SHA-256算法的硬件优化实现及应用研究

摘要

随着社会信息化的高速发展，信息安全成为人们所关注的焦点。信息安全不仅关系到一国政治、经济的安全，也关系到社会乃至国防等各个方面的安全。鉴别信息的来源及维护信息的完整、保证信息不被盗取或篡改至关重要。SHA-256算法属于哈希算法的一种，用来生成信息摘要，具有高抗碰撞能力、不可逆性等特点;在信息传递中，结合其他密码技术，能够保证信息完整性及不可否认性，被广泛地应用在公钥密码、数字签名、身份认证、消息完整性验证以及互联网安全协议等方面。
　　由于SHA-256算法应用广，如何提高SHA-256算法性能已成为当今密码学的重点研究方向之一。硬件实现SHA-256算法速度快且抗攻击性能力强，因此，硬件实现高性能SHA-256算法及应用是本文的主要工作。
　　具体内容如下:
　　1.为了提高工作频率，增大吞吐率，利用流水线的设计思想，对循环单元计算过程重新进行设计，减少关键路径计算长度，完成SHA-256算法的四级流水计算;同时，对算法结构进行调整，减少了面积占用，提升了SHA-256算法性能。
　　2.为解决账号、密码、手机动态验证码泄露以及在公共wifi中信息传输不安全的问题，设计了基于动态验证码的三级身份认证协议，以实现更安全的身份认证过程;同时，完成了基于SHA-256算法的动态验证码产生过程设计及硬件实现仿真。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及其意义

1．2 SHA-256算法的发展及研究现状

1．3 主要工作内容

1．4 论文章节安排

第二章 SHA-256算法

2．1 SHA-256算法的应用

2．1．1 对称加密算法

2．1．2 非对称加密算法

2．1．3 SHA-256算法

2．2 SHA-256算法

2．2．1 算法介绍

2．2．2 函数及常量定义

2．3 SHA-256算法计算过程

2．3．1 消息填充

2．3．2 数据块扩展

2．3．3 设置初始哈希值

2．3．4 循环计算与输出

2．4 小结

第三章 SHA-256算法的优化设计

3．1 SHA-256算法硬件结构基础

3．2 SHA-256算法硬件优化分析

3．2．1 硬件优化方法

3．2．2 设计分析

3．2．3 优化设计

3．3 SHA-256算法硬件实现设计

3．3．1 Kt生成单元设计

3．3．2 Wt生成单元设计

3．3．3 控制单元设计

3．3．4 循环计算单元设计

3．3．5 哈希值输出单元设计

3．3．6 SHA-256算法总体架构设计

3．4 SHA-256算法仿真综合和性能分析

3．4．1 SHA-256算法仿真

3．4．2 综合与性能分析

3．5 小结

第四章 基于SHA-256算法的动态验证码设计及实现

4．1 动态验证码分析及身份认证协议设计

4．1．1 手机动态验证码分析

4．1．2 身份认证协议设计

4．2 基于SHA-256算法的动态验证码设计

4．2．1 基于SHA-256算法产生动态验证码的可行性分析

4．2．2 基于SHA-256算法产生动态验证码

4．2．3 硬件仿真

4．3 小结

第五章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢