HMAC-SHA256算法的VLSI结构设计

发布时间：2017-05-14 10:09

  本文关键词：HMAC-SHA256算法的VLSI结构设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着互联网技术和网络通信技术的高速发展,当下社会已经进入了信息化时代,人们交换信息共享信息的方式逐渐多样化,但是信息传输的公共信道与计算机的存储系统都是比较脆弱的,很容易受到非法攻击,信息的丢失往往会造成很严重的经济损失,所以信息在传递过程中的安全问题日益成为人们关注的焦点。加密和认证是防止信息非法攻击的有效手段,本文在介绍了SHA256和HMAC的算法结构的基础上,对两者的安全性做了详细的分析。对比了SHA256、SHA1、MD5等算法在抵抗生日攻击和差分攻击方面性能强弱,同时也比较了几种算法的实现效率,最终选择了SHA256算法作为HMAC的核心算法。文章分析了密钥长度对HMAC安全性的影响,权衡了安全性和速度两方面的因素最终确定了密钥的长度。通过对SHA256算法结构的分析设计了SHA256运算单元的Wt预计算模块,同时找到了SHA256运算单元的关键路径,并且采用了插入中间变量的方式使得关键路径的中的加法运算提前到上一个运算周期,大大缩短了SHA256运算单元关键路径的延时,提高了运算效率。根据HMAC的算法结构特点,本文将电路结构分为SHA256运算模块和HMAC算法控制模块两个层次来设计,使其既能单独实现SHA256的运算也能实现HMAC的功能,应用更加灵活。在HMAC-SHA256的硬件设计工作完成后,使用了NCVerilog仿真器搭建仿真验证平台,由黄金模型生成测试向量,对HMAC-SHA256的各个模块进行了全面的验证,仿真结果表明HMAC-SHA256的功能符合标准协议的要求。然后又搭建了So C平台,将HMAC-SHA256封装成一个IP核挂载到系统中,So C系统在FPGA上的运行结果表明HMAC-SHA256在100MHz的时钟下能够正确执行算法功能生成正确的消息摘要。最后使用DC对HMAC-SHA256模块进行了综合并给出了综合后的结果。
【关键词】：消息认证 SHA256 HMAC 硬件设计
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN918.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 概述8-9
• 1.2 加密算法的软件实现和硬件实现9
• 1.3 国内外研究现状9-11
• 1.4 课题的主要研究内容和内容组织11-12
• 第2章 密码学的基本概念12-17
• 2.1 密码学的基本概念和原理12-13
• 2.1.1 明文12
• 2.1.2 密文12-13
• 2.1.3 密钥13
• 2.2 密码算法13-16
• 2.2.1 对称加密算法13-14
• 2.2.2 非对称加密算法14-15
• 2.2.3 单向加密算法15-16
• 2.3 密码学中常见的攻击16
• 2.4 本章小结16-17
• 第3章HMAC-SHA256 算法及其安全性分析17-30
• 3.1 引言17
• 3.2 SHA256 算法及其安全性分析17-24
• 3.2.1 SHA256 算法简介17-21
• 3.2.2 SHA256 安全性分析21-23
• 3.2.3 几种Hash函数的性能对比23-24
• 3.3 消息认证24-28
• 3.3.1 消息认证码24-25
• 3.3.2 HMAC算法简介25-27
• 3.3.3 HMAC安全性分析27-28
• 3.4 本章小结28-30
• 第4章HMAC-SHA256 算法的硬件设计30-44
• 4.1 数字电路设计方法30-33
• 4.1.1 数字电路设计方法30
• 4.1.2 HDL设计方法简介30-31
• 4.1.3 HDL设计与验证基本流程31-33
• 4.2 HMAC-SHA256 算法的硬件结构设计33-43
• 4.2.1. SHA256 硬件设计整体结构34-39
• 4.2.2. HMAC-SHA256 硬件整体结构设计39-43
• 4.3 本章小结43-44
• 第5章HMAC-SHA256 算法的硬件仿真和实现44-54
• 5.1 仿真验证环境44
• 5.2 验证方法44-45
• 5.3 SHA256 运算单元RTL级仿真和验证45-48
• 5.4 HMAC整体的RTL仿真和验证48-50
• 5.5 HMAC-SHA256 模块的综合50-53
• 5.5.1 综合的基本概念50-51
• 5.5.2 DC（Design Compile）简介51
• 5.5.3 HMAC-SHA256 的综合51-53
• 5.6 本章小结53-54
• 结论54-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果58-60
• 致谢60

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