware Platform Based on Verilog Language

The invention discloses a hardware platform of Beidou second generation navigation message anti-deception FPGA based on state secret and written by Verilog language. At present, most domestic passwords such as SM2, SM3, SM4 are based on OpenSSL library, which is simulated by C language software. There is still a lack of related hardware development. The method realizes the domestic cipher algorithms of SM2, SM3 and SM4 in Verilog language on the chip Virtex 4 and Virtex 5 of FPGA, and completes the hardware signature authentication scheme of Beidou second-generation message through the joint simulation experiments of ISE and ModelSim. The invention has great innovation in hardware design, and uses BlockRAM and embedded microprocessor to complete the point multiplication and modular multiplication which are the core parts of SM2 elliptic curve digital signature algorithm. The invention can provide high data confidentiality and security level, and is suitable for long-term protection. The key frames of navigation messages are encrypted and authenticated at hardware level, which can effectively resist attack methods such as generative deception and forwarding deception, and has the characteristics of high detection rate and low error rate.

【技术实现步骤摘要】
基于Verilog语言实现的北斗二代导航电文抗欺骗硬件平台
本专利技术涉及信息安全
，是一种基于FPGA芯片，利用Verilog语言编程实现的北斗二代导航电文抗欺骗硬件平台。
技术介绍
目前，全球卫星导航系统使用广泛，导航信息的安全问题也越来越被重视。我国在北斗卫星导航系统信息抗欺骗方面缺乏研究，可以伪造或篡改北斗卫星信号，使定位信息出现偏差。北斗二代卫星导航系统的导航电文帧结构中留有预留信息位，可以填充认证信息。这为本专利技术方案实现提供了基础。国际上，大多使用ECDSA，即椭圆曲线数字签名算法，来设计认证方案。目前，我国自主研发了国产密码算法，且已经成了国家标准，但鲜有认证方案使用国产密码算法。因此，本专利技术方案使用国产密码算法进行加密认证北斗卫星导航信息，具有较高的安全性，避免使用国外密码算法而导致“后门事件”。SM2是国家密码管理局于2010年12月17日发布的椭圆曲线的非对称公钥密码算法。SM2数字签名较应用较广的RSA数字签名算法的性能更优，更安全，其密码复杂度更高、处理速度更快、机器性能消耗更小。RSA和SM2算法的主要特征情况如表1所示表1RSA和SM2算法的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA芯片实现的北斗二代导航电文抗欺骗的硬件实现平台，其特征在于搭建硬件平台，基于ISE&ModelSim联合仿真，通过硬件进行数字签名认证。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA芯片实现的北斗二代导航电文抗欺骗的硬件实现平台，其特征在于搭建硬件平台，基于ISE&ModelSim联合仿真，通过硬件进行数字签名认证。2.根据权利要求1所述的，其特征在于使用国产密码SM2，SM3和SM4，其中SM2数字签名算法的硬件实现为本发明中最为核心的部分，此外，本发明利用Verilog语言编写仿真程序，完成对SM2数字签名算法、SM3密码杂凑算法和SM4对称加密算法的程序编写。3.根据权利要求2所述的，其特征在于利用SM2中最关键组件的架构-有限域GF(p)，实现椭圆曲线运算和模块化运算，本发明利用Virtex5XC5VLX110-1FFG1153I设计了一种SM2椭圆曲线算法处理器，运用BlockRAM和乘法器HIP(硬IP)等模块来解决点乘，模乘的运算问题。4.根据权利要求3所述的，其特征在于为实现SM2椭圆曲线算法的点乘部分，本发明设计了一个能够有效处理计算MMs和MASs数据列表这两个操作的处理器，此处理器可以区分两个存储块，MM和MAS单元，控制单元，通信单元和一些额外的寄存器。5.根据权利要求3所述的，其特征在于为实现SM2椭圆曲线算法的模乘部分，本发明在ISE软件的硬件设计上还使用了8个额外的寄存器，其中两个寄存器是PC和IR，两个操作数寄存器X和Y是计算过程中引入的数学...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志军，罗煊，陈日章，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12