AES算法的FPGA實(shí)現(xiàn)與分析.pdf

1、高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)推出的新的聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)(FIPS),以Rijndael算法為基礎(chǔ)。AES是128bit的分組對稱加解密標(biāo)準(zhǔn),具有非常優(yōu)秀的加解密性能,且非常易于實(shí)現(xiàn)。AES具有的優(yōu)秀性能使其在推出后即受到廣泛關(guān)注,迅速取代了其前任標(biāo)準(zhǔn) DES的角色,成為現(xiàn)在最廣泛使用的一種加密方法。
　　高級加密標(biāo)準(zhǔn)可以用軟件編程實(shí)現(xiàn)或純粹以硬件方式實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)可提供了一個(gè)更快

2、,更靈活、可定制的方案,本文重點(diǎn)調(diào)查研究用FPGA芯片和VHDL語言來實(shí)現(xiàn)AES算法,使用Altera公司的Quartus II軟件來仿真和優(yōu)化可綜合的VHDL代碼。為評估不同設(shè)計(jì)方案的性能和硬件消耗,加密和解密這兩種變換都用不同方案來實(shí)現(xiàn),并使用Altera的FPGA芯片來進(jìn)行硬件評估。
　　本文給出了三種AES加密/解密128bit分組數(shù)據(jù)的不同設(shè)計(jì)方案,同時(shí)為這三種設(shè)計(jì)方案中實(shí)現(xiàn)了三種不同的密鑰擴(kuò)展模塊,這個(gè)用來生成所有迭代

3、輪所需要的輪密鑰。第一種結(jié)構(gòu)是 AES完全迭代結(jié)構(gòu),在所有的加解密輪迭代中復(fù)用同樣的硬件?？紤]吞吐量與硬件消耗比提出第二種結(jié)構(gòu),混合結(jié)構(gòu)?；旌辖Y(jié)構(gòu)是迭代結(jié)構(gòu)和流水線結(jié)構(gòu)的結(jié)合;其中這種混合結(jié)構(gòu)可詳細(xì)分為單級流水線 AES結(jié)構(gòu)和四級流水線AES結(jié)構(gòu)。分析上面三種結(jié)構(gòu),給出了不同應(yīng)用場合下的AES設(shè)計(jì)方案推薦。這三種結(jié)構(gòu)都在Altera的FPGA上綜合和硬件實(shí)現(xiàn)了,同時(shí)對這三種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測試并使用片上邏輯分析儀進(jìn)行了驗(yàn)證?；A(chǔ)迭代 AES結(jié)