浅谈基于Verilog的AES加密算法的实现(1)

浅谈基于VERILOG的AES加密算法的实现摘要：随着信息产业在我国国民经济中扮演越来越重要的角色，信息技术的发展和数据传输的安全性受到了有关部门的重视，加强网络信息安全的加密产品具有广泛的应用前景。此课题主要研究了基于VERILOG硬件描述语言的AES加密算法原理及优化，以及设计硬件实现。本文先介绍了先进加密算法(AES)的原理，同时讲述了其与Rijndael设计的异同。安全，高效，易拓展优化，硬件实现简单是其的特点，同时，本文还研究了算法实现的关键技术。在设计过程中，完成了整体结构的规划和各部分的端口的定义，用VERILOG语言完成了电路的RTL级的描述，同时使用了Model公司的Modelsim仿真工具进行了软件平台上的仿真，实现了128位比特密钥的加密解密的逻辑功能，硬件上使用了基于Xilinx公司的VIRTEX系列芯片，并用Synplify软件进行了FPGA综合，仿真基本达到了要求，这也证明了设计的正确性。在设计中尤其要提到的是本文采用了ECB（电子密码本）加密算法模式，采用流水线结构，提高了电路的工作频率和速度，本设计的创新点在于用语言实现S盒变换时，并没有采用传统的查表方式，而是直接采用了算法描述，相较之下，节省了电路的存储面积，实现了优化。关键字：Verilog,AES，先进加密 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，Rijndael设计，FPGA，加密，高速，流水线结构TheimplementofAESencryptarithmeticbaseonVerilogHDL06204518  YuhuanSupervisedby      ZhengLixia Abstract：Withtheinformationindustryplaysmoreimportantroleinthecountryeconomy,thedevelopmentofcommunicationtechniqueandsecurityofdatatransferistakenseriousbysomegovernmentdepartment.Theencryptproductwhichisusedtostrengthennetinformationsecurityhasextensiveforeground.ThissubjectmainlyinvestigateAESencryptarithmeticprincipiumanditsupgrade,thenofferthedesignofhardwareimplement.ThissubjectintroducetheprincipiumofAESarithmeticfirst,atthesametime,itgivesthesimilaritiesanddifferences.TheAESarithmeticcontainsfollowingcharacteristic:security,highefficiency,easyoptimized,easyprogressofhardwareimplement.Thesubjectintroducesthepivotaltechniqueoftheimplementandattentionsatthesametime.Withintheprocessofdesigning,Icompletetheprogrammingofwholeconfigurationandthedefiningofportofeachpart,completetheRTLdescriptionofcircuitwithVerilogHDL.AndIcompletetheemulationwhichisbasedonsoftwarewithModelsimwhichistheproductofModelCo.Itachievesthelogicfunctionof128bitkey.IusetheCMOSchipofVirtexserieswhichcomesfromXilinxCo.,andcarrythroughsynthesisusingthesoftwareofSynplify.Theresultofthesynthesisisreachtherequestofdesign,itprovethecorrectnessofthedesign.IshouldmentionespeciallythatIusetheECBencryptarithmeticmodeandpipeliningconfigurationwhichadvancesworkfrequencyandworkspeed.Theinnovativepointliestothemodeoftheimplementofs-boxtransform.Idon’tusethemodeoflookingthroughthetable.ItsavetheareaofROMandimplementtheupgrade.Keywords:Verilog,AES,advancedencryptstandard,Rijndaeldesign,FPGA,encrypt,highspeed,pipeliningconfiguration.目录摘要  I关键字  IAbstract.  IIKeywords  II第一章绪论  11.1密码学简介和我国信息安全现状  11.2数据加密标准的发展过程  21.2.1数据加密标准DES  21.2.2高级加密标准AES  21.3AES的研究现状  21.3.1算法的研究现状  21.3.2硬件实现的研究现状  31.4本论文的意义  41.5 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 和创新  41.6本章小结  5第二章AES加密算法原理介绍和安全性能分析  62.1Rijndael和AES的区别  62.2预备知识  62.2.1Rijdael的数学基础和设计思想  62.2.2字节运算（位运算）  92.2.3四字节运算  92.3加密算法的四种主要工作模式  102.4加密算法原理描述  122.5AES加/解密算法的实现  132.5.1S盒变换SubBytes()  142.5.2行变换ShiftRows()  152.5.3列变换Mixcolumns()  152.5.4与扩展密钥的异或运算AddRoundKey（）  162.5.5密钥扩展程序KeyExpansion()  162.6AES安全性能分析  162.6.1安全性原则  172.6.2AES算法的安全性  172.6.3AES算法的性能分析  182.7本章小结  18第三章开发环境介绍  203.1硬件描述语言  203.2ModelsimSynplify(Virtex-5)开发环境  203.2.1Modelsim  203.2.2逻辑综合和综合工具Synplify  213.2.3XilinxVirtex-5系列FPGA  223.3设计方法  233.4本章小节  24第四章AES算法的FPGA设计  254.1FPGA实现系统分析  254.1.1软硬件实现方法比较  254.1.2性能参数  264.1.3关键技术  264.2整体结构设计  284.2.1总体设计方案  284.2.2总体系统结构框图  304.3各系统分支设计  314.3.1加解密模块的设计  314.3.2控制模块设计  334.3.3密钥扩展模块设计  344.3.4接口模块设计  35