面向物联网安全的高性能Hash算法可复用研究与实现

发布时间：2021-03-24 04:38

　　随着物联网的快速发展以及相关应用的普及,诸如隐私泄露、入侵攻击等安全问题开始出现。如何在利用物联网强大功能提供便利的同时,保障信息的安全变得十分迫切。Hash算法,是密码学和物联网安全领域中不可缺少的组成部分,不仅能够为加解密算法提供安全可靠的密钥,在数字签名、文件及消息验证等方面更是被广泛使用。在物联网应用中,根据应用环境的不同,需要使用的加解密算法也会有所不同,因此对应的密钥也不同,需要使用的Hash算法也不同;除此之外,不同的物联网应用对性能及资源面积、安全性的倾斜也会存在差异。而Hash算法发展迅猛,种类繁多,因此,为了应对物联网安全领域的这种特征和情况,本文选取了Haval、Whirlpool、SM3这三种算法,实现了高性能多种Hash算法的复用,并通过循环轮数压缩结构和流水结构提升了算法实现的性能,与单独分开实现的Hash算法电路相比,在面积和性能上具有优势。在功能测试和性能分析阶段,本文基于Modelsim完成了所有电路设计的功能仿真与代码覆盖率的检测,并通过了安全测试;基于Altera公司DE4开发板对各电路设计的资源及性能进行了比较分析。本文Haval、Whirlpo... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

算法SM3、Whirlpool的消息串填充原理图

图 2-1 算法 SM3、Whirlpool 的消息串填充原理图假设原消息串长度为 L，其中 Whirlpool 的 L 须小于 2256位，；在原消息串后面补充 1 位 1，再补充 N 位 0，对于 SM3，使得数，对于 Whirlpool，使得 L+N+1+256 为 512 的倍数；对于 SM3，将 L 的 16 进制填充到消息的最后 64 位，对于 W制填充到消息的最后 256 位。Haval，分组长度为 1024 位，填充方法与上面两种 Hash 算法不 所示：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文效数据进行分析。本文对 Haval 算法、Whirlpool 算法、SM3能仿真的结果均正确。用电路的功能仿真中三种 Hash 算法均采用基本迭代运算结构，则完成一组 1024 位消息的 Hash 运算需要 96 或 128 或 160 总轮数 PASS 决定），选择使用 Whirlpool 算法，则完成一组算需要 10 个时钟周期，选择使用 SM3 算法，则完成一组 51需要 64 个时钟周期。如图 4-2 所示是 Modelsim 工具中复用电，如图 4-3 所示是功能仿真中的重要信号的波形图，如图 4-4覆盖率情况。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]基于5G通信技术的物联网产业发展[J]. 白帆.  数字技术与应用. 2018(08)
[3]物联网安全综述[J]. 张玉清,周威,彭安妮.  计算机研究与发展. 2017(10)
[4]物联网综述[J]. 黄静.  北京财贸职业学院学报. 2016(06)
[5]SM3算法高速ASIC设计及实现[J]. 于永鹏,严迎建,李伟.  微电子学与计算机. 2016(04)
[6]适用于高速检索的完美Hash函数[J]. 王兴,鲍志伟.  计算机系统应用. 2016(02)
[7]SM3及SHA-2系列算法硬件可重构设计与实现[J]. 朱宁龙,戴紫彬,张立朝,赵峰.  微电子学. 2015(06)
[8]SHA-2（256,384,512）系列算法的硬件实现[J]. 刘政林,董馨,李东方.  微电子学与计算机. 2012(12)
[9]SM3算法的FPGA设计与实现[J]. 丁冬平,高献伟.  微型机与应用. 2012(05)
[10]面向海量数据应用的物联网信息服务系统研究综述[J]. 周开乐,丁帅,胡小建.  计算机应用研究. 2012(01)

博士论文
[1]物联网中信息共享的安全和隐私保护的研究[D]. 姜顺荣.西安电子科技大学 2016

硕士论文
[1]基于AMBA总线的DMA控制器的设计[D]. 吴瑶裔.湖南大学 2012
[2]Haval及部分新Hash函数的分析[D]. 李延延.山东师范大学 2011



本文编号：3097074