基于XC2S300E芯片的高级加密标准算法的FPGA设计

摘要

加密算法一直在信息安全领域起着无可替代的作用,它直接影响着国家的未来和发展.随着密码分析水平、芯片处理能力和计算技术的不断进步,原有的数据加密标准(DES)算法及其变形的安全强度已经难以适应新的安全需要,其实现速度、代码大小和跨平台性均难以继续满足新的应用需求.在未来的20年内,高级加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.高级加密标准算法是采用对称密钥密码实现的分组密码,支持128比特分组长度及128比特、192比特与256比特可变密钥长度.无论在反馈模式还是在非反馈模式中使用AES算法,其软件和硬件对计算环境的适应性强,性能稳定,密钥建立时间优良,密钥灵活性强.存储需求量低,即使在空间有限的环境使用也具备良好的性能.在分析高级加密标准算法原理的基础上,描述了圈变换及密钥扩展的详细编制原理,用硬件描述语言(VHDL)描述了该算法的整体结构和算法流程.详细论述了分组密码的两种运算模式(反馈模式和非反馈模式)下算法多种体系结构的实现原理,重点论述了基本体系结构、循环展开结构、内部流水线结构、外部流水线结构、混合流水线结构及资源共享结构等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基础上,采用自顶向下设计思想,论述了高级加密标准算法的FPGA设计方法,提出了具体模块划分方法并对各个模块的实现进行了详细论述.圈变换采用内部流水线结构,多个圈变换采用资源共享结构,密钥调度与加密运算并行执行.占用芯片面积及引脚资源较少,在芯片选型方面具有很好的适应性.

目录

文摘

英文文摘

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1引言

1.1高级加密标准算法研究的现状和意义

1.2论文主要研究内容

1.3论文章节安排

2AES算法原理

2.1 AES算法的数学基础

2.2 AES算法描述

2.3 AES算法的安全性能

2.4本章小结

3 AES算法FPGA设计分析

3.1 FPGA设计方法与开发流程

3.2 XC2S300E芯片简介

3.3 AES算法实现的模块划分

3.4本章小结

4 AES算法硬件实现描述

4.1接口模块和控制模块描述

4.2加密运算模块描述

4.3密钥扩展模块描述

4.4本章小结

5总结

致谢

参考文献

附录1(攻读学位期间发表论文目录)

附录2缩略语