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1、 毕业论文 论文题目：基于Logistic混沌算法的动态口令芯片设计学生姓名：学生学号：专业班级：学院名称：电子与通信工程指导老师： 2012年6月5日 摘 要 为了解决信息安全问题，得到加密用的混沌随机数，本文分析了Logistic混沌模型，提出了一种便于硬件实现的离散Logistic混沌算法，并完成了其硬件结构设计。针对混沌随机数的典型应用，本文利用所述离散Logistic混沌算法硬件电路，完成了一款动态口令芯片的设计，其具有安全性好，性价比高，速度快等优点，其应用价值广。关键字：Logistic FPGA 动态口令 混沌 AbstractIn order to sove the prob
2、lem of information security,and get the chaotic random numbers for encryption,this paper analyzed the Logistic random chaos model and gave a kind of discrete Logistic chaos algorithm which is easy for hardware realization,and completed its hardware structure design.The dynamic password chip is a typ
3、ical application of random number in chaos,and this paper used the discrete Logistic chaos algorithm mentioned above,and completed a dynamic password chip design,it has the advantages of good security,low cost,high speed,and extensive application value.Keywords: Logistic; FPGA;dynamic password; chao
4、tic 目 录 一、引言6二、方案论证6三、Logistic混沌算法设计6(一)Logistic混沌模型分析6(二)离散化的Logistic混沌算法7(三)Logistic混沌算法系统设计8(四)Logistic混沌算法模块设计9四、动态口令芯片设计10（一）动态口令芯片的设计方案10（二）动态口令芯片的实现111. 动态口令芯片硬件实现平台112. 软件设计和仿真平台113. 基于FPGA的硬件电路模块设计12五、动态口令芯片的效果分析28六、结论29七、参考文献30八、附录31(一)动态口令芯片的电路图311.动态口令芯片的整体结构图312Logistic核心算法模块结构313. 基于FP
5、GA设计的顶层电路图31(二)基于FPGA设计的动态口令芯片各个子模块的设计代码321. count模块设计代码322. 求补码模块(minus)设计代码343. mux2_1模块代码344. diedai模块设计代码355. enable模块设计代码366. yingshe模块的设计代码377. xiaodou模块的设计代码398. key模块设计代码409. deal模块的设计代码4310.dis_choose模块的设计代码4411.fenpin模块的设计代码4512.display模块的设计代码46一、 引言随着现代信息技术的不断发展，信息安全技术变得越来越重要。为了使信息在 的过程中不
6、被窃取，通常要采用加密技术1。比较通用的加密技术中，序列密码是一中和非常典型有效的加密方法2，其采用伪随机数序列和需要加密的内容进行运算，得到加密后的内容。混沌现象是一种确定性的，类似随机的过程，这种过程既非周期又不收敛，并且对初始值有及其敏感的依赖性。从时域上看，混沌映射得到的序列类似于随机序列，相关性较弱，具有很好的类白噪声特性，因此可以用来产生伪随机信号或伪随机码3。Logistic映射是一种非常简单却被广泛应用的经典混沌映射4-5。动态口令技术是一种非常有效的身份认证&加密技术6-7。通常的动态口令技术采用时间同步的认证机制8，常用的算法是使用Hash函数的MDS算法9。该算法具有计算
7、代价大，芯片成本高，专利授权费贵等缺陷。本文采用Logistic混沌模型，设计出一套可以用硬件实现的算法，并利用该算法实现了一个动态口令IC，具有安全性好，性价比高，速度快等优点，应用价值广泛。本设计的实现平台采用FPGA，FPGA技术应用逐渐在中国得以推广，其广泛于数字通信技术，计算机应用技术，自动化控制等领域。FPGA的最新发展主要包括功能扩展和现场可编程技术，在原来离线的串/并行格式编程的基础上，创新产生了所谓的在线式可编程技术（ISP）和动态可重配技术（或称cache logic）。使FPGA器件不仅仅是现场可编程，而且可用户在线可编程，动态容量可扩展，从而进一步提高了FPGA技术的应
8、用灵活性，降低了应用系统的实现成本10。二、 方案论证方案一：用CPLD去实现该动态口令牌芯片设计方案二：用FPGA去实现该动态口令牌芯片设计 方案比较：尽管CPLD和FPGA都是可编程的ASIC芯片，但是FPGA相比CPLD而言更适合完成时序逻辑，同时在编程上，FPGA比CPLD具有更大的灵活性，支持在线可编程，再者FPGA相比CPLD集成度要高，而且FPGA内部触发器资源丰富，在时序要求较高的场合用FPGA去实现更容易达到时序收敛，基于上述比较，最终方案选择方案二。三、 Logistic混沌算法设计(一) Logistic混沌模型分析现代混沌学研究起源于20世纪60年代，混沌是一种特殊的动
9、力学行为，其会在该动力学系统中表现出一种确定性的，类随机的过程。这种过程非周期，不收敛，但是有边界。所以这样的一种过程，只要其初始值有微小的变化，就会形成完全不同的两组序列，所以利用混沌现象的天然随机过程，可以得到很好的随机序列，从而应用到加密领域，达到很好的加密效果。Logistic是混沌模型中比较经典的一种，其起源于虫口模型（worm number model11）Xk+1=aXk （1）（1）式中Xk+1为下一代虫子的数量，而Xk为上一代虫子的数量，这是个理想的情况，但是实际中由于虫子的食物问题，生存空间问题，天灾问题，事实上两代虫子之间的数量可以表示为如下式：Xk+1=aXk（1-Xk） （2）根据研究表明12，当a和Xk满足关系：3.5699a4，且0Xk1时，虫子的数量在代与代之间处于混沌变化，下一代虫子的数量和这当代的数量之间的关系非收敛，变化具有很强的随机性，无法从动力学行为13规律找到破解密文的办法。Schuster H.G14证明了Logistic函数的概率分布度函数为： （3）可见不依赖于其初始值的不同而不同，所以其遍历性等同于零均值白噪声14，所以在保证初始值未知的情况下，这样的随机序列与利用的物理效应得到的随机序列在统计意义上是一致的。(二) 离散化的Logis
