下一代WLAN关键安全技术研究及其Gbps VLSI架构

下一代无线局域网（WLAN）是以高性能、高数据吞吐率为特征的新一代无线数据传输标准。WLAN技术得以应用的一个关键基础是安全认证及数据传输保护技术。以现有IEEE 802.11i和国标WAPI协议为主流标准的WLAN安全协议，面对下一代WLAN以低成本、高性能（Gbps）为特征的安全防范措施要求仍存在着不足。本项目旨在针对两部分内容展开研究。一是研究高效率、低成本的密钥交换算法与高性能（Gbps）的动态数据加密技术，提出新的算法、新的结构，以及优化现有的安全认证协议；二是在此基础上，以低功耗、高性能为目标，将所提出的新算法和协议进行面向VLSI的架构映射，并获取各种VLSI实现的实验数据与结果。本项目的研究有助于发展具有我国自主知识产权的下一代WLAN关键安全技术，特别是针对宽带通信SoC的VLSI架构设计和关键密码算法引擎的架构设计具有重要的前瞻意义。

本项目属于微电子、通信信号处理与密码学的交叉应用领域，是对面向未来4G、下一代WLAN宽带通信SoC及无线数据传输应用等研究领域里的共性关键技术的基础性、预研工作。解决更高效、更低耗的安全认证算法及其算法架构与高性能VLSI 架构设计，高性能、高吞吐率（Gbps）的动态自适应数据加密算法以及低功耗、低成本的安全协议算法引擎等方面的共性关键技术问题。. 基于研究团队已有工作，研究高效率、低成本的密钥交换协议设计，提出了一种基于ECC算法的快速安全的密钥交换协议，支持安全的相互认证，密钥建立和在不信任网络之上的密钥确认。研究比较应用于WLAN加密的分组算法，研究高性能、低成本的AES硬件实现算法。研究低成本、低功耗、高性能的ECC认证算法及VLSI实现，提出低功耗、低成本的ECC设计方案，基于ECC算法认证的3步认证协议具有较高的效率、较低的运算需求，且可以保持较低的实现代价。研究应用于高速WLAN的动态加密加密算法方案设计及VLSI实现，设计了一种可动态完成加密算法选择的方案及其硬件设计架构。建立高速WLAN的动态加密加密算法方案仿真模型，将该高速WLAN的动态加密加密算法方案集成于团队完成的802.11n soc芯片中，达到高速（Gbps）无线局域网的吞吐率要求及符合TKIP/CCMP安全认证标准。对高速WLAN的动态加密算法引擎制作了FPGA系统验证板。基于SMIC0.13um标准工艺，完成芯片电路设计，对其进行完整的功能仿真、时序分析，评估高速WLAN的动态加密算法引擎综合参数指标。工作频率吞吐率达到预期性能指标。所设计高速WLAN的动态加密算法引擎可适用于未来宽带通信高吞吐率（基带通信速率>1Gbps），低功耗，多安全认证模式的需求。. 本项目申请6项国内发明专利，1项已授权，2项近期内会授权；发表了22篇学术论文，其中EI检索15篇、国内国际期刊15篇、国际会议7篇。参与国际学术会议交流2次。本课题解决了更高效、更低耗的安全认证算法，下一代网络所要求的高性能、高吞吐率（Gbps）的动态自适应数据加密算法，以及低功耗、低成本的安全协议算法引擎等方面的共性关键技术问题，将有助于促进未来4G宽带通信、下一代无线局域网、无线高清视频传输技术发展、标准制定、产业发展。