基于aes算法加密电路的可重构研究与实现

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1、东南大学硕士学位论文基于AES算法加密电路的可重构研究与实现姓名：梁文丽申请学位级别：硕士专业：集成电路设计指导教师：李冰20090318摘要要AES算法是2000年10月美国国家标准与技术研究所(NIST)提出来的新型高级加密算法标准，用来取代上一代的DES数据加密标准，自问世以来，AES算法在软件和硬件的实现上一直备受人们关注，基于安全因素和速度的考虑，人们更关注于其在硬件实现上的研究。本文把可重构体系结构的思想引入到AES算法中，对AES算法的实现进行研究设计。根据数学有限域的性质，首先通过研究Sbox盒生成原理，采用组合逻辑方式实现代替以往的查找表形式；再对轮变换各个步骤进行

2、可重构设计，通过对AES算法加密和解密的结构的研究和优化，最终达到了加密和解密过程的可重构实现，以此减少了硬件电路的面积；为了减少时钟延时，整个电路的实现采用流水线结构，来提高数据处理速度：考虑影响数字电路功耗的因素，对电路进行低功耗分析和设计。对硬件实现而言，本文主要研究AES算法基于ASIC设计方法在m核上实现，根据AES算法的特点，采用自顶向下，从逻辑层到物理层的多层设计方法，层层验证确保各层设计的正确，最终实现整体设计的正确性。在首先完成设计的体系结构后，采用Verilog语言代码的RTL级实现及功能验证；再使用Synopsys公司的综合工具DesignCompiler将RT

3、L级代码综合成对应工艺库的门级电路，并且通过前仿真Timing报告；最后使用Synopsys公司的自动布局布线工具Astro进行布局布线以生成版图。本设计在XilinxVirtex4XC4V25平台下进行性能评估，在SMIC0．18ttmCMOS工艺下完成布局布线，结果表明了本设计提出的AES算法实现方案的可行性，AES算法Ⅲ核的面积为427．189m'545．409m，最高时钟频率可达153MHz。面积和速度都满足论文的指标要求。关键词：AES算法，可重构，流水线结构，轮变换，ASICAbstractTheRijndaelalgorithmwaschosenasthenewAdva

4、ncedEncryptionStandard(AES)intheOctober2000bytheNationalInstituteofStandardandTechnology(NIST)，andreplacedtheDESalgorithmasflewsymmetricblockencryptionstandardinthecomingdays．Itiswidelyattractedintheresearchofsoftwareandhardware，however,comparedtosoftwareimplementation，hardwareimplementationspr

5、ovidemorephysicalsecurityaswellashigherspeed．Inthispaper,itpresentsanoptimizedandreeonfigurablehardwareimplementationofAESalgorithm．Accordingtothetheoryoffinitefield,itproposesoptimizationofS-BoxandInverseS-boxinvolvedmultiplicativeinverseandaft"metransformandtheirinversestakingplacethelook·叩ta

6、ble；byre．configuredandoptimizedthetransformationsintheAESalgorithm，itcallimplementtheeneryptionprocessandthedecryptionprocessinthesameprocess，forreducingtheareaofthecircuit；becausethedesignisimplementedinthecompositelogiccircuit，thedelayofcriticalpathincreases，soitUSeSthemixedpipelinestructuret

7、oimplementtheAESalgorithm，inordertoimprovethespeed；analyzingthefactorsofinfluencingthepowerinthedigitalcircuitdesign，italsoadoptssomewaystoreducethepowerconsumingofthecircuit．Inthehardwarerealization，themseamhofthetestisbasedonthe