基于片上網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的安全存儲系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，一個芯片上可以集成的知識產(chǎn)權(quán)核的數(shù)目變得越來越多，基于傳統(tǒng)的共享總線的片上系統(tǒng)在知識產(chǎn)權(quán)核的數(shù)目變多之后核間的通信效率變得低下。在芯片集成度不斷增加的趨勢下，片上系統(tǒng)的集成也面臨著一些顯著的挑戰(zhàn)。由于基于包交換的片上互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有可靠性好、伸縮性好以及核間通信效率高等優(yōu)點成為替代全局互連線的解決方案。但是，片上網(wǎng)絡(luò)也存在安全挑戰(zhàn)如拒絕服務(wù)，對關(guān)鍵信息的提取與篡改。片上網(wǎng)絡(luò)的潛在的安全威脅以及相應(yīng)的解決措施并沒有得到應(yīng)有

2、地關(guān)注。
　　本論文主要集中研究基于片上網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的安全存儲系統(tǒng)，目的是解決片上網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的安全威脅并保證敏感數(shù)據(jù)保密性與完整性。該解決方案的最大優(yōu)點是能夠以較小的硬件開銷保證安全。為了保證敏感數(shù)據(jù)的保密性與完整性，本文在精簡指令集處理器(RISC)中集成了能夠支持高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)以及SHA-3候選算法Gr(o)stl的協(xié)處理器來加速算法的運算。通過支持?jǐn)?shù)據(jù)包交換與電路交換相結(jié)合的交換技術(shù)來預(yù)防拒絕服務(wù)攻擊里的帶寬攻擊。網(wǎng)絡(luò)接口

3、是處理單元，存儲器與片上網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)包的關(guān)鍵模塊，為了解決基于片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處理單元訪問內(nèi)存或內(nèi)存映射外圍器件的安全性問題，本文在網(wǎng)絡(luò)接口中集成了數(shù)據(jù)保護(hù)控制器執(zhí)行訪問權(quán)限控制規(guī)則用來確定發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸請求的處理單元是否具有訪問特定地址的共享數(shù)據(jù)的權(quán)限。對于安全級別要求較高的應(yīng)用，采用RSA算法進(jìn)行身份認(rèn)證，保證具有管理權(quán)限的處理單元才能夠完成對訪問權(quán)限的配置。
　　為了驗證本論文提出的解決方案，支持AES與Gr(o)stl運算的協(xié)處

4、理器已經(jīng)集成到了嵌入式系統(tǒng)SoC中，并使用SMIC0.13um CMOS工藝進(jìn)行流片。為了驗證集成了協(xié)處理器的NoC平臺以及關(guān)鍵模塊的功能，采用FPGA進(jìn)行驗證，并采用了synopsys公司的Design Compiler進(jìn)行邏輯綜合。綜合結(jié)果表明，具有32KB高速數(shù)據(jù)緩存，16KB私有指令存儲器，在精簡指令指中集成了協(xié)處理器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的面積為525.2K等效與非門，協(xié)處理器的硬件開銷占節(jié)點面積的3.9％，安全網(wǎng)絡(luò)接口的硬件開銷占1.1