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随着移动设备的小型化和普适计算的快速发展,以无线传感技术为依托的无线传感器网络正成为研究热点。考虑到无线传感器网络节点的通信信道,使用环境的开放性,其安全性成为研究中面临的重大问题。IEEE802.15.4协议已经成为无线传感器网络事实上的应用标准,该协议采用基于高级加密算法AES(Advanced Encryption Standard)的CCM安全模式。无线传感器网络节点的软硬件资源非常有限,并且往往是通过电池供电,其成本和能耗是设计时所必须考虑的关键因素。因此,为无线传感器网络节点设计独立的低能耗、小面积的安全协处理器成为一大挑战。本文针对无线传感器网络节点资源受限的强约束条件,研究了一种小面积、低能耗的IEEE802.15.4 CCM-AES安全协处理器电路实现。首先研究了AES加密核的结构及实现方法。在选取了S盒的实现方法之后,采用不同数据总线宽度和不同S盒个数,实现了3种结构的AES加密核。在对面积、能量消耗和吞吐率等参数权衡考虑后,最终选取了2个S盒,8位数据总线宽度的硬件结构。再分别采用2个AES核作为加密和认证使用,构成CCM协处理器,并通过将加密部分与认证部分并行处理、复用密钥扩展单元等方法来减小整个CCM实现面积,并进一步减小能量消耗。本文首先用Verilog HDL(Hardware Description Language)硬件描述语言对安全协处理器进行了RTL级描述,然后通过EDA工具进行了逻辑仿真和综合。基于UMC 0.25μm工艺综合的结果表明,论文设计的协处理器面积为14936等效门,在10MHz的频率下,吞吐率仍能达到7.2Mbps,功耗为0.44mW/MHz。仿真和实验结果表明,本文所设计的IEEE802.15.4 CCM-AES协处理器满足小面积、低能耗和高安全性的设计要求,能够保障无线传感器网络节点的通信安全。