一种高速低功耗的安全SD卡的通讯方法技术

一种高速低功耗的安全SD卡的通讯方法，通过SPI接口，对应连接主控芯片与安全芯片；对应连接主控芯片与存储芯片；定义基于所述SPI接口的所述主控芯片与安全芯片之间的命令及响应格式；定义基于所述命令及响应格式的所述主控芯片与安全芯片之间的信息交互方式，实现高速加解密的同时，在安全芯片不工作时切断其电源，避免静态功耗。为了减少动态功耗，本发明专利技术还在每次任务完成后，将安全芯片的片内时钟停掉；在后一任务开始前，再利用唤醒信号来激活该时钟，从而继续工作。对于安全芯片内与所执行任务不相关的模块，将关闭该模块的系统时钟。对于没有性能要求的任务，降低系统频率；而对于性能要求高的任务，提高系统频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子设备终端的外扩存储载体的通讯方法，特别涉及一种用于个 人计算终端的可以做身份认证和数据加解密的安全SD卡(安全数码卡)的通讯方法。
技术介绍
随着半导体技术和信息技术的不断发展，人们的日常工作生活越来越依赖互联 网，而开放型的互联网协议和脆软的PC桌面操作系统使得信息安全问题成为互联网应用 进步的主要障碍。尽管有各种各样的杀毒软件和安全工具，但这些安全软件主要也是基于 PC计算技术的，安全保护存在限制。因此，像网络银行这样安全性要求极高的应用，人们会借助USBKey等安全硬件设 备来登入和操作。USBKey主要用来存储数字证书，并在USBKey内部进行签名认证；同时 USBKey的密钥永远不能导出，这样保证了通信交互的安全性。近几年随着3G的发展，移动互联网迅速兴起，越来越多的人使用智能手机或PAD (平板电脑)等，通过3G或WIFI进入移动互联网。于是人们通过该些移动设备进行在线交 易时，自然也需要类似于USBKey的安全硬件。然而，现有的智能手机和PAD其一般仅设置 有SD接口，可以外扩TF卡，但很少能使用USBKey。因此很难将USBKey直接应用于移动设 备。所谓的安全数码卡(以下简称安全SD卡)，或mini SD卡、MicroSD卡(TF卡)，就是 在普通SD存储卡的基础上增加安全功能，主要体现在密钥产生、存储和管理，数字签名认 证、数据加解密等。现有一种安全SD卡的实现结构中，在SD卡的主控芯片上集成所述安全功能，其封 装简单、芯片工作效率高。但是，需要使用eflash工艺制造所述主控芯片，成本较高。而且， 为了跟进不断发展的NandFlash工艺，该主控芯片上的NandFlash接口也需要不断地更新； 而固件的频繁更新对SD卡的安全性会有一定影响。现在还有一种分离式的安全SD卡，其将SD卡的主控芯片与一安全芯片封装在一 起，通过专门的接口进行通信。由于，主控芯片及安全芯片是相互分离的，封装相对复杂，且 对如加解密等一些安全功能的实现会受到一定限制。但是安全芯片相对独立，可专注于安 全COS部分的实现；不需要因为SD接口兼容性和Nandflash兼容性等问题而经常更新固件 甚至硬件，因而分离式安全SD卡的安全性更好。然而，目前市场上已有的分离式安全SD卡，主要采用IS07816等低速接口作为SD 卡的主控芯片与安全芯片的接口通道，无法实现高速的加解密功能，很难满足像警务、电子 政务等对加密性能要求更高的应用。同时，使用该类安全芯片的功耗(静态功耗和工作功 耗)比较高，对于移动终端来说是严重的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高速低功耗的安全SD卡的通讯方法，对分离式的安全SD卡中主控芯片与安全芯片基于SPI接口的通讯方法进行优化，以提升其加解密性能；同 时通过功耗优化方案，有效降低安全SD卡的静态及动态功耗，使其可更好地适用于移动终 端设备。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供一种高速低功耗的安全SD卡的通 讯方法，包含以下步骤步骤1、通过SPI接口，对应连接主控芯片与安全芯片； 步骤2、对应连接主控芯片与存储芯片；步骤3、定义基于所述SPI接口的所述主控芯片与安全芯片之间的命令及响应格式； 步骤4、定义基于所述命令及响应格式的所述主控芯片与安全芯片之间的信息交互方式。步骤1中，所述SPI接口分别通过主机输出/从机输入数据线MOSI，主机输入/从 机输出数据线MIS0，串行时钟线SCK，以及从机选择线SS，来对应连接作为主机的所述主控 芯片与作为从机的所述安全芯片；步骤2中，所述存储芯片(30)是Nandflash存储芯片，其 通过Nandflash接口(31)与所述主控芯片(10)连接。所述高速低功耗的安全SD卡的通讯方法，还包含步骤5 通过一电源输出线PWR，将所述主控芯片与所述安全芯片的工作电源端VDDH对应连接；与外部电源连接的所述主控芯片，通过所述电源输出线PWR向所述安全芯片提供工作 电源，并在所述安全芯片不工作时切断其电源，以避免静态功耗。所述高速低功耗的安全SD卡的通讯方法，还包含步骤6 通过一唤醒输出线Wakeup，将所述主控芯片与所述安全芯片的复位端RST连接； 在每个任务执行完成后，安全芯片的系统时钟被禁止；而在下一个任务开始之前，所述 主控芯片发送唤醒信号来激活该安全芯片的系统时钟；当时钟稳定以后再开始该新任务的 命令交互。步骤3中，所述命令格式包含命令头CMD，命令头部分异或校验码M)R，任意数据Muff，命令数据DATA，以及数据部 分异或校验码XOR ；根据不同的任务需要，可依序选择其中的一些部分构成所述命令；所述命令头CMD还依次包含有指令种类CLA，指令码INS，指令参数Pl和P2，以及后续 发送的数据长度LC或期望返回的数据长度Le ；其中所述后续发送的数据长度LC指所述命 令数据DATA的长度。所述响应格式，包含返回数据头HEAD，返回数据DATA，状态字STATUS，数据部分和状态部分异或值M)R，以 及根据不同安全芯片选择设定的若干无效数字XX ；根据不同的任务需要，可依序选择其中的一些部分构成所述响应；所述期望返回的数 据长度Le指所述返回数据DATA的长度。步骤4中，所述主控芯片与安全芯片通过第一交互任务通信，包含所述主控芯片 向安全芯片发送状态反馈的命令，安全芯片响应并向主控芯片返回其状态值。步骤4中，所述主控芯片与安全芯片通过第二交互任务通信，包含所述主控芯片 向安全芯片发送读操作的命令，安全芯片响应并向主控芯片返回其数据值和状态值。步骤4中，所述主控芯片与安全芯片通过第三交互任务通信，包含所述主控芯片 向安全芯片发送写操作的命令，该命令包含需要写入的数据值；所述安全芯片响应该命令 并向主控芯片返回其状态值。步骤4中，所述主控芯片与安全芯片通过第四交互任务通信，包含第一阶段，由所述主控芯片以所述第一交互任务方式，告知安全芯片进入加解密操作 模式；第二阶段，主控芯片将待加密或解密处理的上层数据，分成每组长度相同的若干数据 组，并连续发送至安全芯片；所述安全芯片接收并对每组数据做加解密处理后回传给主控 芯片，再接收和处理下一组数据；加解密后回传的数据，包含有返回数据头HEAD，返回数据DATA和若干无效数字XX。第三阶段，所述主控芯片再以所述第一交互任务方式，告知安全芯片解除加解密 操作模式。本专利技术所述高速低功耗的安全SD卡的通讯方法，其优点在于相比现有普通的安 全SD卡使用的IS07816接口、UART或IIC等低速接口，本专利技术提供的安全SD卡，对连接相 分离的主控芯片与安全芯片的高速SPI接口设计了合理有效的命令及响应格式，以及与之 配合的四种通讯方式，可实现高速的加解密，并可以将密码算法性能提升5倍以上。对于功耗优化，普通的安全SD卡通常是在安全芯片不工作时进入休眠，工作时候 通过中断唤醒，优化级别很低。与之相比，本专利技术通过下述优化，在工作时的平均电流可以 下降40%以上。首先，本专利技术在安全芯片不工作时切断其电源，因而完全没有静态功耗。同时，本专利技术在包含IDLE状态和执行状态的工作过程中，在每次命令交互完成 后，将安全芯片的片内时钟停掉；在后一任务开始前，再利用主控芯片提供的唤醒信号来使 能安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种高速低功耗的安全ＳＤ卡的通讯方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤１、通过ＳＰＩ接口（２１），对应连接主控芯片（１０）与安全芯片（２０）；步骤２、对应连接主控芯片（１０）与存储芯片（３０）；步骤３、定义基于所述ＳＰＩ接口（１０）的所述主控芯片（１０）与安全芯片（２０）之间的命令及响应格式；步骤４、定义基于所述命令及响应格式的所述主控芯片（１０）与安全芯片（２０）之间的信息交互方式。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周玉洁，陈诚，朱念好，
申请(专利权)人：上海爱信诺航芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31