基于FPGA实现的AHB-Lite总线传输数据的加密IP核研究

发布时间：2023-04-19 19:22

　　数据加密和信息保护已经被智慧家庭、医疗研究、国防安全等民用和军事领域所广泛应用,目前实现这种技术主要用两种平台,即软件和硬件平台实现。硬件实现更具实用性,也更复杂。一方面,虽然软件实现数据加密比较灵活,但是加密和解密效率低,应用FPGA硬件并行处理数据速度更快,更适合处理大数据时代下的海量数据;另一方面,软件运行的过程中数据容易被网络病毒破坏和盗取,受攻击的风险逐年增加,而FPGA硬件技术则更适合在数据处理过程中保护数据。本论文首先对传统对称加密算法以及非对称加密算法进行分析,通过对数据在传输过程中信息容易被黑客进行非法截获、暴力破解、有意篡改的问题进行介绍,对常用的加密算法的优点和缺点进行对比分析,针对这些问题而选择了适合的AES对称加密算法,并利用RSA算法的优点进行互补改进。在硬件实现上,基于AES加密算法的基本原理,使用Verilog HDL(硬件描述语言)依次实现算法的字节代换运算、行移位运算、列混合运算、轮密钥加运算。结合RSA算法,对AES算法中密钥容易被截获破解的缺陷进行改进,最终通过数字信封技术对数据进行收发。其次,为提高硬件的利用效率,对AES实现部分采用了流水线式...

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 FPGA的 IP设计前景
    1.4 数据加密技术的难点
    1.5 论文主要研究内容
2 数据加密算法密码学分析
    2.1 对称加密算法
        2.1.1 数学基础
        2.1.2 AES算法结构
    2.2 AES算法分析
        2.2.1 字节代换运算
        2.2.2 行移位变换
        2.2.3 列混合变换
        2.2.4 轮密钥加变换
        2.2.5 密钥扩展模块
        2.2.6 AESIP结构设计
    2.3 非对称加密算法
        2.3.1 RSA算法原理
    2.4 本文算法
    2.5 本章小结
3 数据加密系统的总体结构
    3.1 系统总体结构
        3.1.1 硬件开发平台
        3.1.2 Quartus II概述
        3.1.3 仿真软件Model Sim
    3.2 AHB-Lite总线协议
        3.2.1 AHB总线的接口设计方案
        3.2.2 AHB仲裁器
        3.2.3 AHB主机接口
        3.2.4 AHB译码器
        3.2.5 AHB从机接口
    3.3 AHB总线通信的AES加密设计
        3.3.1 AES算法与AHB总线连接的设计
        3.3.2 AHB总线传输设计
        3.3.3 AHB从机模块及其接口设计
        3.3.4 加密运算模块
    3.4 本章小结
4 基于FPGA的加密算法的实现
    4.1 加密算法的设计与实现
        4.1.1 字节代换模块
        4.1.2 列混合模块
        4.1.3 S-box模块
        4.1.4 轮密钥表模块
        4.1.5 顶层模块
    4.2 图像数据加密、解密的实现
    4.3 本章小结
5 系统测试与实验结果分析
    5.1 系统测试方案
        5.1.1 加密IP的测试流程
        5.1.2 安全性能分析
    5.2 仿真软件中算法验证与结果分析
    5.3 器件资源利用率
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望与不足
致谢
参考文献
附录A 附图
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3794065