利用混沌的對初值和參數(shù)敏感、偽隨機(jī)以及遍歷等特性設(shè)計(jì)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(kuò)散數(shù)據(jù)方面.目前,大多數(shù)混沌密碼傾向于軟件實(shí)現(xiàn),這些實(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)行改進(jìn),采用非線性的混沌方程代替LFSR中的線性反饋方程,進(jìn)而構(gòu)造出基于混沌偽隨機(jī)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(kuò)展到三維空間;同時(shí),引入另一種混沌映射對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)散操作,以有效地抵抗統(tǒng)計(jì)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(jì)、加密效果以及硬件性能分析等.其中,序列密碼硬件實(shí)現(xiàn)方案,在不考慮通信延時(shí)的情況下,可以達(dá)到每秒61.622兆字節(jié)的加密速度.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這兩種加密算法的FPGA實(shí)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(biāo)簽：
FPGA
混沌
加密芯片
技術(shù)研究
上傳時(shí)間：
2013-04-24
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隨著安全通信數(shù)據(jù)速率的提高,關(guān)鍵數(shù)據(jù)加密算法的軟件實(shí)施成為重要的系統(tǒng)瓶頸.基于FPGA的高度優(yōu)化的可編程的硬件安全性解決方案提供了并行處理能力,并且可以達(dá)到所要求的加密處理性能(每秒的SSL或RSA運(yùn)算次數(shù))基準(zhǔn).網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展,對安全性的需要變得越來越重要.然而,盡管網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步很快,安全性問題仍然相對落后.由于FPGA所提供的設(shè)計(jì)優(yōu)勢,特別是新的高速版本,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以在這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)安全性支持.FPGA是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性和功能升級(jí)的關(guān)鍵,對于容錯(cuò)、IPSec協(xié)議和系統(tǒng)接口問題而言這兩點(diǎn)非常重要.而且,FPGA還為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了適應(yīng)不同安全處理功能以及隨著安全技術(shù)的發(fā)展方便地增加對新技術(shù)支持的能力.標(biāo)準(zhǔn)加密/解決以及認(rèn)證算法,如RC-4、DES、三次DES、MD-5以及安全哈希算法-1(SHA-1)被廣泛用于全球網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)中.本文介紹了基于PCI總線的加密卡的研制,硬件板卡的結(jié)構(gòu),著重論述了加密卡上加密模塊的實(shí)現(xiàn),即用FPGA實(shí)現(xiàn)3DES及IDEA、MD5算法的過程,加密卡的工作原理,加密卡中多種密碼算法的配置原理,最后對3DES算法及IDEA、MD5算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行仿真,并繪制了板卡的原理圖,對PCI接口原理進(jìn)行了闡述.在論文中,首先闡述了數(shù)據(jù)加密原理.介紹了數(shù)據(jù)加密的算法和數(shù)據(jù)加密的技術(shù)發(fā)展趨勢,并重點(diǎn)說明了3DES的算法.由于加密卡的生存空間在于其高速的加密性能與便捷的使用方式,所以,我們的加密卡采用的是基于PCI插槽的結(jié)構(gòu),遵從的是PCI2.2規(guī)范,理解并掌握PCI總線的規(guī)范是了解整個(gè)系統(tǒng)的重要一環(huán),本文講述了PCI總線的特點(diǎn)和性能,以及總線的信號(hào).由于遵從高速性的要求,我們在硬件選型的時(shí)候,選用的是TI公司高速DSP T M S 3 2 0 C 5 4 x:T I公司新推出的T M S 3 2 0 C 6 x系列D S P功能強(qiáng),速度也非常快,但目前價(jià)格仍然太高,不適合一般加解密使用.而TMS3 2 0 C 5 4 x系列具有性能適中,價(jià)格低廉,產(chǎn)品成熟等特點(diǎn),是較好的選擇.FPGA選用的XILINX公司的XC2V3000,在隨后的文章中,我們將會(huì)對這些器件特性做相應(yīng)說明.并由此得出電路原理圖的繪制.文章的重點(diǎn)之一在于3DES算法及IDEA、MD5算法的FPGA實(shí)現(xiàn),以Xilinx公司VIRTEXII結(jié)構(gòu)的VXC2V3000為例,闡述用FPGA高速實(shí)現(xiàn)3DES算法及IDEA、MD5算法的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì).
標(biāo)簽：
FPGA
加密卡
加密算法
上傳時(shí)間：
2013-04-24
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