以Flash为基础的FPGA实现高度安全设计

技术分类: 可编程器件  微处理器与DSP  | 2006-12-02
来源:中电网

       ·单芯片; 
       ·高安全性;
       ·上电即行;
       ·高可靠性 / 固件错误免疫性;
       ·低功耗;
       ·高性能。

       Actel FLASH FPGA的保密性特点

       保密性特点

       Flash FPGA的物理结构与保密性

       由于Flash非挥发性的特点,所以基于Flash 架构的FPGA在一个可靠的环境下被编程以后,就不再需要一个另外的码流,因此它不会受到克隆这种攻击方式的威胁。另外,它对反向工程等入侵性攻击有高度的

抵抗性,这是因为在Flash FPGA里面的用户逻辑完全取决于Flash晶体管的内容,就算把器件解体或剥离也只能显露器件内部结构,而不是 Flash 晶体管的实际内容。由于Flash FPGA表面的一致使它受到入侵性攻击时,很难辨认其探针点。

       A3P/E的保密特性

       FlashLock可以保证器件上的保密设定不被随便更改 ,它包括一个对应的密钥,长度为128位,其揭露密钥所需的时间为5.4x1023年,因此十分可靠。它还包括永久FlashLock及编程文档的AES加密,其AES密钥长度为128位,而揭露此密钥所需的时间将长达149万亿年。

        Flash ROM (FROM) 的特性及应用

       第三代Flash FPGA是唯一带片上Flash ROM (FROM)的FPGA,其FROM总共有1024位,分为8个页,每页的宽度为128位,见图2。它的应用非常广泛,包括:互联网协议寻址、设备序列编码、订阅模式、系统校准设定、安全的加密匙存储、资产管理跟踪、用户喜好存储、日期标志及版本控制等。 

FROM示意图


       保密性功能选项

       在新FPGA上进行保密设计时,有几种不同的保密性功能选项可供选择:一、只利用FlashLock密钥进行保护 (没有AES加密),在这个选项下,用户可选择只保护FROM、只保护FPGA阵列或两者同时保护。二、AES 加密加 FlashLock 密钥保护,在这个选项下,AES 密钥一直受到FlashLock密钥保护,所以被AES加密过的文件不会包含FlashLock密钥。三、只加密 FROM、只加密FPGA阵列或两者同时加密,在这个选项下,可以独立地更新FROM及FPGA 或对其编程。编程的格式可以为纯文本格式的 STAPL 文件或经 AES加密过的STAPL文件,在这两种STAPL 文件里,可以只包括 FROM、FPGA阵列或两者同时包括。

       保密报头

       保密报头包含两种密钥:FlashLock密钥及AES密钥,它也包括FROM及FPGA列阵的信息认证控制。它还包括FPGA阵列与FROM的保密设定。具体的FPGA阵列保密设定包括:写入、擦除及校验的存取控制与加密/不加密的存取控制 (写入、擦除及校验);FROM的保密设定包括:写入、擦除及读取的存取控制(在此情况下校验是一直被允许的)与加密/不加密的存取控制 (写入、擦除及读取)。

       信息认证模块(MAC)

       信息认证模块负责认证整个编程码流,见图3,包括AES解密核心把STAPL文件解密;MAC检查解密后的数据是否可被认识:如果正确,器件就可以被擦除及编程;如果不正确,软件会防止编程序列被启动。在认证进行过程中器件仍可正常工作。

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