利用混沌的對初值和參數(shù)敏感、偽隨機以及遍歷等特性設(shè)計的加密方案,相對傳統(tǒng)加密方案而言,表現(xiàn)出許多優(yōu)越性能,尤其在快速置亂和擴散數(shù)據(jù)方面.目前,大多數(shù)混沌密碼傾向于軟件實現(xiàn),這些實現(xiàn)方案中數(shù)據(jù)串行處理且吞吐量有限,因而不適合硬件實現(xiàn).該論文分別介紹了適合FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)并行實現(xiàn)的序列密碼和分組密碼方案.序列密碼方案,對傳統(tǒng)LFSR(線性反饋移位寄存器)進行改進,采用非線性的混沌方程代替LFSR中的線性反饋方程,進而構(gòu)造出基于混沌偽隨機數(shù)發(fā)生器的加密算法.分組密碼方案,從圖像置亂的快速性考慮,將兩維混沌映射擴展到三維空間;同時,引入另一種混沌映射對圖像數(shù)據(jù)進行擴散操作,以有效地抵抗統(tǒng)計和差分攻擊.對于這兩種方案,文中給出了VHDL(硬件描述語言)編程、FPGA片內(nèi)功能模塊設(shè)計、加密效果以及硬件性能分析等.其中,序列密碼硬件實現(xiàn)方案,在不考慮通信延時的情況下,可以達到每秒61.622兆字節(jié)的加密速度.實驗結(jié)果表明,這兩種加密算法的FPGA實現(xiàn)方案是可行的,并且能夠得到較高的安全性和較快的加密速度.
標簽：
FPGA
混沌
加密芯片
技術(shù)研究
上傳時間：
2013-04-24
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加密算法一直在信息安全領(lǐng)域起著無可替代的作用,它直接影響著國家的未來和發(fā)展.隨著密碼分析水平、芯片處理能力和計算技術(shù)的不斷進步,原有的數(shù)據(jù)加密標準(DES)算法及其變形的安全強度已經(jīng)難以適應(yīng)新的安全需要,其實現(xiàn)速度、代碼大小和跨平臺性均難以繼續(xù)滿足新的應(yīng)用需求.在未來的20年內(nèi),高級加密標準(AES)將替代DES成為新的數(shù)據(jù)加密標準.高級加密標準算法是采用對稱密鑰密碼實現(xiàn)的分組密碼,支持128比特分組長度及128比特、192比特與256比特可變密鑰長度.無論在反饋模式還是在非反饋模式中使用AES算法,其軟件和硬件對計算環(huán)境的適應(yīng)性強,性能穩(wěn)定,密鑰建立時間優(yōu)良,密鑰靈活性強.存儲需求量低,即使在空間有限的環(huán)境使用也具備良好的性能.在分析高級加密標準算法原理的基礎(chǔ)上,描述了圈變換及密鑰擴展的詳細編制原理,用硬件描述語言(VHDL)描述了該算法的整體結(jié)構(gòu)和算法流程.詳細論述了分組密碼的兩種運算模式(反饋模式和非反饋模式)下算法多種體系結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)原理,重點論述了基本體系結(jié)構(gòu)、循環(huán)展開結(jié)構(gòu)、內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu)、外部流水線結(jié)構(gòu)、混合流水線結(jié)構(gòu)及資源共享結(jié)構(gòu)等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基礎(chǔ)上,采用自頂向下設(shè)計思想,論述了高級加密標準算法的FPGA設(shè)計方法,提出了具體模塊劃分方法并對各個模塊的實現(xiàn)進行了詳細論述.圈變換采用內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu),多個圈變換采用資源共享結(jié)構(gòu),密鑰調(diào)度與加密運算并行執(zhí)行.占用芯片面積及引腳資源較少,在芯片選型方面具有很好的適應(yīng)性.
標簽：
S300
300E
FPGA
300
上傳時間：
2013-06-20
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