[实用新型]一种用于动态令牌系统的主控芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于动态令牌系统的主控芯片。 

背景技术

动态密码是一种一次性密码，每个密码只能使用一次。动态密码可以随时间、次数和挑战信息而变化。 动态密码具有良好的安全性，广泛适用于各类信息系统。 目前动态令牌的应用场合很多，主要集中在网络游戏、财务软件系统、ERP软件系统、政府电子政务系统、军队系统、VPN虚拟专网系统、金融系统等对密码安全要求较高的软件系统中，尤其是在金融系统中，动态令牌的使用场合很多，目前在金融系统中， 主要采用免费发放的方式，这样对动态令牌的成本要求很严格。据悉，工商银行2013的动态密码器年采购量已经超过2000万片，全国金融系统中的动态令牌的采购量在2013年已经超过一亿片。如果以每个动态令牌成本价格5元人民币计算，全年金融系统中动态令牌的采购成本超过5亿元人民币。目前市场上动态令牌中采用的主控芯片主要是用台湾或者日本的mcu芯片，mcu芯片不是动态令牌的专用芯片，所以芯片中的不少资源是没有用的，同时mcu芯片不是动态令牌的专用芯片，所以存在下面现象：①MCU中的功能在动态令牌系统中用不到；②MCU中部分功能太复杂，动态令牌系统中要求简单；③动态令牌中要求运行算法的时候要快，目前的mcu主流是8位的，速度上受到限制。这些都无形中影响了动态令牌的功能和成本。

影响最终以芯片为中心的系统的功耗主要有受下面几个因素影响：设计的逻辑门数，芯片die的面积 ，芯片的设计方法，芯片在实际使用的时候运行方式，这些都会影响到最终系统的功耗。目前的芯片设计中，功耗主要包括分为动态功耗和静态功耗。动态功耗主要是电平的翻转引起电容的冲放电引起的功耗，降低动态功耗可以采用clock gate的方法，通过关闭模块的时钟来阻止信号的翻转来降低动态功耗。静态功耗是指芯片上电之后，没有晶体管开关情况下的功耗，主要来源于芯片的漏电流，芯片的漏电流受晶体管的类型影响。

动态令牌主要有三种形式：时间型、事件型、挑战/应答型。三种形式的令牌都要求上电后芯片一直处于有电状态（掉电之后芯片算法使用的种子信息会丢失），目前市场上的动态令牌主要采用纽扣形状的锂电池供电，其储存的电能有限，因此降低动态令牌主控芯片的功耗就能够间接的降低动态令牌的整体功耗，延长动态令牌的使用时间（使用时间主要依赖主控芯片在休眠模式和深度休眠模式时候的功耗）。降低芯片的功耗主要是在芯片设计的时候采用低功耗技术，低功耗技术在上世纪90年代开始在实际应用中受到广泛关注和发展，低功耗的好处也逐渐体现出来：

1、功耗降低，提高了电路的可靠性；因为温度升高，电迁移增加，温度高到一定程度会导致芯片不工作；

2、降低了芯片封装成本；芯片功耗降低可以采用更廉价的封装材料；

3、降低了功耗，延长了采用电池供电产品的使用时间，尤其是对手持设备等相关产品的影响意义重大。

随着工艺的发展，尤其0.18um制程以下的工艺(130um,90um,45um等等)，静态功耗占整个芯片的比例越来越大，静态功耗成为影响芯片整体功耗的一项重要指标；目前主要的办法是根据芯片的工作状态把芯片中暂时不用的逻辑部分的电源关掉（采用power gate 的方法），使用的时候再开启，这样能最大程度的降低芯片的静态功耗。

目前采用的动态令牌中mcu 芯片的结构，见图1，包括通用MCU芯片、POR & PDR 等模块，模拟基准提供整个芯片的电压或者是电流的基准，时钟有低频时钟和高频时钟，目前动态令牌中MCU芯片采用LDO的方式作为电源转换单元；涉及到的模拟模块有Lcd driver & lcd bias  & POR& PDR & ADC & 模拟基准 & 其他模块中包含的模拟模块。

现有的使用mcu做成的动态令牌系统的各种工作模式主要有休眠模式和正常的工作模式，休眠下降低功耗依赖于关闭系统的时钟（休眠模式下仍要工作的模块仍提供时钟），通过降低芯片的动态功耗来降低芯片系统功耗。休眠模式和工作模式之间切换的时候涉及到的相关动作，见图2。三种形式的令牌，大部分时间都是工作在休眠模式，尤其是挑战型令牌。