基于FPGA的RSA快速加密算法的改进

摘要

伴随着计算机网络技术的快速发展，信息化时代的来临，各种信息泄露频繁发生，信息安全成为信息时代人们最关注的问题之一。如何在保证信息安全的前提下RSA加密算法能够快速实现加密，具有非常重要的现实意义,本文正是针对这个问题展开的研究。通过对RSA加密算法的研究，本文从算法改进和硬件实现两个方面来提高加密的速度。
　　本文首先对RSA加密算法研究分析，加密过程实际上是模幂运算的过程。通过对几种快速模幂算法的研究和对比分析，确定采用适合硬件加密的R-L模式高进制算法来实现快速模幂运算，这样就将模幂运算转换成了模乘运算。其次，对几种快速模乘算法的分析，确定采用适合在硬件中实现的Montgomery模乘算法。最后，对R-L模式的高进制算法、Montgomery模乘算法和SMM优化算法在加密处理过程进行了分析，确定了这三种算法在加密过程中从不同方面对加密算法均有优化作用。将这三种算法融合应用到加密算法中，提出了改进的RSA加密算法。对加密模块进行了整体设计和整体流程设计，设计出了多路并行和单路流水线的整体流程。其次，设计出大数的加、减、乘模块以及模乘模块。再次，利用仿真软件 Modelsim对设计的加、减、乘模块以及模乘模块进行了仿真，验证了模块功能的正确性，得出了各个模块运算的时延和处理速度。最后，利用流水线处理速度这一指标估算出加密系统的最慢速度和延迟，通过对比分析得出该加密系统的加密速度优于其他系统的加密速度，实现了快速加密，在FPGA上最终快速实现了改进的RSA加密算法。

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第1章 绪 论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究发展现状

1.3 本文所做的主要内容

1.4 本文的结构框架

第2章 主要研究的算法

2.1 RSA算法描述

2.2 快速模幂算法的研究和分析

2.3 快速模乘算法

2.4 SMM算法

第3章 RSA加密算法的改进

3.1 RSA加密算法的改进思路

3.2 改进的RSA加密算法

3.3 改进的RSA加密算法的优势

第4章 改进算法的硬件实现

4.1 加密模块的整体设计

4.2 硬件实现的总体流程设计

4.3 RSA加密模块的组成模块设计

4.4 硬件实现和仿真分析

第5章 总结与展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间取得的科研成果