信息安全芯片
信息安全芯片
密码芯片，……
信息安全芯片——市场
基本认识
宏观估计：保密通信、身份识别、数字签名， 各界对信息安全问题的重视=市场机会 不能及时提供产品、创造需求=市场机会的丧失 目前处于发育阶段，需各方努力，共同推动；但市场的最终形成需要 一个过程 未来规模：不确定 如果能让每一个人有一台数字签名和验证的机器，则市场规模应该不 小！
“Variable Radix Multiplier Coding Algorithm”，陈弘毅、盖伟新， U.S.P5828590，1998.10.27
“Systolic Linear Array Modular Multiplier with Pipelined Processing Element”，陈弘毅、盖伟新，U.S. P6061706， 2000.5.9
信息安全芯片——问题
算法
空缺：国内标准算法 矛盾：国内标准与国际通行算法
如何规划芯片 微控制器与CPU 工艺、流片、投片 防攻击
防逻辑攻击 防物理攻击
国家“十五”科技计划
算法标准
随机数 分组算法 消息摘要 ECC
算法的芯片实现
数字物理噪声源 分组加密芯片 ECC（192，素数域，300次/秒） RSA（1024，2000次/秒） SOC方式（192，2000次/秒；1024，2000次/秒）
清华微所工作介绍——过去
AES • THS00111 AES
• 0.35m CMOS 工艺 • 4万门 • 面积3x3mm2 • 时钟频率66MHz • 数据处理速度844.8Mbit/sec • 上海华虹NEC（2002年）
清华微所工作介绍——过去
RSA
THM256 模幂乘处理器(1997年) • 基于Montgomery算法 • 线性脉动阵列流水线结构 • 256bit试验芯片 • 规模：18677等效门 • 24腿DIP封装 • 0.8m双层金属CMOS工艺， • 实测时钟频率90MHz以上 • RSA加解密运算速度达117 Kbps • 如0.25m工艺可获1 Mbps数据率 • 欧洲CMP公司加工制造
典型算法
RC4 DES，3DES，IDEA，AES MD4，MD5，SHA-1 RSA，ECC
信息安全芯片——技术
芯片类型
单功能：DES，3DES，AES，RSA，物理噪声源 多功能 高端、低端 SOC、ASIC 嵌人式（Embedded systems)
特征
输入输出数据宽 防攻击 目前一种趋势：扩展CPU功能，包括大数处理功能
清华微所工作介绍——过去
保密机微电子化
密码产生: 3m硅栅N阱CMOS 面积:4.37 4.48 mm2 (1994年) 上海贝岭
清华微所工作介绍——过去
密码流发生器：
1.2μm双层金属布线N阱CMOS门阵列基片 主时钟可达30MHz，低电压工作：3.3V以下，低功耗，小于2mw 上海贝岭（1998）
组织实施（各方协调）
清华微所工作介绍——过去
信息安全芯片近20种
微小型保密机：2种 保密机微电子化：3种 保密电台：2种 密码专用芯片：完成2种；在做3种 IC卡芯片：完成4种；在做4种
专利
美国发明专利3个
清华微所工作介绍——过去
微小型保密机
密码序列产生ASIC IC854-3 4m P阱CMOS工艺， 面积5.6x6.0 mm2 (1991年) 上海贝岭
清华微所工作介绍——过去
码流相关器：
N阱1.2m双层金属CMOS工艺 低电压：3.3V以下，低功耗：静态功耗小于1mw 上海贝岭（1999年）
清华微所工作介绍——过去
DES和Tri-DES • THS00110 DES处理器
• 标准DES算法 • 单片ECB模式的DES加密与解密 • 40管腿双列直插封装(DIP-40) • 1.2m CMOS 工艺， • 8千门，7x7mm2 ， • 时钟频率10MHz， • 数据处理速度40Mbit/sec • 无锡上华（2000年）
信息安全芯片
——市场、技术与问题
清华大学微电子学研究所 陈弘毅
内容提要
信息安全芯片
必要性 市场 技术 问题
国家“十五”科技计划 微所工作介绍
过去 现在 未来
信息安全芯片——必要性
信息安全问题 信息安全技术
密码技术，……
密码技术
密码算法+密码协议
密码芯片
密码算法或协议的有效实现
序列密码同步ASIC IC854-4 4m P阱CMOS工艺硅栅门阵列设计 芯片面积5.7x5.8 mm2 (1991年) 上海贝岭
清华微所工作介绍——过去
保密机微电子化
保密机同步电路： 4m P阱CMOS工艺 面积：4.7 4.4 mm2 (1992年) 上海贝岭
密码接口: 3m硅栅N阱CMOS 面积:4.37 4.48 mm2 (1993年) 上海贝岭
清华微所工作介绍——当前
清华微所工作介绍——过去
SHA-1：
• 0.6m双层金属CMOS工艺 • 1万7千等效门 • 面积：4x4 mm2 • 时钟频率：25MHz • 数据处理速度：175Mbit/sec • 无锡上华（2002年）
清华微所工作介绍——过去
专利
“A Method of Modular Reduction and Modular Reduction Circuits”，陈弘毅、盖伟新，U.S.P5793659， 1998.8.11
国内状况
国家政策 市场壁垒 发展空间 部门、行业中的应用（银行、税务、证券、海关、……） 缺乏通用产品（通信、电子政务） 市场的形成 国外产品的渗透
机会与挑战
提供合适产品=抓住机会 供给创造需求 需求引导供给 数字证书——数字奥运
信息安全芯片——技术
算法类型
随机数发生器（真、伪） 分组算法 消息摘要算法 公钥算法
信息安全芯片——市场
中间产品、辅助产品
客户
系统集成
系统方案
芯片
信息安全芯片——市场
产品状况
随机数发生器：RNG(Random Number Generator) 对称密码算法：DES，3DES，AES 非对称密码算法：RSA，ECC 安全处理器平台：SOC(MPC180)
信息安全芯片——市场
