随着智能电子与通信技术的快速发展,物联网设备数量和性能都得到快速提升,万物互联的趋势越发显现出来。随着万物互联必将组建成的庞大通信网络,该网络的安全问题也愈发严峻。目前大部分的物联网设备主要是利用网络层和系统层进行软件算法防护,该防护解决方案不能满足设备本身的安全需求而导致用户设备数据可能被窃取。所以本文提出在物联网设备中增加安全模块进行设备数据防护,进而提升设备节点通信数据安全性,杜绝用户数据泄露及其在信道传输过程中被黑客获取的可能性。目前业界已经有应用于设备节点的安全模块推出,但是应用于物联网设备的安全模块解决方案较少,并且大部分业界的安全模块的安全芯片为国外的安全芯片或支持国际加密算法的安全芯片。随着中美贸易摩擦的推进,同时我国自主设计的国家密码算法已经获得国际密码认证,研发并应用我国具有全知识产权的国密安全芯片很有必要,对于个人乃至国家的信息安全保障具有较大意义。在这样的背景下,本文采用基于国家密码算法和国产微控制器研发商用密码安全芯片,并基于该芯片研发安全模块应用于物联网设备的加密通信和设备认证等功能。本文的商用密码安全芯片采用AHB总线作为系统通信总线,以平头哥半导体研发的32位国产低功耗安全微控制器E802作为C P U,集成自主设计国密算法IP、自主研发物理不可克隆函数IP和真随机数发生器IP,同时集成通用接口UART、SPI、I2C和GPIO等。本文将完成芯片的设计、前端仿真和后端实现工作,最后通过中芯国际的110nm工艺完成商用密码安全芯片流片。本文基于商用密码安全芯片研发物联网安全模块,主要包括硬件电路设计、软件函数库设计和模块应用测试三个部分。首先根据具体需求进行进行硬件电路设计,主要包括主控电路、电源电路、JTAG电路以及相关外围电路。随后根据实际应用需求设计底层驱动函数库,主要包括SM4加密函数、SM3杂凑函数和SM2函数的设计。安全模块设计完成后将进行功能测试,具体包括Wi Fi功能测试、身份认证测试、文档加密测试以及图像加密测试。最后本文的安全模块应用于物联网设备的典型应用场景,场景包括智能家居设备和USB Key。功能测试和实际应用结果表明本文的安全模块可实现稳定有效工作,工作性能达到预期需求,具有较好的实用效果。