随着嵌入式系统和可编程逻辑技术的发展,硬件系统中的知识产权问题逐渐敏感,本文针对目前日益猖獗的硬件系统抄袭和侵权行为,研究并提出一种基于片内真随机数发生器和AES高级加密算法的硬件身份认证系统,以较少的资源使用实现了硬件功能保护功能。本文首先探讨了硬件功能保护系统的方案,以资源占用和可行性为出发点选定了AES算法作为本系统的加密算法,并以随机数作为临时认证凭证的安全策略。在此基础上,本文提供了单向认证和双向认证两种安全等级的硬件身份认证机制和系统架构。在实现和验证阶段,本文研究了AES算法的数学基础、数学原理、算法流程以及算法安全性问题,并分别以标准C语言和VHDL语言完成了硬件身份认证双方的系统设计和实现。文章还具体讲述了具有课题特色的片内真随机数发生器的理论研究及其FPGA实现和改进过程。在测试和认证部分,本课题从硬件系统和数据分析系统两部分着手:一方面搭建了基于大容量片外SRAM的虚拟仪器验证系统,完成大样本的实时数据采集和系统的功能验证;另一方面采用了美国国家标准研究所(NIST)提供的标准化测试工具和本课题自行编写的基于Matlab的数据分析和验证系统,对数据样本进行多方面的统计分析和安全评估。通过多次的系统功能验证和分析改进,以及反复的实际运行测试,本文最终实现了一种资源使用合理,但性能优秀的硬件功能保护系统。