随着计算机技术的发展,信息安全问题越来越受到广泛关注。其中计算平台的安全成为影响信息安全、信息社会发展的关键性问题。尤其随着互联网技术的发展,计算平台呈现出分布式、多样化的发展趋势,因此保障计算平台的安全、实现计算的可信是构建信息安全的基础,值得我们深入研究。作为计算平台运行机制能够正常工作的基础,硬件安全机制是保障计算平台的硬件正常运行的核心机制,也是计算平台安全的源头。可信计算在保障计算平台的安全上发挥了重要的作用。基于可信计算理论构建的可信计算平台、可信平台模块等标准和规范,是众多可信计算安全产品的指导标准,在以通用计算机为主的计算机安全中发挥了重要作用。作为与通用计算机架构上相近的嵌入式系统,随着集成电路的发展,其使用数量以及应用范围正不断扩大。因此,对于嵌入式系统计算的安全性问题应该引起我们的重视,这也是本文的立题所在。本文通过研究嵌入式系统计算的特点,以实现嵌入式系统安全计算为目标,从硬件安全机制的角度研究如何在嵌入式计算平台上实现可信计算的方法和实施机制。论文的工作主要体现在以下几个方面:1.可信计算作为一种保障计算平台安全的有效机制,在通用计算平台发挥了重要的作用。论文中研究了可信计算理论以及相关规范,通过分析当前可信计算平台的以下不足,结合嵌入式系统计算的特点,给出了一个在嵌入式计算平台中实现可信计算的系统架构。架构设计上将基于FPGA的硬件设计方法与嵌入式系统设计相结合,从硬件系统性能到安全计算的可行性等多个方面对系统架构的安全机制进行了研究,并对该系统架构下保证计算平台安全的几个重要硬件安全机制进行了分析和说明。2.分析研究了可信计算中的信任链的相关理论及工作机制。以在嵌入式计算平台中建立动态信任链为目标,结合星型信任链结构建立了一个动态完整性度量模型(DIMM)。并以此度量模型为指导,研究了在嵌入式系统中构建动态信任链的硬件实现机制。研究中将基于FPGA动态可重构的硬件设计方法应用到动态信任链的构建上来,从实现方法上是新颖的。同时,针对建立动态信任链的建立机制,设计了一个验证系统对动态度量机制进行了验证。3.通过研究当前TPM架构中密码学系统所采用的加密算法及实现机制,结合嵌入式计算平台在应用中的特点,提出了一个嵌入式系可信平台模块ETCM的结构。该架构下的密码学系统中,采用ECC椭圆曲线加密算法以替代RSA非对称密码算法;采用SMS4对称密码算法以弥补TPM规范中对于对称密码算法没有明确配置的不足。论文中针对这两种加密算法从硬件实现的角度进行了设计和优化,并对设计进行了仿真和综合。针对主要加密算法的硬件化设计是保障嵌入式系统中高效完成可信计算的一个重要的硬件安全机制,同时这一实现方法和设计可以应用到多种不同架构的嵌入式计算平台中。论文中基于计算平台硬件安全机制的研究对于提高嵌入式系统整体的安全性具有重要的意义，为后续进一步研究和实现可信嵌入式系统提供了一些有益的建议。文中采用 FPGA 这一硬件设计方法进行设计和验证，也是当前集成电路系统设计方法中一种重要的设计验证方式。本文的研究工作同时为嵌入式处理器、ASIC、FPGA 等高性能集成电路的设计和生产在安全性上提出了要求。