基于veriloghdl及aes加密電路設(shè)計(留存版)

　　

【正文】 逆運算，加、解密過程中使用的密鑰分組是相同的。軟件實現(xiàn)方式：即使用一種語言在一個操作系統(tǒng)或單片機上編寫加密程序。在之后的幾年里，DES加密標(biāo)準(zhǔn)迅速升溫，全球范圍內(nèi)DES開始滲透到各行各業(yè)，當(dāng)然了，加密算法最新都是為軍事服務(wù)的，后來逐漸進入民用領(lǐng)域。自上世紀(jì)70年代起，DES加密標(biāo)準(zhǔn)一直都是數(shù)據(jù)加密領(lǐng)域的重量級角色。因此，網(wǎng)絡(luò)信息安全這個名詞逐漸進入人們的眼球。 Encryption Standard 。另一種則打破了常規(guī)思路，把量子密碼學(xué)、DNA技術(shù)以及混沌技術(shù)等一系列非常規(guī)手段應(yīng)用到了信息加密上，不可不謂是另辟蹊徑。AES的先進性決定了其篩選的嚴(yán)格程度，這個征集過程歷時3年，進行三輪層層篩選，第一輪選出15種候選算法，第二輪對前一輪結(jié)果進行篩選，只剩下5個算法晉級，最后一輪又經(jīng)過詳細(xì)論證及三次研討會議，才最終確立了Rijndael算法的先進地位，并于2001年將其命名為AES新一代高級加密標(biāo)準(zhǔn)。因此，本次課題的學(xué)習(xí)目標(biāo)是重點掌握優(yōu)勢更為明顯的硬件實現(xiàn)方法。使密文的多樣性得到極大的拓展，使線性攻擊等手段對其無能為力。多項式表示為： () () 在有限域中還有一種乘法運算叫做乘，記作: 多項式表示為： ) ()在這個式子中，要是為0，多項式的系數(shù)依次向左移動1比特，最右邊空出來的1個比特我們用0來填充，這樣的改變并不影響該等式的結(jié)果；如若為1的話。好消息是，前人已經(jīng)總結(jié)了一套實用的Sbox計算方法。此外，在Rijndae1系統(tǒng)中數(shù)據(jù)以最初始的字節(jié)格式存在。 AES 加密算法工作模式 本文的第一章節(jié)里面就曾提到，AES加密算法屬于分組密碼，分組密碼的設(shè)計思想就是將不同位寬的明文和密鑰分成固定長度的明文組和密鑰組。②P層（線性混合層）：進行列混淆變換MixColumn和行移位變換ShiftRow，主要是為了確保多輪迭代后的數(shù)據(jù)高度擴散。該過程就是首先用HDL語言描述目標(biāo)電路，然后運用相關(guān)工具進行仿真（如Modelsim）、生成相應(yīng)的目標(biāo)文件（如EDA），最后再用ASIC或者FPGA方式來實現(xiàn)電路。位變換過程如圖34所示。相比較而言非并行擴展就不存在這樣的問題，所以，本課題采用的是非并行擴展方案。應(yīng)用Synopsys公司開發(fā)的后端設(shè)計工具Astro可以完成布局布線的設(shè)計，同時Astro還具有時序優(yōu)化的功能，可以再一次流程中使設(shè)計電路達到預(yù)設(shè)的指標(biāo)。致 謝光陰的流逝是客觀的，每一分，每一秒，不緊不慢，然而它卻常常被我忽略。總是在即將失去的時候才后悔曾今的不珍惜，面對白紙黑字，總覺得些許惆悵。圖41 DC綜合后門級電路圖圖42 AES門級電路1圖43 AES門級電路2圖44 AES門級電路3如圖4447所示，為DC過程生成的報告。000100001010011clkresetstart_ilast_key_i[127...0]round_i[3...0]sbox_data_i[7...0]ready_osbox_access_osbox_data_o[7...0]sbox_decrypt_onew_key_o[127...0] 圖311 keysched模塊狀態(tài)機 圖312 keysched模塊外部接口圖313 keysched模塊仿真波形 加密模塊Testbench設(shè)計該模塊的目的就是驗證在給予AES加密模塊相同的明文、完全一致的密鑰時，輸出結(jié)果是否相同。位變換（SubBytes）模塊仿真波形如圖36所示。它們一般面向特定的領(lǐng)域、針對特定的應(yīng)用、采用特定的層次，訂制程度高，但是由于彼此之間缺乏相應(yīng)的通用標(biāo)準(zhǔn)，因而基本不能跨領(lǐng)域通用。AES 的算法結(jié)構(gòu)非常簡單，以一個明文分組長度為128bit，輪數(shù)為10的加、解密整體結(jié)構(gòu)為例。確保AES能勝任各行各業(yè)的加密需求。由可以推導(dǎo)出： () () () ()本文闡述了這種方法的擴展數(shù)量管道狀態(tài)選項SBox設(shè)計。利用復(fù)合材料的使用領(lǐng)域設(shè)計的低功耗Sbox轉(zhuǎn)換。3）有限域上多項式的四字節(jié)運算 有限域中四字節(jié)表示為次數(shù)小于4的多項式。在公式中m表示階，p則代表特征值。第2章 AES算法的原理研究 分組密碼的研究分組密碼、序列密碼都屬于對稱密碼的范疇。因此，該課題的首要任務(wù)就是對先前已有的AES算法進行研究學(xué)習(xí)，然后再根據(jù)自己預(yù)期的功能需求對AES算法進行優(yōu)化設(shè)計，包括S盒優(yōu)化、列混合變換優(yōu)化及AES流水線結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。根據(jù)加、解密過程是否使用相同的密鑰，又能夠?qū)鹘y(tǒng)加密技術(shù)往下細(xì)分成私鑰和公鑰體制，即對稱和非對稱密碼體制。 Verilog HDL 。如論文涉及任何知識產(chǎn)權(quán)糾紛，本人將承擔(dān)一切責(zé)任。加密技術(shù)不僅局限于計算機范疇，現(xiàn)在已經(jīng)涉及到生物醫(yī)療、國防、航天等等領(lǐng)域。1976年，在美國斯坦福大學(xué)這個自由的學(xué)術(shù)天堂，Diffie和 Hellman提出了具有建設(shè)性意義的公鑰密碼的思想，時至今日，公鑰密碼早已經(jīng)早已傳遍大江南北，在全球范圍內(nèi)廣泛流傳，大量的應(yīng)用使其不斷發(fā)展，這過程中公鑰密碼又得到了長足的發(fā)展，并向下衍生出許多版本，RSA和Rabin體制、DiffieHellman 和ElGamal體制等等。在完成基本設(shè)計后，使用SYNOPSYS的DC和ASTRO進行綜合以及自動布圖設(shè)計，最后利用CADENCE進行模擬和驗證。分組密碼的設(shè)計思想就是把密鑰擴展算法從加密算法的整體中分割出來，密鑰的擴展不收加密算法的影響。 ， ()由式（）我們可以看出，以一個8位的數(shù)據(jù)為例。它由兩個子轉(zhuǎn)換組成。這種方法既吸引了()的技術(shù)，又和()中的許多有用的想法相一致。字節(jié)替換計算也是KeyScheduling計算過程所需的關(guān)鍵。由于篇幅有限，本文只對以上幾種工作模式作簡要說明。解密過程中，對字節(jié)代換、行移位變換和列混淆變換，它們分別使用相對應(yīng)的逆函數(shù)。相比較于其它仿真軟件，Modelsim只靠著一個內(nèi)核就可以同時兼容VHDL、Verilog HDL兩種語言的仿真，這一優(yōu)勢可謂獨樹一幟，無人能及。MixColumns是列的變換，它包括word_mixcolumn模塊，然而每個word_mixcolumn又包括4個byte_mixcolumn。AES 1AES 2激 勵算法轉(zhuǎn)換檢 查 輸 出 結(jié) 果圖314 Testbench驗證原理圖圖315 Testbench仿真波形第4章 AES加密系統(tǒng)的綜合與布局布線 綜合及布線開發(fā)工具的介紹 Synopsys DC Design Compile，簡稱DC，它是synopsys的綜合軟件和優(yōu)化工具，它能夠把寄存器(RTL)級的代碼轉(zhuǎn)化為門級網(wǎng)表。所有的這一切都是信息化時代最鮮明的標(biāo)志，與此同時，數(shù)據(jù)的安全性越來越被人們重視，不能保證數(shù)據(jù)的安全，信息化就只能舉步維艱。其次還要感謝陳煥駒同學(xué)，由于我們的課題都是關(guān)于AES加密算法，畢設(shè)過程中遇到好多問題，都是在相互討論中才得以解決的。AES是經(jīng)過長期的實踐經(jīng)驗檢驗的現(xiàn)今最高的加密標(biāo)準(zhǔn)。得益于Synopsys的兩項新技術(shù)（PhySiSys和Milkyway DUO結(jié)構(gòu)），Astro擁有優(yōu)秀的優(yōu)化及布局布線能力。非并行擴展：子密鑰生成和輪運算過程是不同步的，密鑰擴展模塊單獨運行，并將生成的各輪子密鑰進行存儲，然后供各輪加解密運算使用。AES加密電路仿真波形如圖33所示。第3章 AES 算法模塊的設(shè)計及仿真 開發(fā)環(huán)境介紹 硬件描述語言(HDL)介紹硬件描述語言即Hardware Description Language，簡稱HDL。 4) 輸出反饋模式（OFB）輸出反饋模式相較于CFB，變塊密碼為流密碼就是輸出反饋