低功耗SM4-CCM算法硬件架构设计

物联网已被广泛应用于各行各业。在智慧医疗、智能制造等应用领域,物联网设备采集的数据与用户隐私甚至生命财产安全关系密切。为了保障数据的机密性和完整性,防止数据篡改或泄露,以RFC 8998公布的认证加密算法SM4-CCM为对象,研究和设计了一种低功耗的SM4-CCM算法硬件架构。在TSMC 90 nm工艺、1.0 V供电电压下的实验结果显示,该设计的功耗仅为1.338 mW,面积为31.4 K门,而吞吐率达到32.12 Mbps@100 MHz。实验结果表明,该设计的功耗、面积、吞吐率等性能指标能够满足物联网数据保护需求。

面向物联网设备的SM4-CCM算法软硬件协同架构设计

为了保证物联网设备数据安全,面向资源受限的物联网设备,提出了一种基于SM4-CCM算法的软硬件协同实现架构。首先,提出了内部流水线型SM4架构,相比现有轻量级SM4架构,大幅降低了逻辑资源的消耗;在此基础上,设计了CCM模式软硬件协同架构,软件部分完成了密钥扩展和数据预处理,硬件部分完成了加密的实际运算;最后,基于ZYNQ平台实现了软硬件协同架构。实验结果表明,与硬件架构相比,所提出的架构硬件部分的逻辑资源消耗减少了约43%,具备接收可变长度的数据输入的数据预处理功能,并可单独应用于ECB和CTR模式,具有更高的灵活性和可扩展性。与ARM处理器上以软件方式实现的SM4-CCM算法相比,在100 MHz的工作频率下该架构的吞吐率达到了17.64 Mb/s,性能提高了约93.8%,满足了主流物联网通信协议的速率要求。

基于SMS4-CCM算法的智能家居嵌入式安全测控系统

智能家居逐渐实现了从单一智能产品向网络化集成系统的转变,却面临着更加凸显的智能家居测控信息安全风险。为了保障智能家居测控网络的可靠操控和隐私安全,提出并建立了嵌入式服务器和Zig Bee传感网结合的智能家居安全测控系统,采用IEEE地址过滤的白名单设备入网机制、基于SMS4-CCM算法的通信保密机制,实现远程用户安全接入、入网设备认证、测控指令加密传输及入侵检测报警等功能。基于ARM-LINUX平台实现了基本的智能家居嵌入式安全测控系统,测试结果表明:该方案能够对智能家居设备进行有序地网络化测控,可有效抵御智能家居面临的安全威胁并实时报警,且应用国产SMS4算法的系统性能更好,有助于保障智能家居系统安全可靠地运行。