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1、毕业设计报告(论文） 基于Verilog HD的ES加密电路设计 所属系 电子工程系 专 业 电子科学与技术 学 号 0 姓 名 张 学 敏 指导教师 王 刚 起讫日期 204.02 - 2014.05 设计地点 东南大学成贤学院 毕业设计报告(论文)诚信承诺 本人承诺所呈交的毕业设计报告(论文)及取得的成果是在导师指导下完成,引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷,本人将承担一切责任。 学生签名:日 期：基于Velog HDL的加密电路设计摘 要 现在的信息化社会,计算机技术正飞速地朝着快速、便携方向发展,这就意味着电子形式的数据及个人信息正逐渐被我们广泛使用。因此,
2、网络信息安全这个名词逐渐进入人们的眼球。如何才能保证私密信息不被外界窃取已经成为现在学者们研究的重点项目。本课题正是在这样的背景下提出的，目的是基于erioHL设计一个AE加密电路。课题完成过程中的主要内容包括加密算法的原理分析和优化设计,以及后续的硬件实现。设计AS加密电路的核心就是AES加密算法的实现。因此,本文先对AE算法的原理进行了介绍,包括S-盒、行列混合变换及AES流水线结构等。其次,本文将A加密电路进行了模块划分,就Verog D描述及Mdelsi仿真作了一一介绍。最后给出了用NPSYS的DC和ASTO进行综合以及自动布线的设计过程。关键字：AE；加密标准;算法;Verilo H
3、L;odelsim . The desinof ES encryto ircut ad on ril HArc Noads , he cmputertechnlgis in a raddevelopnnth drctionffat nd ortabl nthe information soiey .Ths means tatte elecronic formofdata adpersnl iformatiois wiel usd by u Theefoe,theork inftiosurity has rod pepls attnton . Theay of howo ke theprivae
4、inraton awayfrm the outsid wold to teal hasbecae te fcusf the schoarstdynow . h tpics pt foward in the ackround I menione fore i purpo hatdesiga ccuit of ASencrytio bse n Veril L here arerva tass to be don accordin t bet ， inlding the prnciple f Ancrtn algrithm in t rocesf anaysi and the subsequenth
5、arwremlmenaion Frsly , thcor ofth desgn of AE ecyptio ciruit i the implemetationof ASencryption agoithm Therore, thsarcl intduces te prinple o AES alitm ，includig he S-b 、siftrow、mixcolons and E lne anks, etc . Seondly ,thi er mpre theS enryption ciutmodle paritin n introdu Vrlo HDLdesripti nd Modls
6、im siulation o bon.Fnally , it givsthe desinrocess f use SnoysD andAst to finish the mpreenv ad utomaticwing. Key Words: AS; ntonStanard; Algritm; rilog DL ；sm .目 录第一章 绪论11. 课题研究背景及意义12 研究现状11.1 国内外加密算法的研究现状11.2. 数据加密标准的研究现状11.3课题主要研究内容11 设计流程的介绍21.3 软硬件实现方式的介绍2第二章 AES算法的原理研究42.分组密码的研究22AES加密算法的数学理论
7、221 含有有限个元素的域522 有限域上的多项式及运算52. 轮变换与密钥扩展2.4 AS 加密算法工作模式12.5 AE算法的整体结构02.6本章总结12第三章 AES 算法模块的设计及仿真133.1 开发环境介绍133.1.1 硬件描述语言(HDL）介绍133.12 odlsi仿真软件.2 AE 加密模块总体架构1. 位变换模块设计ubBtes及S-bo1534 列混合变换模块设计MColumns163. 密钥扩展模块设计keyche17.6 加密模块stbench设计18第四章AES加密系统的综合与布局布线204.1 综合及布线开发工具的介绍24.1 Snosys C20.2 ynps
8、ystro2. 综合和布局布线04.1 过程概述204.2.2DC生成的门级电路和报告2042.3 Astro版图生成流程234.2.4 Astro生成的版图2第五章 总结与展望. 全文总结255.2 展望25致 谢26参考文献27第1章 绪论1.1课题研究背景及意义在我们工作和生活的当今社会中，信息技术飞速地发展,个人数据的安全性日益被人们重视,网络信息安全这个名词逐渐进入人们的眼球。如何才能保证私密信息不被外界窃取已经成为现在学者们研究的重点项目。加密技术不仅局限于计算机范畴,现在已经涉及到生物医疗、国防、航天等等领域。就拿我们息息相关的现实生活来说，我们的私人账号,个人密码,网络账户资料
9、等信息在互联网上的传输交换过程都离不开加密技术,有了足够安全的加密方法，我们才能更从容地享受信息时代的极大便利性。自上世纪年代起，DS加密标准一直都是数据加密领域的重量级角色。然而,伴随着电子技术的快速发展,计算机硬件的表现可以说在稳步飙升，数据交换量空前，S加密标准的安全性面临空前的挑战,事实上,实践表明DS已渐渐不堪复用,无法满足高端用户的需求。因此,从97年1月开始，美国国家标准与技术研究所（NIS)高瞻远瞩地开始征集新一代的加密标准，并在1年11月公布了高级数据加密标准（E），从此确立了AE加密算法在数据加密算法领域不可动摇的地位。ES设计目的就是用于取代渐渐过时的DES以及其升级版本
10、3ES，进入21世纪后，AES算法开始走向成熟，被广泛地应用于各个不同领域，其实用性、安全性的强悍不容置疑。绪论部分我将着重介绍国内外加密算法以及数据加密标准的研究现状，对课题主演研究的内容作简要概括，并对比软硬件实现方式的优缺点,在此基础上介绍设计流程。1.2 研究现状1.1 国内外加密算法的研究现状密码技术主要由密码编码技术和密码分析技术两部分组成。为了使用户的数据得到保护，运用高效的算法和协议对数据进行加密和认证的技术被称为密码编码技术,相反,通过分析算法和协议,进行各种攻击从而达到破解密码的目的的行为称为密码分析技术。加密技术和密码分析技术两者相互矛盾，多年以来它们相互竞争,于斗争中加
11、密技术飞速发展。从目前已经被提出的加密思想来看，一种就是公钥密码、分组密码、序列密码等基于数学思想的加密技术。另一种则打破了常规思路，把量子密码学、DN技术以及混沌技术等一系列非常规手段应用到了信息加密上，不可不谓是另辟蹊径。本文的主要研究对象是传统的基于数学的密码理论。根据加、解密过程是否使用相同的密钥，又能够将传统加密技术往下细分成私钥和公钥体制，即对称和非对称密码体制。加、解密过程中使用的密钥相同的密码体制称为公钥密码,这种加密算法往往由复杂的非线性变换组成，在商业领域广泛应用。相反，加、解密过程密钥不同的称为私钥密码体制。196年，在美国斯坦福大学这个自由的学术天堂,Diffie和el
12、ma提出了具有建设性意义的公钥密码的思想，时至今日,公钥密码早已经早已传遍大江南北，在全球范围内广泛流传，大量的应用使其不断发展，这过程中公钥密码又得到了长足的发展，并向下衍生出许多版本,RA和Rab体制、Diffie-ellman 和ElGamal体制等等。1. 数据加密标准的研究现状DES联邦加密标准是从1972年开始提出计划,并历时4年，克服种种困难,在全球各优秀的加密算法中鹤立鸡群,在9年一举拿下美国联邦标准的桂冠。在之后的几年里，DES加密标准迅速升温，全球范围内D开始渗透到各行各业，当然了，加密算法最新都是为军事服务的，后来逐渐进入民用领域。从上世纪七十年代到当今的21世纪,这近3
13、0年间在加密标准领域，DES可谓是独占鳌头。然而,在瞬息万变的今天,新生事物层出不穷,计算机领域的更新换代速率更是惊人的快。硬件技术飞速发展,网络传输速率空前,数据交换越来越频繁，且数据的位宽也越来越长,DES的淘汰落伍似乎已成定局,DES最致命的缺陷就是密钥长度太短,位的密钥长度已经不能胜任许多应用。因此，后续曾经出现过S的升级版本,叫做三重DES。然而事实证明三重DES并不能提供理论上的168位加密的安全性能。因此,新的加密算法的升级换代迫在眉睫。早在上世纪末，NIST就预见到在不久的将来对新的更安全的加密标准的迫切需求,因此，IT开始在全球范围征集优秀的加密算法。此次征集的目的就是要确立一个适用于全球范围内各行各业，具有较
