AES加密算法在电子系统中的优化及应用研究

摘要

现代社会的信息化和网络化给人类的生活带来方便和快捷的同时，也给信息的安全带来了巨大的考验，而现代电子加密技术就是这一过程中产生和发展起来的。加密算法作为加密现代电子加密设计的核心，随着现代信息技术的迅速发展而不断的更新换代。在本世纪，也就是进入21世纪后，AES加密算作为一种新型的对称加密算法被全世界广泛的采用研究。它的安全性能够保证算法在30年内不会落伍。
　　加密算法常用的实现方式有硬件和软件两种，硬件加密在对数据实时性要求相对特别高和加密数据量相对比较大的场合有着广泛的应用，但软件的实现算法有着在低成本上有着很大的优势，实现简单方便。
　　本设计根据具体的工况需要分为两部：硬件加密和软件解密。硬件加密主要是在FPGA上对前端采集来的数据进行AES数据加密，使用VHDL语言在FPGA内实现各个功能模块的设计和调试。加密后的数据传到上位机，通过VB语言编写的上位机解密软件进行解密。但为了严谨，数据的加密和解密需要在软硬件都可以实现，以便相互验证
　　本设计的AES加密算法是在Xilinx公司的FPGA上实现AES硬件加密，FPGA型号是Spantan-2系列的XCS2S300E，解密算法是在VB上位机上实现的。充分利用FPGA和上位机的优势，并在上位机实现时对AES算法做了优化，提高解密速度，缩短解密时长。开发工具采用Xilinx公司的ISE和Microsoft公司的VB，仿真工具采用xilinx的ISIM，Chipscope在线仿真。AES算法密钥长度选用128位。

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1 绪 论

1.1 课题的来源

1.2 AES加密算法的产生[1-11]

1.3 AES算法的国内外研究现状与发展趋势

1.4 本文的主要内容和结构安排

2 AES加密算法介绍

2.1 算法基于的数学理论

2.2 AES加密算法

2.3 S替换盒

3 嵌入式AES加密算法的实现

3.1 AES核心算法的接口时序

3.2 主要子模块设计

3.3 多接口设计

3.4 基于AES算法的加密存储器硬件结构

4 嵌入式AES的上位机软件设计及算法的优化

4.1 基于AES加密算法的上位机的优化

4.2 基于AES解密算法的上位机的优化

4.3 基于优化后的AES算法的上位机软件

5 应用于存储器的AES算法验证

5.1 官方S替换盒下程序的验证

5.2 本设计S替换盒下程序验证

5.3 密钥扩展模块的验证

5.4 算法安全分析

5.5 小结

6 总 结

参考文献

致谢