《电子技术应用》
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基于国密SM3算法的安全芯片设计与实现
电子技术应用
吉兵,吴昱媛
中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要: 基于信息安全的重要性以及芯片国产化的需求,同时为了提高信息安全技术的自主创新性,设计了一款应用于信息安全领域的安全芯片。该芯片以国密SM3算法为引擎核心,采用单总线通信方式,仅占用一个IO通信资源,协议支持1-wire总线协议,以满足不同应用场景的需求。电路基于国内商用110 nm CMOS工艺线完成电路设计和制造。芯片版图面积为1.2 mm×1.9 mm,经过流片后的测试和验证,电路的通信功能正常稳定。SM3算法引擎性能高效快捷,电路性能优良。
关键词: 110nm SM3 单总线
中图分类号:TN918 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234752
中文引用格式: 吉兵,吴昱媛. 基于国密SM3算法的安全芯片设计与实现[J]. 电子技术应用,2024,50(6):23-26.
英文引用格式: Ji Bing,Wu Yuyuan. Design and implementation of an encryption chip based on SM3[J]. Application of Electronic Technique,2024,50(6):23-26.
Design and implementation of an encryption chip based on SM3
Ji Bing,Wu Yuyuan
China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Insitute
Abstract: Based on the importance of information security and the demand of local technology, in order to improve the autonomy and control of information security technology, this paper will design a security chip applied in the field of information security. The chip takes the state secret SM3 algorithm as the core of the engine, adopts the single-wire communication method, occupies only one IO communication resource, and the protocol supports the 1-wire bus protocol to meet the needs of different application scenarios. The circuit is based on the domestic commercial 110 nm CMOS process line to complete the circuit design and flow chip manufacturing. The chip layout area is 1.2 mm×1.9 mm, and the communication function of the circuit is normal and stable after the flow test and verification. SM3 algorithm engine is highly efficient and fast, the result shows that the properties of this chip are superior.
Key words : 110 nm;SM3;1-wire

引言

在当今信息化时代,随着信息传输和信息存储对安全性的需求日益凸显,信息安全问题备受关注。在这一背景下,加密算法成为解决信息安全挑战的核心和基础技术,不仅是目前最经济高效的解决方案,也是保障信息安全的最基本手段[1-2]。

在商业信息安全领域,目前国际上广泛采用的各类加密算法标准大多建立在美国国家标准与技术研究院的基础上,以杂凑算法[3]为例,国内仍然主要采用国外定制的SHA算法[4],尤其在金融领域,采用国外加密算法标准的安全产品仍占主导地位。然而,底层芯片存在不可控的风险,一旦发生后门泄漏,可能导致难以估量的损失。因此,为了确保数据的保密性、完整性和自主可控性,安全芯片的设计和开发变得至关重要。这些芯片不仅需要在保障信息安全方面表现出色,还需要在面积和性能之间取得平衡,以适应各种应用场景。

从商业信息安全的角度来看,设计和生产基于国密标准的国产安全芯片与商业信息安全战略高度契合。为了减少对国外密码技术和产品的依赖,中国于2020年1月1日正式实施《中华人民共和国密码法》。本文采用的加密算法[5]核心是国家密码局发布的杂凑算法标准SM3,该标准为GM/T0004-2012。

目前,基于SM3算法的硬件研究与设计主要采用FPGA方式实现[6],侧重于算法本身的高性能实现,但硬件资源开销较大,因此在商业信息安全领域应用上具有一定的限制。本文旨在设计一款兼顾面积和性能的加密芯片,广泛应用于商业信息安全领域。该电路采用单总线通信协议,支持高达500 kb/s的通信速率,并集成高效的信息交互、加密、认证等通信指令。这一设计显著降低了应用开发的复杂性,具有显著的商用价值,有望在商业信息安全领域发挥关键作用。


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作者信息:

吉兵,吴昱媛

(中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏 无锡 214072)


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