车载GPS数据对称加密算法的FPGA实现研究

发布时间：2018-06-23 16:44

  本文选题：AES加密 + FPGA技术　； 参考：《哈尔滨商业大学》2013年硕士论文

【摘要】：随着加密技术的不断发展和进步,以及应用范围的扩大,各种加密算法及实现加密算法的技术不断被研究、应用。在车辆GPS定位系统中需要将卫星传递的有关车辆的位置等信息进行加密后在经无线网络传输至系统终端,以方便对车辆的监控和管理,同时还可以防止车辆的GPS信息被非法拦截篡改等。AES加密算法因其具有编码效率高,内存需求低、适合于受限环境,密钥长等优点被越来越多的利用,同时FPGA技术所特有的在线可编程、升级优点使它成为实现加密算法的主要技术之一 通过对现有各种嵌入式开发平台的分析,提出基于FPGA技术来实现对车辆GPS数据进行加密的方案。利用FPGA能够使GPS加密系统的开发与调试更加方便,并且为后续的升级等也提供了极大的便利。系统选用Altera公司蓝色飓风Cyclone Ⅱ系列开发板作为开发测试环境,型号为EP2C35F672C8。并选用Quaturs9.0和IDE9.0作为系统软硬件开发平台进行系统的设计。编程语言采用Verilog硬件语言和基于Nios Ⅱ下的C语言。 在系统的构建方面,利用RS-232通信协议进行数据的接收与发送,系统采用SOPC Builder搭建系统所需的处理器及外设等硬件环境,并通过CPU进行数据加载,加密等的控制。对于AES加密算法则采用硬件语言而非C编程实现来提高系统的加密速度,并将它生成为一个独立的加密模块。最后将该模块与SOPC Builder搭建的模块以及SDRAM存储模块及相关外设等相连成为一个完整的加密系统。 加密模块是GPS加密系统的核心部分,本文在传统的AES算法基础上,根据选用的软硬件环境,提出了一种改进的AES算法及其实现方法。在AES算法的字节替换与行移位步骤,对两者进行合并,进行直接移位替换,并利用Verilog语言的并行处理特性实现字节的快速处理。在列混合变换部分,本文提出了一种基于LUT的列混合改进方法,利用LUT技术,将域乘运算转换为字节的读取操作,实验结果证明该方法能够有效的提高加密速度,从而保证车载GPS加密系统的实时性。 最后为了对所设计的系统进行验证,通过编写测试文档Testbench,利用Modelsim仿真软件对所设计的加密系统进行仿真验证,同时通过对优化前后的系统编译报告对比证明本文采用的方法可以在不影响安全性的前提下提高加密的速度,从而满足GPS车载数据加密系统对安全性与实时性的要求。
[Abstract]:With the continuous development and progress of encryption technology and the expansion of application scope, various encryption algorithms and the implementation of encryption algorithms have been studied and applied. In the vehicle GPS positioning system, it is necessary to encrypt the satellite information about the position of the vehicle and transmit it to the system terminal via the wireless network, so as to facilitate the monitoring and management of the vehicle. At the same time, it can also prevent the GPS information of vehicles from being illegally intercepted and tampered with. AES encryption algorithm is more and more utilized because of its high coding efficiency, low memory requirement, suitable for restricted environment, long key and so on. At the same time, FPGA's unique on-line programmable, upgrade advantages make it one of the main techniques to realize encryption algorithm through the analysis of various embedded development platforms. This paper presents a scheme to encrypt vehicle GPS data based on FPGA technology. FPGA can make the development and debugging of GPS encryption system more convenient, and it also provides great convenience for the subsequent upgrade. The system selects the blue hurricane Cyclone 鈪，

本文编号：2057740