用于无线传感网络SOC芯片的安全系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于无线传感网络SOC芯片的安全系统，所述安全系统包括寄存器管理单元、状态机单元以及加解密单元，其中：寄存器管理单元根据AHB从机接口信号配置安全加密模块的寄存器组并读写控制命令寄存器、状态寄存器以及加解密等所需信息数据寄存器，实现对安全系统的控制；加解密单元包括数据加密单元、数据解密单元以及密钥扩展单元三个部分；状态机单元包括数据读写单元、密钥管理单元以及数据流处理单元，状态机单元根据AHB主机接口信号和寄存器写入的控制命令，实现对AHB总线地址数据的读写。本发明专利技术采用硬件电路的方式对数据流进行搬迁、加解密和存储，缩短了数据流加解密所需的时间，为系统更高效的运行提供保障。

【技术实现步骤摘要】
用于无线传感网络SOC芯片的安全系统
本专利技术涉及无线传感器
，具体涉及一种用于无线传感网络SOC芯片的安全系统。
技术介绍
对于无线传感器网络，安全引导可以说是最重要、最复杂，而且也是最富有挑战性的内容，因为无线传感器网络面临资源受限的约束，使得传统的安全引导方法不能直接应用于无线传感器网络中。而安全维护主要研究通信中的密钥更新，以及网络变更引起的安全变更。通信保密性包括：组密钥保密，后向保密，前向保密，密钥独立，隐含密钥认证，显示密钥认证，完善前向保密，抵抗已知密钥攻击等。上述问题在各个层次中都应该充分研究和重视，只是各自的侧重点不大相同。物理层主要考虑安全编码方面；链路层和网络层的保密性考虑的是数据帧和路由信息的加解密技术；而应用层则侧重在密钥的管理和交换过程，为下层的加解密提供安全支持。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种用于无线传感网络SOC芯片的安全系统，其能够为无线传感网络中的SOC芯片提供系统化的安全保护，半酣了数据加解密、数据流处理和密钥管理等保护功能。为了解决现有技术中的这些问题，本专利技术提供的技术方案是：一种用于无线传感网络SOC芯片的安全系统，安全系统挂载在无线传感网络的AHB总线上，安全系统接收AHB主机接口信号和AHB从机接口信号并完成与AHB总线间的控制命令和数据的传输，所述安全系统包括寄存器管理单元、状态机单元以及加解密单元，其中：寄存器管理单元根据AHB从机接口信号配置安全加密模块的寄存器组并读写控制命令寄存器、状态寄存器以及加解密等所需信息数据寄存器，实现对安全系统的控制；加解密单元包括数据加密单元、数据解密单元以及密钥扩展单元三个部分；状态机单元包括数据读写单元、密钥管理单元以及数据流处理单元，状态机单元根据AHB主机接口信号和寄存器写入的控制命令，实现对AHB总线地址数据的读写。作为优化，所述安全系统还包括身份认证单元，所述身份认证单元中的身份信息发送至寄存器管理单元，实现身份验证。相对于现有技术中的方案，本专利技术的优点是：本专利技术所描述的用于无线传感网络SOC芯片的安全系统，采用硬件电路的方式对数据流进行搬迁、加解密和存储，缩短了数据流加解密所需的时间，为系统更高效的运行提供保障。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术实施例中安全系统的框架示意图；图2为本专利技术实施例中加解密单元的工作状态图；图3为本专利技术实施例中加解密单元的密钥扩展过程示意图；图4为本专利技术实施例中加解密单元的加密过程示意图；图5为本专利技术实施例中加解密单元的解密过程示意图；图6为本专利技术实施例中RC5分组算法加密结构示意图；图7为本专利技术实施例中RC5分组解密加密结构示意图；图8为本专利技术实施例中加解密单元的接口信号示意图；具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例：本实施例描述了一种用于无线传感网络SOC芯片的安全系统，其结构如图1所示，安全系统挂载在无线传感网络的AHB总线上，安全系统接收AHB主机接口信号和AHB从机接口信号并完成与AHB总线间的控制命令和数据的传输，所述安全系统包括寄存器管理单元、状态机单元以及加解密单元，其中：寄存器管理单元根据AHB从机接口信号配置安全加密模块的寄存器组并读写控制命令寄存器、状态寄存器以及加解密等所需信息数据寄存器，实现对安全系统的控制；加解密单元包括数据加密单元、数据解密单元以及密钥扩展单元三个部分；状态机单元包括数据读写单元、密钥管理单元以及数据流处理单元，状态机单元根据AHB主机接口信号和寄存器写入的控制命令，实现对AHB总线地址数据的读写。所述安全系统还包括身份认证单元，所述身份认证单元中的身份信息发送至寄存器管理单元，实现身份验证。加解密单元作为安全加密模块的核心功能模块，设计采用了RC5-32/12/16算法，能够实现密钥扩展、数据加密和数据解密。加解密单元的接口信号设计如图8所示信号如下所列，具体如下：Clk，rst信号：加解密单元的时钟输入信号和复位信号，与整个模块的全局时钟信号和复位信号同步；Wr信号：加解密单元写使能信号；Order[7:0]：单次数据加密时，用于写入加解密控制命令；AHB_order[7:0]，AHB_on:信号用于数据流加解密，其中AHB_order信号用于写入数据流加解密控制信号；AHB_on用于表示加解密单元处于数据流工作状态；Key[31:0]：密钥输入信号；addr_k[1:0]：密钥地址输出信号，根据该信号决定Key[31:0]信号的输入；pt0[31:0],pt1[31:0]：数据输入信号；free：加解密单元空闲信号；intr：加解密中断信号；ct0[31:0],ct1[31:0]：数据输出信号。加解密单元可以分成如图2所示的5个工作状态：密钥扩展：当order=1时，加解密单元处于密钥扩展状态。每次密钥跟新之后，都要进行密钥扩展处理。如果采用固定的密钥，则只要进行一次的密钥扩展，之后跳过这一状态，循环输入待加密或者解密的数据；数据输入：当order=0时，加解密单元处于数据输入状态。pt0和pt1信号端输入两个32比特的数据，作为待加密或者解密的数据；加密：当order=2时，加解密单元处于数据加密状态；解密：当order=3时，加解密单元处于数据解密状态；数据输出：在数据的加密或者解密状态之后，加解密单元进入数据输出状态，将加解密的结果数据输出到ct0，和ct1信号端。采用由RSA公司设计的参数可变的分组加密算法RC5，是因为RC5算法只采用了常见的初等计算操作（异或，加法，减法，循环移位），一方面，它非常的便于硬件实现，另一方面，由于算法的简单，它的运算速度非常快。密钥扩展设计：根据RC5加密算法，定义了寄存器数组L[]和S[]用于密钥的扩展运算。密钥扩展过程如图3所示，S，L扩展经过t=2r+2=2*12+2=26次循环后，S[]、L[]数组为扩展后的使用的密钥数组。S[]用于子密钥的初始化，是一个大小为t=26的32比特数组。按照RC5算法循环计算出S[]的值。L[]用于转换密钥，是一个大小为c=b*8/w=16*8/32=4的32比特数组。根据加解密单元输出的密钥地址addr_k，状态机单元会返回一个32比特的密钥到加解密单元的密钥输入端Key[31:0]。通过在每次写入一个密钥后递增addr_k数值，从而将新输入的密钥Key[31:0]写入密钥寄存器组L[]，完成L[]的初始化。混合寄存器数据L[]和S[]的值，从而完成密钥的扩展。加密设计：根据RC5算法，定义了32位寄存器A和B，用于存储加密时的临时数据。加密过程如图4所示，寄存器A和寄存器B值的更新算法在RC5算法加密过程中给出，在每个时钟周期内可以完成一次寄存器A或者寄存器B的值的更新。经过r=12次循环，寄存器A和寄存器B中的值就是加密所得的密文数据。RC5分组算法加密结构如图6所示。解密设计：同样根据RC5算法设计的解密过程，使用寄存器A和寄存器B作为解密过程中临时数据存放寄存器。解密过程如图5所示，此时寄存器A和寄存器B值的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无线传感网络SOC芯片的安全系统，其特征在于，安全系统挂载在无线传感网络的AHB总线上，安全系统接收AHB主机接口信号和AHB从机接口信号并完成与AHB总线间的控制命令和数据的传输，所述安全系统包括寄存器管理单元、状态机单元以及加解密单元，其中：寄存器管理单元根据AHB从机接口信号配置安全加密模块的寄存器组并读写控制命令寄存器、状态寄存器以及加解密等所需信息数据寄存器，实现对安全系统的控制；加解密单元包括数据加密单元、数据解密单元以及密钥扩展单元三个部分；状态机单元包括数据读写单元、密钥管理单元以及数据流处理单元，状态机单元根据AHB主机接口信号和寄存器写入的控制命令，实现对AHB总线地址数据的读写。

【技术特征摘要】
1.一种用于无线传感网络SOC芯片的安全系统，其特征在于，安全系统挂载在无线传感网络的AHB总线上，安全系统接收AHB主机接口信号和AHB从机接口信号并完成与AHB总线间的控制命令和数据的传输，所述安全系统包括寄存器管理单元、状态机单元以及加解密单元，其中：寄存器管理单元根据AHB从机接口信号配置安全加密模块的寄存器组并读写控制命令寄存器、状态寄存器及加解密所需信息数据寄存器，实现对安全系统的控制；状态机单元包括数据读写单元、密钥管理单元以及数据流处理单元，状态机单元根据AHB主机接口信号和寄存器写入的控制命令，实现对AHB总线地址数据的读写；加解密单元包括数据加密单元、数据解密单元以及密钥扩展单元；所述加解密单元的接口信号包括：Clk，rst信号：加解密单元的时钟输入信号和复位信号，与整个模块的全局时钟信号和复位信号同步；Wr信号：加解密单元写使能信号；Order[7:0]：单次数据加密时，用于写入加解密控制命令；AHB_order[7:0]，AHB_on:信号用于数据流加解密，其中AHB_order信号用于写入数据流加解密控制信号；AHB_on用于表示加解密单元处于数据流工作状态；Key[31...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊，邹孝杰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：