[发明专利]一种SRAM型FPGA的加密装置及方法

说明书

本发明提出了一种SRAM型FPGA的加密装置及方法，用于解决现有加密装置成本高、对加密芯片加密能力要求高和加密方法具有局限性的技术问题；加密装置包括SRAM型FPGA、非易失性存储器件、片外SRAM、静态认证串号远程更换接口、静态认证串号输入按键和可拆除加密使能开关；加密方法为：配置SRAM型FPGA芯片；获取SRAM型FPGA的序列号；初始序列加密模块判断是否对SRAM型FPGA芯片进行第一次加密；加密认证模块实现两级认证操作；初始序列加密模块更新安全信息和成功配置次数，并向用户逻辑模块发送认证成功信号；加密模块随时准备更换静态认证串号。本发明成本低、易于实现、通用性强、加密可靠。

技术领域

本发明属于大规模集成电路设计技术领域，特别涉及一种SRAM型FPGA的加密装置及方法，可用于保护基于SRAM型FPGA的产品及设计的知识产权。

背景技术

SRAM(Static RandomAccess Memory，静态随机访问存储器)是目前应用范围最广的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)结构，主要因为它运行速度快且具有可重编程能力。SRAM型FPGA芯片是基于SRAM结构的可再配置型FPGA器件，加电时要将配置文件数据读入片内SRAM中，配置完成后可进入工作状态；掉电后SRAM中的配置文件数据丢失，SRAM型FPGA芯片内部逻辑关系随之消失。这种SRAM型FPGA芯片可反复使用，在商业及科研领域已经得到了广泛的应用，为用户提供了最大的灵活性。随着SRAM型FPGA芯片应用的推广也促使人们对其产品及设计的安全性越来越关心。

FPGA的常用攻击方法有克隆与复制，反工程，黑盒攻击等。克隆与复制是指对FPGA设计的原样复制，攻击者关心的是最终产品的复制。由于SRAM型FPGA芯片掉电易失的特性，要求每次上电都需要将配置文件的比特流数据按照一定的时序写入SRAM型FPGA芯片完成配置。攻击者可采用一定电路对配置FPGA的数据引脚进行采样，利用记录下来的配置数据可对另一块FPGA芯片进行配置，如此很容易便实现了对SRAM型FPGA芯片内部设计电路的克隆，从而达到复制产品的目的。

反工程是指调配专业的人力、物力使用专业工具对芯片的各金属连接层依次进行剥离和照相记录以得到芯片结构，从而获取原设计的网表与电路图来复制和制作新的电路。虽然这种方法需要一定的成本与实践，但SRAM型FPGA芯片的实现结构对于专业的反工程保护能力也比较差。

黑盒攻击指通过对芯片输入所有可能的输入值，获取对应的输出值，以此得到系统设计的真值表来获取原设计。一旦设计复杂，穷举所有的设计输入需要大量的时间，这种方法是不现实的。

目前，对SRAM型FPGA芯片的加密装置及方法主要有以下几类：

1.选用自带加密功能的SRAM型FPGA芯片，使用加密算法对配置文件数据进行加密，当配置文件被加载到SRAM型FPGA芯片中时再对配置文件数据进行解密还原。这种方法简单、实用，但是需要SRAM型FPGA芯片中配备有该类加密硬核，而现阶段只有部分高端SRAM型FPGA芯片中具备此类硬核，使得该方法加密成本高且具有局限性。

例如，专利授权号为CN 103257937 B，名称为“一种保护FPGA芯片内部配置存储器的方法”的中国专利，公开了一种保护FPGA芯片中配置存储器中数据的方法、芯片和装置，其方法包括：用解密密码对加密后的配置文件数据进行解密；接收外部输入的用户密码；当强制加密控制比特指示需要对访问码进行加密时，用解密密码对访问码进行加密，加密结果作为访问权限密码，否则直接将访问码作为访问权限密码；将输入的用户密码与访问权限密码进行比较，当比较结果一致时，打开用户对配置存储器的访问权限。