硬件加密模块 - AT88SC0104C系列烧录器、接触式IC卡 ….docVIP

硬件加密模块 （FPGA实现AT88SC0104C认证） 使用说明书 目录 1简介 3 1.1目的 3 1.2资源占用 3 1.3基本原理 3 1.4系统结构框图 3 1.5 AT88SC0104简介 4 1.6 晶体振荡器选用 6 1.7 FPGA引脚定义 6 2 程序说明 7 2.1 VHDL/Verilog模块文件说明 7 2.2主控模块设计 7 2.3 I2C模块说明 8 2.3.1 I2C模块接口说明 9 2.4 GPA函数电路设计 10 2.5随机数产生模块设计 10 2.6 单片机程序设计 11 2.6.1配置FPGA流程设计 11 3.操作方法 12 3.1 对AT88SC0104C进行设置 12 3.2 对EP2C8Q208（FPGA）进行配置 12 3.2.1(JTAG)配置方式 13 3.2.2主动配置方式（AS） 15 3.2.3被动配置方式（PS） 16 3.3在VHDL/Verilog程序中的设置 17 3.3.1密钥（Gc）设置 17 3.3.1.1 VHDL程序中密钥（Gc）设置 17 3.3.1.2 Verilog程序中密钥（Gc）设置 18 3.3.2重复认证启动设置 19 3.3.4认证成功后的FPGA关联设置 19 4．DEMO演示操作说明 20 5. 光盘文件说明 20 1简介 1.1目的 防范电子装置被盗版的最有效手段目前仍然是设置盗版障碍。为此，Atmel公司于1999年推出了用于防范盗版的安全存储器件AT88SC153和AT88SC1608，又于2003年推出了具有双向认证且密文传送的新型安全存储器件AT88SC0104C系列，进一步提高了盗版的难度。 试图从I2C接口通信数据（即SDA）分析出密钥的可能性理论上存在，但在现实中并无意义。这是因为器件的密钥为8字节，按照算法即使用最快的FPGA穷举有哪些信誉好的足球投注网站也要万年以上。 由于大多数单片机的程序易于被盗取且能够被反汇编，当盗版者获得了安全存储器件的详细资料后仍然有可能由盗取的单片机程序代码反汇编追踪安全存储器件的设置信息，使得电子产品被盗版的危险性依然存在。 这里给出将AT88SC0104C的全部认证流程置于CPLD/FPGA器件的方案。尽管CPLD/FPGA中的设置代码易于被盗取，但由于不能反汇编，所以无法追踪出AT88SC0104C的相关信息，从根本上杜绝了遭受追踪攻击的可能性。 1.2资源占用 采用EP2C8Q208型FPGA时资源占用情况如下：引脚：2个输出，分别用于时钟（SCL））和数据输出（SDA_OUT）；1个输入（数据输入（SDA_IN）；logic elements 1139个，为总数（8256）的14%；registers732个。 采用40MHz晶振的认证时间约15ms。而采用单片机认证所需的时间约180ms。 1.3基本原理 FPGA设计部分主要完成FPGA和0104C上电配置完成之后，FPGA使用I2C主机模式下单一从器件与0104C通讯并执行认证过程。认证成功后，FPGA内部给出认证成功标志，并使能FPGA内部其它功能模块开始正常工作。 1.4系统结构框图 本设计主要完成FPGA和0104C上电配置完成之后，FPGA使用I2C主机模式与0104C通讯并执行认证过程，认证成功后，产生相应的使能信号使能FPGA内部其它功能模块开始正常工作。在实际应用时，只需将本设计作为总体设计中的一个模块，把使能信号连接其它设计的使能端口。该设计主要包括主状态机的设计、时钟分频的设计、随机数产生的设计、I2C串口通信接口的设计。结构框图如图1所示： 图1-1 系统结构框图 1.5 AT88SC0104简介 AT88SC0104C是Atmel公司于2003年推出的高安全性能存储卡。存储容量为128B。协议认证卡在协议认证后，所有传送的数据均采用密文传送方式，因而提高了存储数据的安全性。 AT88SC0104C协议认证卡的主要特点：通信协议符合ISO/IEC7816—3同步协议。工作电压为2.7~5.5V。时钟频率最大为1.5MHz。数据保存为100年。重复擦写次数为100000次。ESD（静电防护）不小于4000V。使用环境温度：商业级为0~70℃；工业级为-45~85℃。 该协议认证卡的基本组成如图1所示： 图1-2 AT88SC0104C基本组成框图 采用AT88SC0104C对FPGA进行加密的基本工作流程： 1．硬件连接 将AT88SC0104C与FPGA相连，只需将AT88SC0104C的SCL和SDA引脚分别与FPGA的任意两个I/O管脚连接即可。为了防止可能出现的I2C总线第9个脉冲无应答信号，将SDA分成一进一出的独立线路。同时为了确保I2C线路的SDA是OC或OD线路，I2C总线的时钟频率在1.