基于FPGA可重构技术的加解密系统研究与设计.pdf

西南交通大学
硕士学位论文
基于FPGA可重构技术的加/解密系统研究与设计
姓名:罗宁
申请学位级别:硕士
专业:密码学
指导教师:史燕
20050501
摘要西南交通大学硕士研究生学位论文第本论文的研究工作是深圳大学笛槭页械5墓易匀豢蒲Щ项目“现场可编程门阵列系统动态可重构设计的关键问题研究”以及“功能级可进化数字硬件的体系结构和设计实现方法研究”的一部分。一个加/解密系统由明文空间、密文空间、密码方案和密钥空间组成,本文采用了和惴ㄎQ旧杓萍樱饷芟低场?芍毓辜际跏且桓新兴的研究领域,所谓可重构技术是指:硬件结构可以根据用户需要重新配置。基于可重构技术的/解密系统,可以使得逻辑电路根据不同的密码算法的需求,重新组织,构成不同的电路结构,实现不同的功能,从而匹配不同的密码算法。本文系统地论述了基于可重构技术的加/解密系统的设计过程。文章首先对于可重构技术的发展状况作出了详细的阐述,然后对于数据加/解密原理进行介绍,重点介绍设计中所使用算法和惴āT诖嘶础上详细讨论了基于可重构技术的加/解密系统的设计方法和实现方法,包括各个模块的设计、控制等。最后对于局部可重构的发展,作出了可行性分析,为以后对于该系统的研究作出了前期工作。本系统的设计遵循杓品椒ㄑУ囊话惴椒āT赬7⑵台完成了语言设计输入,使用仿真器主要进行了三个阶段的仿真,即行为级仿真,综合后仿真以及布局布线后仿真。仿真结果与编成仿真结果一致,验证了系统的设计正确无误。关键词:现场可编程门阵列;可重构技术;算法;惴
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第一章绪论研究来源研究背景西南交通大学硕士研究生学位论文第本论文研究的课题来源于国家自然科学基金项目“现场可编程门阵列系统动态可重构设计的关键问题研究”以及“功能级可进化数字硬件的体系结构和设计实现方法研究”。随着社会信息化程度的不断提高,信息的安全和保密成为人们日益关注的问题。将信息加密后进行传输,接收方再通过解密恢复信息,这样就可以有效的防止信息被窃取。一般来说数据加密的方法分为软件加密和硬件加密。软件加密方法在通用计算机上完成数据的加/解密操作,具有很强的灵活性,任何一种算法都可以用软件编程来实现。硬件加密方法即制造出针对某种算法的芯片,在芯片上实现数据的/解密。对于软件加密方法来说,由于攻击者可以在使用者毫不知情的情况下,利用各种工具非法跟踪、分析算法,非法拷贝密钥文件,使得算法和密钥完全暴露。特别是在不安全的操作系统中,安全性更加毫无保证。而对于硬件加密方法来说,由于加密算法和密钥被安全的封装在设备中,攻击者无法窃取密钥,所以硬件加密方法相对于软件加密方法,更加安全。本课题研究的是硬件加密方法。传统的硬件加密方法是以某种特定的算法为基础,设计出专用的密码芯片。可见,对于专用芯片来讲,一旦芯片生产出来以后,其实现的加密算法是不可改变的,即一种芯片只能适应一种特定的算法。从安全性上看,专用芯片存在一定缺陷:任何算法都有可能被攻破,长期使用一种算法的专用芯片存在隐患,同时,若是不定期更换芯片,成本过高。因此,我们考虑能否在一种芯片上同时实现多种加密算法,从而保证安全性。另一方面,由于采用方法比较耗时,而且费用也较昂贵,而采用,可由设计者自己对芯片内部单元进行配置,设计比较灵活,只需改变配置就可实现完全不同的功能,大大缩短了设计周期和开发时间,节省了人力物力。从可重构技术中得到了一定的启发,借鉴可重构系统
研究意义研究内容以及创新之处西南交通大学硕士研究生学位论文第的设计思想来设计加/解密系统,以提高的安全性和灵活性。可重构技术是一个新兴的研究领域。所谓可重构技术是指:硬件结构可以根据用户需要重新配置。基于可重构技术的饷芟低常梢允沟逻辑电路根据不同的密码算法的需求,重新组织,构成不同的电路结构,实现不同的功能,从而匹配不同的密码算法。基于可重构技术的加/解密系统具有以下优点:影踩陨峡矗捎诟孟低惩笔迪侄嘀諮/解密算法,适应密码算法的发展需求,用户可以方便的更换算法,缩短同一算法得使用周期,相对于实现单一算法的系统,大大提高了安全性;映杀旧峡矗捎谝豢榭芍毓姑苈胄酒梢源娑嗫檎攵蕴囟算法的专用芯片,大大降低了生产成本。可重构技术,特别是动态重构技术将引发未来数字系统设计方法的革命,利用可重构技术设计密码芯片,对于信息安全领域也将产生重要的影响,并具有广泛的应用前景。目前的可重构技术研究绝大多数是以现有的技术为基础,利用可编程的特性进行重构,所以有必要对的原理和发展趋势进行了解。本课题主要研究加密算法的可重构设计,所以对目前的可重构研究现状和发展作一定的了解。密码算法往往涉及非常庞大的数学运算。本课题不设计加密算法,只对现有的算法进行使用。本课题涉及到的主要研究内容