文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200419
中文引用格式： 陳小宇，葉佳棟. 基于CHIP ID的FPGA加密算法設計與實現[J].電子技術應用，2020，46(11)：100-103.
英文引用格式： Chen Xiaoyu，Ye Jiadong. Design and implementation of FPGA encryption algorithm based on CHIP ID[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(11)：100-103.
0 引言
近年來，現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)憑借著它卓越的性能、靈活方便的可升級特性得到了廣泛的應用。大部分FPGA器件采用了查找表(Look Up Table，LUT)結構，其物理結構是靜態隨機存取存儲器(Static Random-Access Memory，SRAM)[1]，它要求每次上電重新對FPGA進行配置，二進制配置文件從外部存儲器加載到內部SRAM中運行，這就使得監視配置的位數據流成為可能[2]。因此必須加上保密技術保護開發者的知識產權。
主流的FPGA加密策略有外置安全輔助芯片法、內置密鑰法和DEVICE ID與比特流封裝法三種[3]。外置安全輔助芯片法通過將FPGA與外置安全輔助芯片相結合，同時在各自內部產生隨機密鑰并進行安全哈希算法計算，在FPGA內部進行匹配校驗完成加密[4]。安全芯片一般是CPU或者專用芯片等，此類方法對讀寫時序和寄存器配置要求嚴格，對開發者水平要求較高[5]。內置密鑰法原理是利用FPGA內置密鑰與高級加密標準(Advanced Encryption Standard，AES)的方式對配置數據比特流加密，一般是高端FPGA芯片采用的方法。這種加密方法加密效果好但對成本敏感的應用場合來說不太合適[6]。DEVICE ID與比特流封裝法是將每個FPGA帶有的唯一ID與設計關聯起來，設計者可以加入自定義算法，實現加密過程。此加密方法對Xilinx和Altera公司的多數FPGA都適用，區別在于它們對于DEVICE ID的命名不同，Xilinx和Altera的命名分別為DEVICE DNA和CHIP ID。DEVICE ID與比特流封裝法具有使用移植簡單、占用資源少和適用性廣的特點。
本文針對當前電子設備的發展現狀，以Altera公司的FPGA為例，設計了一種基于CHIP ID的加密方式。為優化系統結構，節省邏輯資源，本文采用了硬件電路和邏輯控制的設計方式，同時結合自定義加密方法，實現了對FPGA加密的過程。
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作者信息:
陳小宇，葉佳棟
(華中師范大學 物理科學與技術學院，湖北 武漢430079)