基于veriloghdl及aes加密電路設計(已修改)

　

【正文】 畢業設計報告(論文) 基于Verilog HDL的AES加密電路設計 所屬系 電子工程系 專 業 電子科學與技術 學 號 01310248 姓　　名 張 學 敏 指導教師 王 剛 起訖日期 設計地點 東南大學成賢學院 畢業設計報告（論文）誠信承諾 本人承諾所呈交的畢業設計報告（論文）及取得的成果是在導師指導下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻。如論文涉及任何知識產權糾紛，本人將承擔一切責任。 學生簽名:日 期:基于Verilog HDL的AES加密電路設計摘 要 現在的信息化社會，計算機技術正飛速地朝著快速、便攜方向發展，這就意味著電子形式的數據及個人信息正逐漸被我們廣泛使用。因此，網絡信息安全這個名詞逐漸進入人們的眼球。如何才能保證私密信息不被外界竊取已經成為現在學者們研究的重點項目。本課題正是在這樣的背景下提出的，目的是基于Verilog HDL設計一個AES加密電路。課題完成過程中的主要內容包括AES加密算法的原理分析和優化設計，以及后續的硬件實現。設計AES加密電路的核心就是AES加密算法的實現。因此，本文先對AES算法的原理進行了介紹，包括S盒、行列混合變換及AES流水線結構等。其次，本文將AES加密電路進行了模塊劃分，就Verilog HDL描述及Modelsim仿真作了一一介紹。最后給出了用SYNOPSYS的DC和ASTRO進行綜合以及自動布線的設計過程。關鍵字： AES；加密標準；算法；Verilog HDL；Modelsim . The design of AES encryption circuit based on Verilog HDLAbstract Nowadays , the puter technology is in a rapid development in the direction of fast and portable in the information society . This means that the electronic form of data and personal information is widely used by us . Therefore , the network information security has aroused people’s attention . The way of how to keep the private information away from the outside world to steal has became the focus of the scholars study now . This topic is put forward in the background I mentioned before in purpose that design a circuit of AES encryption based on Verilog HDL . There are serval tasks to be done according to the subject , including the principle of AES encryption algorithm in the process of analysis and the subsequent hardware implementation . Firstly , the core of the design of AES encryption circuit is the implementation of AES encryption algorithm . Therefore , this article introduces the principle of AES algorithm , including the Sbox 、shiftrows、mixcoloumns and AES line ranks , etc . Secondly , this paper pared the AES encryption circuit module partition and introduced Verilog HDL description and Modelsim simulation one by one . Finally , it gives the design process of use Synopsys DC and Astro to finish the prehensive and automatic wiring . Key Words : AES 。 Encryption Standard 。 Algorithm 。 Verilog HDL 。 Modelsim .目 錄第一章 緒論 1 課題研究背景及意義 1 研究現狀 1 國內外加密算法的研究現狀 1 數據加密標準的研究現狀 1 課題主要研究內容 2 設計流程的介紹 2 軟硬件實現方式的介紹 2第二章 AES算法的原理研究 4 分組密碼的研究 4 AES 加密算法的數學理論 5 含有有限個元素的域 5 有限域上的多項式及運算 5 輪變換與密鑰擴展 7 AES 加密算法工作模式 10 AES算法的整體結構 10 本章總結 12第三章 AES 算法模塊的設計及仿真 13 開發環境介紹 13 硬件描述語言(HDL)介紹 13 Modelsim仿真軟件 13 AES 加密模塊總體架構 13 位變換模塊設計SubBytes及Sbox 15 列混合變換模塊設計MixColumns 16 密鑰擴展模塊設計keysched 17 加密模塊Testbench設計 18第四章 AES加密系統的綜合與布局布線 20 綜合及布線開發工具的介紹 20 Synopsys DC 20 Synopsys Astro 20 綜合和布局布線 20 過程概述 20 DC生成的門級電路和報告 20 Astro版圖生成流程 23 Astro生成的版圖 23第五章 總結與展望 25 全文總結 25 展望 25致 謝 26參考文獻 27II東南大學成賢學院畢業論文第1章 緒論 課題研究背景及意義在我們工作和生活的當今社會中，信息技術飛速地發展，個人數據的安全性日益被人們重視，網絡信息安全這個名詞逐漸進入人們的眼球。如何才能保證私密信息不被外界竊取已經成為現在學者們研究的重點項目。加密技術不僅局限于計算機范疇，現在已經涉及到生物醫療、國防、航天等等領域。就拿我們息息相關的現實生活來說，我們的私人賬號，個人密碼，網絡賬戶資料等信息在互聯網上的傳輸交換過程都離不開加密技術，有了足夠安全的加密方法，我們才能更從容地享受信息時代的極大便利性。自上世紀70年代起，DES加密標準一直都是數據加密領域的重量級角色。然而，伴隨著電子技術的快速發展，計算機硬件的表現可以說在穩步飆升，數據交換量空前，DES加密標準的安全性面臨空前的挑戰，事實上，實踐表明DES已漸漸不堪復用，無法滿足高端用戶的需求。因此，從1997年1月開始，美國國家標準與技術研究所（NIST）高瞻遠矚地開始征集新一代的加密標準，并在2001年11月公布了高級數據加密標準（AES），從此確立了AES加密算法在數據加密算法領域不可動搖的地位。AES設計目的就是用于取代漸漸過時的DES以及其升級版本3DES，進入21世紀后，AES算法開始走向成熟，被廣泛地應用于各個不同領域，其實用性、安全性的強悍不容置疑。緒論部分我將著重介紹國內外加密算法以及數據加密標準的研究現狀，對課題主演研究的內容作簡要概括，并對比軟硬件實現方式的優缺點，在此基礎上介紹設計流程。 研究現狀 國內外加密算法的研究現狀密碼技術主要由密碼編碼技術和密碼分析技術兩部分組成。為了使用戶的數據得到保護，運用高效的算法和協議對數據進行加密和認證的技術被稱為密碼編碼技術，相反，通過分析算法和協議，進行各種攻擊從而達到破解密碼的目的的行為稱為密碼分析技術。加密技術和密碼分析技術兩者相互矛盾，多年以來它們相互競爭，于斗爭中加密技術飛速發展。從目前已經被提出的加密思想來看，一種就是公鑰密碼、分組密碼、序列密碼等基于數學思想的加密技術。另一種則打破了常規思路，把量子密碼學、DNA技術以及混沌技術等一系列非常規手段應用到了信息加密上，不可不謂是