專利名稱：一種安全控制芯片及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路系統(tǒng)設(shè)計和生物識別技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種本地設(shè) 備生物識別安全控制芯片及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的安全控制技術(shù)包括一、 傳統(tǒng)的本地安全系統(tǒng)，由一個或多個芯片(功能部件)組成，在系統(tǒng) 啟動的過程中，提示用戶輸入預(yù)先設(shè)置的口令，以達(dá)到簡單的身份認(rèn)證的目的。這種方式在應(yīng)用過程中存在以下的不足1. 安全方式依賴于設(shè)備的電源，如掉電狀態(tài)口令將會丟失，如計算機(jī)主 板的BIOS密碼。2. 安全方式簡單、單一，單一的密碼無法表達(dá)不同的身份信息，整個系統(tǒng)無法根據(jù)其動態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的配置，控制不同的用戶的操作權(quán)限。3. 簡單的口令密碼，容易被攻擊，而復(fù)雜的密碼容易被遺忘。二、 隨著社會對信息安全的關(guān)注，信息安全技術(shù)在最近幾年也得以長足的 發(fā)展。通過軟件、硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)信息安全來替代純軟件實現(xiàn)信息安全成 為了技術(shù)發(fā)展的趨勢。最具代表性的即為TCG (Trusted Computing Group，可信 計算機(jī)組)推行的TPM安全芯片體系結(jié)構(gòu)，其主要功能包括對啟動過程中對 引導(dǎo)程序、硬件、操作系統(tǒng)完整性檢測，生成并管理系統(tǒng)中各種密鑰，提供數(shù) 字簽名及數(shù)據(jù)安全保護(hù)。如圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的TPM安全控制芯片體系結(jié) 構(gòu)。如圖1所示，TPM安全芯片主要是通過加解密模塊來建立其安全機(jī)制的 核心，由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成并管理系統(tǒng)中所需密鑰，由SHA/HMAC建立數(shù)據(jù)、 程序完整性檢測，由RSA模塊實現(xiàn)數(shù)字簽名。在TPM安全芯片結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 后續(xù)開發(fā)者也提出了一些改進(jìn)，如解決對輸入輸出接口的可信問題等。這種技術(shù)專門針對本地安全性而建立，在數(shù)字簽名、遠(yuǎn)端身份認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)傳輸中需要使用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、散列算法、非對稱式加密算法，設(shè)計復(fù)雜、4實現(xiàn)成本高。對于解決本地安全功能過于復(fù)雜。三、近幾年來，社會對信息安全、安全設(shè)備使用便捷性等方面提出了的更 高要求，隨之，已逐漸成熟的生物識別技術(shù)被引入到安全應(yīng)用系統(tǒng)中來。生物 識別技術(shù)因擁有穩(wěn)定、唯一、可分類、便捷、安全等特點，在蜂窩電話、門禁、 安檢等設(shè)施，機(jī)場、軍事設(shè)施、政府等敏感等部門得以應(yīng)用。其不僅可阻止非授權(quán)訪問，還能防止盜用ATM、蜂窩電話、智能卡、桌面PC、工作站以及計 算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，也可在電話、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行金融交易時進(jìn)行身份認(rèn)證，或在辦公場所取 代現(xiàn)有的鑰匙、證件、圖章等。由此，現(xiàn)今的安全芯片構(gòu)架由于結(jié)合生物識別與TPM安全芯片體系構(gòu)架， 已將安全性提高到一個新的高度。但實際應(yīng)用環(huán)境中，安全設(shè)備多處于獨立工 作、自成體系(本地)的情況下，并不需要進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)字認(rèn)證及運算(網(wǎng)絡(luò) 應(yīng)用)。因而TPM功能模塊實現(xiàn)安全芯片在某些應(yīng)用中顯的過于復(fù)雜，成本 過咼0此外，最近還提出了使用高速處理器為核心進(jìn)行生物識別，使用大容量存 儲器存儲生物識別算法，芯片內(nèi)部用加解密功能單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)姆桨?。但是使用高速處理器為核心進(jìn)行生物識別、使用大容量存儲器存儲生物識 別算法的技術(shù)，系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，系統(tǒng)成本高。沒有用戶敏感信息、密鑰、權(quán)限 分配、設(shè)備的權(quán)限控制的實現(xiàn)方法，安全度不足。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供了一種本地設(shè)備生物識別安全控制 芯片，通過由芯片對用戶進(jìn)行生物識別以判定用戶的權(quán)限，旨在解決現(xiàn)有技術(shù) 中存在的設(shè)計復(fù)雜、實現(xiàn)成本高、安全性不足的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種安全控制芯片，包括數(shù)據(jù)總線、控 制總線，還包括生物特征采集模塊，用于采集用戶的生物特征；生物識別模塊，用于識別采集的所述生物特征進(jìn)行唯一性辨識；通用處理模塊，用于編程控制各功能模塊；加解密功能模塊，用于實現(xiàn)片內(nèi)、片外加密數(shù)據(jù)的交換與存取；敏感數(shù)據(jù)及程序存儲單元，用于存儲用戶控制權(quán)限和密鑰； 功耗控制單元，用于控制芯片在不同工作模式下的功耗； 安全權(quán)限控制總線，用于防止在非授權(quán)情況下對權(quán)限受限片上模塊的控制。所述的安全控制芯片，還包括擴(kuò)展高速直接內(nèi)存存取接口，用于提供高速數(shù)據(jù)安全接口以及通過其與其 它芯片互連；設(shè)備權(quán)限訪問控制單元，用于實現(xiàn)用戶對芯片內(nèi)部模塊、接口權(quán)限分配和 外圍設(shè)備的安全控制與數(shù)據(jù)存取；可編程總線仲裁器，用于控制優(yōu)先級，以使片上系統(tǒng)總線能滿足片上、片 外數(shù)據(jù)交換的要求；片上直接內(nèi)存存取數(shù)據(jù)通道控制單元，用于高速控制片上設(shè)備、數(shù)據(jù)交換；非敏感數(shù)據(jù)緩存RAM，用于片上非敏感數(shù)據(jù)提供臨時區(qū)域，作為數(shù)據(jù)的 緩存為算法或數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；低速設(shè)備資源共享控制，用于提供芯片系統(tǒng)開銷較大的資源進(jìn)行資源分享 控制；低速度接口，用于提供對低速設(shè)備的接口； 系統(tǒng)層信號控制單元，用于產(chǎn)生系統(tǒng)層信號。 所述生物識別模塊采用生物特征識別芯片純硬件實現(xiàn)。 所述通用處理模塊采用通用低速處理模塊。 所述加解密功能模塊采用對稱高級加密標(biāo)準(zhǔn)算法。 所述敏感數(shù)據(jù)及程序存儲單元使用一次性可編程器件。 所述的安全控制芯片采用數(shù)據(jù)總線、微處理器控制總線和安全控制總線三 級總線架構(gòu)。本發(fā)明還提供了一種采用所述安全控制芯片的安全控制方法，包括以下步驟步驟一，安全芯片上電\復(fù)位； 步驟二，安全芯片進(jìn)入低功耗狀態(tài)；步驟三，判斷是否有用戶登陸請求，如果是，則執(zhí)行步驟四，否則回到步 驟二；步驟四，提取用戶生物特征并與一次性可編程邏輯器件的只讀存儲器中預(yù) 存的特征進(jìn)行比較，確定用戶登陸是否成功，如果是，則執(zhí)行步驟五，否則回 到步驟二；步驟五，用戶登陸成功，分配用戶權(quán)限、密鑰； 步驟六，動態(tài)配置、初始化片上模塊，進(jìn)入本地設(shè)備控制狀態(tài)； 步驟七，基于權(quán)限控制片上模塊，實現(xiàn)與外圍設(shè)備間加密數(shù)據(jù)的存取； 步驟八，用戶注銷對芯片的控制，釋放對片上模塊基于權(quán)限的控制，回到步驟二，等待用戶重新申請對芯片的控制。本發(fā)明提出了一種安全控制芯片，采用本發(fā)明所述安全控制芯片來建立本地的安全策略，具有高性能、低功耗、低成本、易實現(xiàn)、擴(kuò)展性高、安全控制性能好的特點。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)的TPM安全控制芯片體系結(jié)構(gòu)；圖2所示為本發(fā)明安全控制芯片的系統(tǒng)框圖；圖3所示為本發(fā)明使用的帶上下拉電阻的示意圖；圖4所示為本發(fā)明OTP內(nèi)部實現(xiàn)框圖；圖5所示為本發(fā)明功耗控制模塊中PLL調(diào)整部分結(jié)構(gòu)圖；圖6所示為本發(fā)明使用集成電路器件延遲的時序圖；圖7所示為本發(fā)明芯片狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換示意圖；圖8所示為本發(fā)明應(yīng)用于本地數(shù)據(jù)安全存儲的一個具體實施例的工作流 程圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實 施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。圖2所示為本發(fā)明的安全控制芯片實現(xiàn)的系統(tǒng)框圖。本發(fā)明的安全控制芯片包括通用處理模塊204、加解密功能模塊206、生 物識別模塊208、擴(kuò)展高速直接內(nèi)存存取(Direct Memory Access, DMA)接口 210、敏感數(shù)據(jù)及程序存儲單元212、功耗控制單元214、生物特征采集模 塊216、片上DMA數(shù)據(jù)通道控制單元218、非敏感數(shù)據(jù)緩存RAM220、低速 度接口 0、 1、 2， 222、低速設(shè)備資源共享控制224、設(shè)備權(quán)限訪問控制單元 226、可編程總線仲裁器202、系統(tǒng)層信號控制單元228以及微處理器控制總 線101、數(shù)據(jù)總線102和安全權(quán)限控制總線103。 下面詳細(xì)說明各模塊的作用。通用處理模塊204，用于編程控制各功能模塊。通用處理模塊采用通用的 低速處理器，如采用市場上廣泛使用的8051系列單片機(jī)，從而可顯著降低產(chǎn) 品的應(yīng)用門檻，加速市場的推廣應(yīng)用。加解密功能模塊206，相比傳統(tǒng)的非對稱加密解密、散列算法，本發(fā)明采 用對稱高級加密標(biāo)準(zhǔn)(Advanced Encryption Standard, AES)算法，用于實現(xiàn) 片內(nèi)、外加密數(shù)據(jù)的交換與存取，使芯片在滿足本地安全應(yīng)用需求的前提下簡 化了芯片系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜度、面積、成本。生物識別模塊208，以純硬件實現(xiàn)指紋識別算法的方式，代替了以往使用 高速處理器(ARM9、 DSP)軟件實現(xiàn)的方式，用于識別采集的生物特征進(jìn)行 唯一性辨識。擴(kuò)展高速DMA接口 210，用于提供DMA高速數(shù)據(jù)安全接口，通過該接 口與其它芯片互連，從而構(gòu)成主一從，從一主的更大的應(yīng)用系統(tǒng)， 一方面滿足 本地數(shù)據(jù)高速存取需求，另一方面建立芯片協(xié)處理通道，增強(qiáng)芯片的應(yīng)用范圍。敏感數(shù)據(jù)及程序存儲單元212，通過使用一次性可編程(One-Time Programmable, OTP)器件建立敏感信息存儲器，用于用戶控制權(quán)限和密鑰的 存儲。功耗控制單元214，通過集成電路器件延遲實現(xiàn)的輸出時鐘穩(wěn)定性控制方 式，用于實現(xiàn)芯片在不同工作模式下的功耗控制。生物特征采集模塊216，用于采集用戶的生物特征。片上DMA數(shù)據(jù)通道控制單元218，用于高速控制片上設(shè)備、數(shù)據(jù)交換， 其工作模式由通用處理模塊控制，在片上數(shù)據(jù)高速交換與傳輸是脫離通用處理 器的干預(yù)，以減輕處理器的工作負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的整體性能。非敏感數(shù)據(jù)緩存RAM220，為片上非敏感數(shù)據(jù)(如生物識別算法的中間結(jié) 果等)提供臨時區(qū)域，作為數(shù)據(jù)的緩存為算法或數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。低速度接口 0、 1、 2提供低速設(shè)備的接口，如UART (通用異步收發(fā)器)、 SPI (串行外圍接口) 、 I2C (內(nèi)部集成電路)等低速設(shè)備接口，用于擴(kuò)展系統(tǒng) 的功能和與外圍芯片進(jìn)行互連。低速設(shè)備資源共享控制224，提供芯片系統(tǒng)開銷較大的資源進(jìn)行資源分享 控制，能在滿足低速設(shè)備需求的情況下，減少芯片系統(tǒng)的開銷，從而降低芯片 成本。設(shè)備權(quán)限訪問控制單元226，用于實現(xiàn)用戶對芯片內(nèi)部模塊、接口權(quán)限分 配和外圍設(shè)備的安全控制與數(shù)據(jù)存取?？删幊炭偩€仲裁器202為優(yōu)先級可控制的總線仲裁模塊，由微處理器控制 優(yōu)先級，以使片上系統(tǒng)總線能滿足片上、片外數(shù)據(jù)交換的要求。系統(tǒng)層信號控制單元228用于產(chǎn)生系統(tǒng)層信號，如產(chǎn)生片上全局時種、系 統(tǒng)復(fù)位信號。安全控制總線103獨立于微處理器控制總線101與數(shù)據(jù)總線102，由內(nèi)部 硬件邏輯產(chǎn)生，不能由軟件與用戶干預(yù)與控制，采用安全控制總線可防止在非 授權(quán)情況下對權(quán)限受限片上模塊的控制，提高系統(tǒng)安全性。由于其的獨立性， 也使整個系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)更加清晰，方便了芯片系統(tǒng)的實現(xiàn)。下面詳細(xì)說明安全芯片的實現(xiàn)細(xì)節(jié)。一、芯片在使用前需對敏感數(shù)據(jù)、程序存儲單元212進(jìn)行OTP初始化。對 于OTP器件的使用主要需要避免對OTP內(nèi)部數(shù)據(jù)的修改與非授權(quán)讀取。1) 避免對OTP內(nèi)部數(shù)據(jù)的修改芯片封裝后，在不破壞芯片封裝的情況下，無法使用UV (紫外線)擦除 方式，避免了 OTP內(nèi)部數(shù)據(jù)被擦除和修改，確保了芯片使用的唯一性。由OTP器件的器件特性可知，對OTP進(jìn)行多次編程，會導(dǎo)致內(nèi)部數(shù)據(jù)的 混亂，從而避免了對其內(nèi)部數(shù)據(jù)的非法修改。2) 避免非授權(quán)讀取為保護(hù)OTP中內(nèi)容的用戶敏感信息(用戶權(quán)限，用戶密鑰)的非授權(quán)讀 取并兼顧集成電路設(shè)計生產(chǎn)中的測試，使用如圖3所示的帶上下拉電阻的I/O 保護(hù)OTP內(nèi)的數(shù)據(jù)。圖3中，輸入信號管腳帶內(nèi)部下拉，兼容5V信號輸入。如圖3所示，在生產(chǎn)線測試中，PID (帶內(nèi)部下拉的輸入信號管腳)I/OC 端接高電平，其作用是使OTP數(shù)據(jù)讀有效信號被建立為有效，由此可滿足生產(chǎn)線上測試OTP需求。當(dāng)下線交由封裝廠時，如果此批DIE (裸片)為MPW (多項目晶圓)測試 批，則封裝廠連接PID的C端到芯片PIN (管腳)，封裝完成后，由用戶在 PIN上置位數(shù)據(jù)讀取有效信號為有效，用戶可使用設(shè)備讀出OTP被初始化的 數(shù)據(jù)以驗證OTP內(nèi)部功能與控制邏輯的正確性。如此批DIE為正式量產(chǎn)批， OTP的內(nèi)部功能與控制邏輯在己知正確的情況下，封裝廠將不連接PID的C 端到芯片PIN管腳，以確保芯片在不破壞封裝、進(jìn)行內(nèi)部探測的情況下，OTP敏感數(shù)據(jù)的安全性。二、 OTP內(nèi)部敏感數(shù)據(jù)包括啟動引導(dǎo)程序部分、芯片功能程序部分、用 戶敏感信息部分。如圖4所示為OTP內(nèi)部敏感數(shù)據(jù)示意圖。 其中啟動引導(dǎo)程序部分用于啟動程序、系統(tǒng)和設(shè)備的初始化； 芯片功能程序用于相應(yīng)設(shè)備和數(shù)據(jù)流的控制； 用戶敏感信息包括用戶生物特征值、用戶的權(quán)限描述和用戶密鑰； 用戶生物特征值用于與采集的生物特征值進(jìn)行比對； 用戶的權(quán)限描述用于描述當(dāng)前用戶對系統(tǒng)設(shè)備的控制權(quán)限； 用戶密鑰用于加解密數(shù)據(jù)、程序，確保安全與唯一性。 本芯片支持高權(quán)限用戶調(diào)用低權(quán)限用戶的密鑰，以實現(xiàn)高權(quán)限用戶對低權(quán) 限用戶的監(jiān)控。三、 功耗控制模塊。通過對PLL (鎖相環(huán))參數(shù)的調(diào)整，起到在不同工作狀態(tài)下動態(tài)控制芯片 PLL輸出的系統(tǒng)時鐘的作用。圖5所示為PLL調(diào)整部分結(jié)構(gòu)圖。其核心解決的問題是為在調(diào)整PLL參數(shù)(PLL—PAR)后，PLL輸出時鐘 穩(wěn)定性問題。通過PLL—MCHANGE檢測PLL控制參數(shù)(PLL—PAR)的變化， 從而建立PLL輸出鎖定信號(sclk—mux)，在PLL參數(shù)變化情況下，避免PLL 的輸出時鐘(sclk)產(chǎn)生毛刺，誤觸發(fā)芯片內(nèi)部邏輯的作用。圖6中虛線所示的1、 2標(biāo)號處，使用集成電路器件延遲，建立了與輸出 時鐘(sclk)有固定相位關(guān)系的PLL輸出鎖定信號(sclk—mux)，從而穩(wěn)定了 輸出時鐘(sclk)在PLL參數(shù)調(diào)節(jié)時的過渡狀態(tài)。四、芯片工作狀態(tài)芯片工作由以下工作狀態(tài)組成上電\復(fù)位狀態(tài)，用戶登陸\權(quán)限分配\注銷 狀態(tài)、本地設(shè)備控制狀態(tài)、低功耗狀態(tài)，芯片狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由通用低速處理模塊 控制，圖7所示為芯片各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。以下分別描述各狀態(tài)下，芯片中各模塊的工作方式。1) 上電\復(fù)位狀態(tài)芯片上電后外部復(fù)位信號輸入時，狀態(tài)啟動；芯片內(nèi)部硬件電路(系統(tǒng)層信號控制單元228)整形輸入的復(fù)位信號，去 除復(fù)位信號毛刺，處理后的信號用于系統(tǒng)復(fù)位，以保證復(fù)位狀態(tài)時系統(tǒng)的穩(wěn)定；芯片內(nèi)部硬件復(fù)位敏感數(shù)據(jù)、程序存儲單元212、通用處理模塊204控制 程序和數(shù)據(jù)緩存區(qū)RAM220;啟動通用處理模塊204，將其程序指針指向OTP ROM的程序地址首地址；通用處理模塊204等待用戶登陸，如等待時間內(nèi)無用戶登陸事件發(fā)生，則 程序根據(jù)OTP內(nèi)的程序進(jìn)入低功耗狀態(tài)等不同狀態(tài)。2) 用戶登陸\權(quán)限分配\注銷狀態(tài)用戶通過按鍵(芯片PIN觸發(fā))或使用指紋自動檢測方式，發(fā)出登陸請求；生物識別模塊208提取用戶生物特征并與OTP ROM中預(yù)先存儲的特征比 較，確定用戶登陸是否成功；用戶登陸成功，設(shè)備權(quán)限訪問控制單元226通過安全控制總線103分配 OTPROM預(yù)存用戶權(quán)限、密鑰；通用處理模塊204根據(jù)分配的用戶權(quán)限、密鑰，動態(tài)配置、初始化片上模 塊，系統(tǒng)進(jìn)入本地設(shè)備控制狀態(tài)；用戶通過按鍵(芯片PIN觸發(fā))或指紋自動檢測注銷，系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。3) 本地設(shè)備控制狀態(tài)由通用處理模塊204動態(tài)配置、初始化各片上模塊；通用處理模塊204根據(jù)片上敏感數(shù)據(jù)、程序存儲單元212的OTP ROM中 預(yù)存的程序或根據(jù)外部加密擴(kuò)展外部存儲器中存儲程序工作；通過通用處理模塊204協(xié)調(diào)片上各模塊，進(jìn)行外圍設(shè)備用戶權(quán)限控制、實 現(xiàn)不同用戶不同密鑰的加密數(shù)據(jù)傳輸。4) 低功耗狀態(tài)當(dāng)芯片在程序特定的條件下，如特定時間內(nèi)無用戶操作時間的情況下，進(jìn) 入低功耗狀態(tài)；通用處理模塊204控制片上功耗控制單元214的PLL單元，使其系統(tǒng)時 鐘降低而進(jìn)入低速工作狀態(tài)；當(dāng)用戶通過按鍵(芯片PIN觸發(fā))或使用指紋自動檢測方式，發(fā)出登陸請 求后，恢復(fù)系統(tǒng)時鐘，使系統(tǒng)進(jìn)入全速工作狀態(tài)。安全芯片在不同應(yīng)用中的工作流程，都建立在上述的芯片基本工作狀態(tài)轉(zhuǎn) 換的基礎(chǔ)上。圖8所示為本發(fā)明應(yīng)用于本地數(shù)據(jù)安全存儲的一個具體實施例的 工作流程圖。如圖8所示，安全芯片的工作流程包括S300，芯片上電\復(fù)位；S302，進(jìn)入低功耗狀態(tài)；S304，判斷是否有用戶登陸請求，如果是，則執(zhí)行歩驟S306,否則回到 步驟S302;S306，提取用戶生物特征并與一次性可編程邏輯器件的只讀存儲器中預(yù)存 的特征進(jìn)行比較，確定用戶登陸是否成功，如果是，則執(zhí)行步驟S308，否則 回到步驟S302;S308，用戶登陸成功，分配用戶權(quán)限、密鑰； S310，動態(tài)配置、初始化片上模塊，進(jìn)入本地設(shè)備控制狀態(tài)； S312，基于權(quán)限控制片上模塊，實現(xiàn)與外圍設(shè)備間加密數(shù)據(jù)的存??； S314，用戶注銷對芯片的控制，釋放對片上模塊基于權(quán)限的控制，回到步 驟S302，芯片進(jìn)入低功耗模式，等待用戶重新申請對芯片的控制。本發(fā)明采用數(shù)據(jù)總線、微處理器控制總線和安全控制總線三級總線架構(gòu)， 結(jié)合芯片內(nèi)部相應(yīng)的安全控制模塊，實現(xiàn)芯片的安全策略。所有片上模塊通過通用接口或高速片上控制總線、數(shù)據(jù)總線相連接，由片 上低速通用處理模塊實現(xiàn)各模塊間的協(xié)同工作(如各功能模塊初始化)，由各 專用處理單元實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)(如加解密數(shù)據(jù)、生物識別)處理。本發(fā)明利用生物識別技術(shù)，集成電路器件的固有特性、芯片內(nèi)部功能控制 模塊實現(xiàn)本地設(shè)備安全控制的單芯片解決方法。本發(fā)明以生物特征辨識、 一次 性可編程器件不可更改的特性以及高性能加解密功能模塊為基礎(chǔ)，通過芯片內(nèi)部設(shè)備權(quán)限訪問控制單元、低速通用處理模塊建立芯片內(nèi)部權(quán)限管理與芯片外圍設(shè)備的安全存取與控制，實現(xiàn)了高效、低能耗的片上系統(tǒng)(Systemonachip，soc)。當(dāng)用戶使用本發(fā)明的安全芯片時，芯片采集用戶具有唯一性的生物特征進(jìn) 行辨識，芯片根據(jù)辨識結(jié)果與片上一次性可編程器件中預(yù)存信息進(jìn)行比較，提 取對應(yīng)的帶有訪問控制權(quán)限的密鑰進(jìn)行對芯片內(nèi)部功能模塊和芯片外部設(shè)備 的控制與數(shù)據(jù)存取。本發(fā)明的實現(xiàn)方法經(jīng)過在FPGAxilinxvirtex2 8000器件上模擬實現(xiàn)，證 明按此方法實現(xiàn)的設(shè)計，具有高性能、低功耗、低成本、易實現(xiàn)、擴(kuò)展性高、 安全控制性能好等特點。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計的FSC7001芯片，已在MPW生產(chǎn)中。 當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情 況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但 這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種安全控制芯片，包括數(shù)據(jù)總線、控制總線，其特征在于，還包括生物特征采集模塊，用于采集用戶的生物特征；生物識別模塊，用于識別采集的所述生物特征進(jìn)行唯一性辨識；通用處理模塊，用于編程控制各功能模塊；加解密功能模塊，用于實現(xiàn)片內(nèi)、片外加密數(shù)據(jù)的交換與存??；敏感數(shù)據(jù)及程序存儲單元，用于存儲用戶控制權(quán)限和密鑰；功耗控制單元，用于控制芯片在不同工作模式下的功耗；安全權(quán)限控制總線，用于防止在非授權(quán)情況下對權(quán)限受限片上模塊的控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的安全控制芯片，其特征在于，還包括 擴(kuò)展高速直接內(nèi)存存取接口 ，用于提供高速數(shù)據(jù)安全接口以及通過其與其它芯片互連；設(shè)備權(quán)限訪問控制單元，用于實現(xiàn)用戶對芯片內(nèi)部模塊、接口權(quán)限分配和 外圍設(shè)備的安全控制與數(shù)據(jù)存??；可編程總線仲裁器，用于控制優(yōu)先級，以使片上系統(tǒng)總線能滿足片上、片 外數(shù)據(jù)交換的要求；片上直接內(nèi)存存取數(shù)據(jù)通道控制單元，用于高速控制片上設(shè)備、數(shù)據(jù)交換；非敏感數(shù)據(jù)緩存RAM，用于片上非敏感數(shù)據(jù)提供臨時區(qū)域，作為數(shù)據(jù)的 緩存為算法或數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)；低速設(shè)備資源共享控制，用于提供芯片系統(tǒng)開銷較大的資源進(jìn)行資源分享 控制；低速度接口，用于提供對低速設(shè)備的接口； 系統(tǒng)層信號控制單元，用于產(chǎn)生系統(tǒng)層信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的安全控制芯片，其特征在于，所述生物識 別模塊采用生物特征識別芯片純硬件實現(xiàn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的安全控制芯片，其特征在于，所述通用處 理模塊采用通用低速處理模塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的安全控制芯片，其特征在于，所述加解密功能模塊采用對稱高級加密標(biāo)準(zhǔn)算法。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的安全控制芯片，其特征在于，所述敏感數(shù)據(jù)及程序存儲單元使用一次性可編程器件。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的安全控制芯片，其特征在于，采用數(shù)據(jù)總 線、微處理器控制總線和安全控制總線三級總線架構(gòu)。
8、 一種采用權(quán)利要求1所述的安全控制芯片的安全控制方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，安全芯片上電\復(fù)位； 步驟二，安全芯片進(jìn)入低功耗狀態(tài)；步驟三，判斷是否有用戶登陸請求，如果是，則執(zhí)行步驟四，否則回到步 驟二；步驟四，提取用戶生物特征并與一次性可編程邏輯器件的只讀存儲器中預(yù) 存的特征進(jìn)行比較，確定用戶登陸是否成功，如果是，則執(zhí)行步驟五，否則回 到步驟二；步驟五，用戶登陸成功，分配用戶權(quán)限、密鑰； 步驟六，動態(tài)配置、初始化片上模塊，進(jìn)入本地設(shè)備控制狀態(tài)； 步驟七，基于權(quán)限控制片上模塊，實現(xiàn)與外圍設(shè)備間加密數(shù)據(jù)的存?。?步驟八，用戶注銷對芯片的控制，釋放對片上模塊基于權(quán)限的控制，回到 步驟二，等待用戶重新申請對芯片的控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種安全控制芯片，包括生物特征采集模塊、生物識別模塊、通用處理模塊、加解密功能模塊、敏感數(shù)據(jù)及程序存儲單元、功耗控制單元以及安全權(quán)限控制總線。采用本發(fā)明所述安全控制芯片來建立本地的安全策略，具有高性能、低功耗、低成本、易實現(xiàn)、擴(kuò)展性高、安全控制性能好的特點。
文檔編號G06F21/00GK101276384SQ20071006502
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
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