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1、摘要本文论述丫利用Verilog硬件语言来描述DES加密技术对它进行模块设计并用 ModelSim SE进行了仿真。且详细的对DES加密解密的工作原理及算法进行了 解释讲解。加密的历史可以追溯到公元前2000年的古埃及，当时人们只是运用简 单的象形文字，到现在已经冇各种各样的加密技术，而DES加密是采用对称密钥 加密法，即用和同密钥进行加密和解密。本文对DES加密模块的设计进行丫详细的介绍，对DES加密技术的工作原理及 DES的算法进行了详细的介绍。DES算法的3个入口参数为key、data、mode, key 为加密解密使用的密钥，data为加密解密的数据，mode为其工作模式。本文只对 k
2、ey-gen模块进行了详细的讲解。DES加密工作原理中!U羊细介绍了 DES的一轮， 其中对DES的一轮中各个步骤进行了比较详细的简介。对DES加密算法进行了 图解和说明，并用表格形式对DES的置换规则，放大换位,单纯换位进行丫描述。 且对DES算注框图中的选择函数SI, S8进行了表格描述。另外木文还对釆用的 硬件描述语言Verilog HDL进行了简介，对其语法和源代码等进行了介绍。关键词 DES ； Verilog HDL； ModelSim SE；加密技术AbstractThis article discusses the use of Verilog hardware descrip
3、tion language for encryption of DES technology to its modular design and simulation withModelSim SE. Detailed work on the encryption of DES and algorithm of decryption explained principle and explain. Encryption can be traced back the history of ancient Egypt in 2000 BC，when people just use simple h
4、ieroglyphs， to now have a variety of encryption technology. The method with symmetric encryption is used of the encryption of DES, which uses the same dense key for encryption and decryption.In this paper，introduced the design of encryption、the work of principle of DES and the algorithm of DES in de
5、tail .The algorithm of DES has three entrance parameters : key、data and mode.The key is used of the encryption and decryption.This article discusses the module of key_gen and introduces the one replacement of DES in detail,alse introduces the one replacement on the DES in the profile. The illustrati
6、ons and tabular form are used of the algorithm and the replacement of the DES rules、zoom transposition、simple transposition are described in this article. The algorithm and the choice of function Sk S8 are described with form. Additionally, this article introduces Verilog HDL with description langua
7、ge of hardware and its syntax and source code.Keywords DES； Verilog HDL； ModelSim SE : encryption technology1繳仑11.1 DES的概要及背景11.2 Verilog模块的概耍及背景12设计的技术細32.1 EDA技术简介32.2 Verilog HDL 语言简介 3ModelSim SE 简介 5DES工作原理63.1基本原理 63.2初始罝换9DES 的一轮 103.4最终置换13DES加密模块设计144.1 DES加密算法介绍144.2 DES加密模块设计184.2.1 DES加密
8、模块总体构架184.2.2 密钥产生模块key_gen设计 194.2.3 S部件代换模块设计234.2.4 desround 模块设计244.2.5 DES顶层模块des设计 27 4.3 DES加密方案设计274.3.1资源优先设计方案27 4.3.2性能优先设计方案27 总结 29致谢 29参考文献30DES加密Verilog模块设计1绪论1.1 DES的概要及背景数据加密标准(DES, Data Encryption Standard)也称力数据加密算法(DEA， Data Encryption Algrithm) (ANSI)和 DEA-l(ISO),是近 20 年来使用的加密算 法
9、。后来，人们发现DES在强大攻击下太脆弱，因此使DES的应用有所下降。 但是，任何一本安全书籍都不得不提到DES,因为它曾经是加密算法的标志。 介绍DES的细节还有两个作用：第一，介绍DES；第二，更重要的是分析和 理解实际加密算法。利用这个方法，我们还耍从概念上介绍其他加密算法，但 不准备深入介绍，因为通过DES介绍已经可以了解il算机加密算法的工作原 理。DES通常使用ECB, CBC,或CFB模式。DES产生可以追溯到1972年，美国的国家标准局(NBS,即现在的国家标准 与技术学会,NIST)启动了一个项目，旨在保护计算机和计算机通信中的数据。 它们想幵发一个加密算法。两年之后，NBS
10、发现IBM公司的Lucifer相当理想， 没有必要从开头开发一个新的加密算法。经过几次讨论，NBS于1975年发布 了这个加密算法的细节。到1976年底，美W联邦政府决定采用这个算法，并将 其更名为数掘加密标准。不久，其他组织也认可和采用DES作为加密算法。 DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被成为美国数据加密标准，是1972 年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法。其密明长度为56位，明文按 64位进行分组，将分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成 密文组的加密方法。DES( Data Encryption Standard)算法，于1977年得到美国政府的正式可，是
11、 一种用56位密钥来加密64位数据的方法。虽然56位密钥的DES算法已经风 光不在，而且常有用DES加密的明文被破译的报道，但是了解一下昔闩美国的 标准加密算法总是冇益的，而H0前DES算法得到了广泛的应用，在某场合， 仍然发挥着余热。1.2 Verilog模块的概要及背景Verilog HDL 是在 1983 年由 GDA (Gateway Design Automation)公司的 Phil Moorby首创的。Phil Moorby后来成为Verilog-XL的主要设计者和Cadence公司(CadenceDesign Systems)的第一合伙人。在 1984 至 1985 年 Moo
12、rby 设计 出了第一个名为Verilog-XL的仿真器，1986年他对Verilog HDL的发展乂作出 丫另一个巨大的贡献，即提出了用于快速门级仿真XL算法。随着Verilog-XL算法的成功，Verilog HDL得到了迅速发展。1989年，Cadence 收购了 GDA公司，Verilog HDL语言成为Cadence公司的私有财产。1990年， Cadence公司决定公开Verilog HDL语言，于是成立了 OVI (Open Verilog International)组织来负责促进Verilog HDL语言的发展。基于Verilog HDL的 优越性，IEEE 于 1995 年
13、制定了 Verilog HDL 的 IEEE 标准，2005 年 System Verilog正EE1800-2005标准的公布，更使得Verilog语言在综合，仿真验证和模 块的重用等性能方面都有大幅度提高。Verilog HDL 是一种硬件描述语言(hardware description language),为了制作数 字电路而用来描述ASICs和FPGA的设计之用。Verilog的设计者想要以C编 程语言为基础设计一种语言，可以使工程师比较容易学习。该语言允许设计者 进行各种级别的逻辑设计,进行数字逻辑系统的仿真验证时序分析逻辑综合。它 目前是应用最广泛的硬件语言。Verilog HD
14、L进行设计最人的优点是其工艺无关性。这使得工程师在功能设计， 逻辑验证阶段可以不必过多考虑门级及工艺实现的其体细节，只需根据系统设 计的要求施加不同约束条件，即可设计出实际电路。2设计的技术基础2.1EDA技术简介EDA(Electronics Design Automation)技术是随着集成电路和计算机技术的飞速 发展应运而生的一种高级、快速、有效的电子设计自动化工具。随着计算机、 集成电路、电子系统设计的发展，EDA技术先后经历了计算机辅助设计 CAD(Computer AssistDesign)、计算机辅助工程设计 CAE(Computer As-sist Engineering De
15、sign)及电子系统设计 动化 ESDA(Electronic System Design Automation)三个发展阶段。EDA关键技术之一就是釆用硬件描述语言对硬件电 路进行描述，且具有系统级仿真和综合能力。目前应用比较广泛的硬件描述语 言就是Verilog HDL,它最早是由美国国防部提出来的。利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下j L个特点：用软件的方式设计硬件；用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的； 设计过程中可用有关软件进行各种仿真；系统可现场编程，在线升级；整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高。因此，EDA技术是现代电子设计的
16、发展趋势，是现代电子信息工程领域的一门 新技术。EDA技术涉及面广，内容丰富，主要应掌握如下四个方面的内容：大规模可编程逻辑器件；硬件描述语言；软件开发工具；实验幵发系统。其中，大规模可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体，硬 件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段，软件开发工 具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动化设计工具，实验开发 系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。2.2 Verilog HDL 语言简介Verilog HDL最初是美WW防部为其超高速集成电路研究计划提出的硬件描述语言，目的是为了把电子电路的设计意义以文字或文件的方式保存下来，以便 其他人能轻易地了解电路的设计意义。现在它已成为IEEE的工业标准硬件描 述语言之一。V
