AES是美國(guó)于2000年10月份確立的高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的反饋鏈路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。 加密是安全數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，要保證在公眾網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⒉槐桓`取和偷聽(tīng)，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密/解密，對(duì)于開(kāi)發(fā)高性能的安全路由器、安全網(wǎng)關(guān)等對(duì)數(shù)據(jù)處理速度要求高的通信設(shè)備具有重要的意義。 在目前可查詢的基于FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)AESCBC的設(shè)計(jì)中，最快的加/解密速度達(dá)到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔騰4主頻3.06，用匯編語(yǔ)言編寫程序，全部資源用于加密解密，最快的加密解密速度可以達(dá)到1.4Gbps。但根據(jù)國(guó)外測(cè)試結(jié)果表明，即使開(kāi)發(fā)的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網(wǎng)絡(luò)處理器，軟件加密解決方案僅能達(dá)到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。 本文首先研究分析了目前幾種實(shí)現(xiàn)AESCBC的方法有缺點(diǎn)的情況下，在深入研究影響硬件快速實(shí)現(xiàn)AESCBC難點(diǎn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一種適應(yīng)于報(bào)文加密解密的硬件快速實(shí)現(xiàn)AESCBC的方案，在設(shè)計(jì)中采用加密解密和密鑰展開(kāi)并行工作，實(shí)現(xiàn)了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊(duì)列技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了報(bào)文解密和子密鑰展開(kāi)協(xié)調(diào)工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，全面驗(yàn)證了硬件實(shí)現(xiàn)AESCBC方案的正確性，全面分析了本設(shè)計(jì)加密解密的性能。并且針對(duì)設(shè)計(jì)中的流水線效率低的問(wèn)題，提出改善流水線性能的方案，設(shè)計(jì)出報(bào)文級(jí)并行加密解密方案，并且給出了硬件實(shí)現(xiàn)VPN的初步方案。實(shí)現(xiàn)了單一模塊加密速度達(dá)到1.16Gbps，單一模塊解密速度達(dá)到900Mbps，多個(gè)模塊并行工作加密解密速度達(dá)到6.4Gbps。 論文最后給出了總結(jié)與展望。目前實(shí)現(xiàn)的AESCBC算法，只能通過(guò)仿真驗(yàn)證其功能的正確性，還需要下載到芯片上做進(jìn)一步的驗(yàn)證。要用硬件實(shí)現(xiàn)整個(gè)IPSec，還要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)基于FPGA的技術(shù)。總之，為了適應(yīng)路由器發(fā)展的需求，還有很多技術(shù)需要研究。
標(biāo)簽：
AES_CBC
FPGA
性能
實(shí)現(xiàn)研究
上傳時(shí)間：
2013-05-29
上傳用戶：wangzhen1990
