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1、摘要2000年10月2日，美国国家标准与技术研究所宣布采用Rijndael算法作为高级加密标准，并于2002年5月26日正式生效，AES算法将在今后很长一段时间内，在信息安全中扮演重要角色。因此，对AES算法实现的研究就成为了国内外的热点，会在信息安全领域得到广泛的应用。用FPGA实现AES算法具有快速、灵活、开发周期短等优点。本论文就是针对AES加密算法在FPGA中的优化实现问题，在深入分析了AES算法的整体结构、基本变换以及加密流程的基础上，对AES算法的加密系统的FPGA优化设计进行了研究。主要内容为：首先，确定了实现方案以及关键技术，在比较了常用的结构后，采
2、用了适合高速并行实现AES加密算法的结构——内外混合的流水线结构，并给出了总体的设计框图。然后，利用QUARTUSII开发工具进行代码的编写工作和综合编译工作，在MODELSIM中进行仿真并给出仿真结果，给出了各个模块和整个设计的仿真测试结果；关键字：AES，FPGA，查表法，流水线技术19AbstractOctober2,2000,theNationalInstituteofStandardsandTechnologyannouncedtheadoptionofRijndaelastheAdvancedEncryptionStandardalgorithm,and
3、inMay26,2002cameintoeffect,AESalgorithminthefutureforalongperiodoftimetoplayininformationsecurityimportantrole.Therefore,theAESalgorithmresearchhasbecomeahotspotathomeandabroad,willbeinthefieldofinformationsecurityiswidelyused.FPGAimplementationusingAESalgorithmisfast,flexible,andshort
4、developmentcycle.ThispaperistoAESencryptionalgorithmintheFPGAimplementationoftheoptimizationproblem,in-depthanalysisoftheoverallstructureoftheAESalgorithm,thebasictransformationandtheencryptionprocessbasedontheAESalgorithmencryptionsystemontheFPGAdesignoptimizationstudies.Themainconten
5、tsare:Firstofall，Animplementationplanandidentifiedkeytechnology,commonlyusedincomparingthestructure,suitableforhigh-speedparallelimplementationusingAESencryptionalgorithmstructure-insideandoutsidethehybridpipelinestructure,andgivestheoveralldesigndiagram.ThencodedevelopmenttoolsforuseQ
6、UARTUSIIpreparationandcomprehensivecompilationworkcarriedoutinMODELSIMsimulationandthesimulationresults,thedesignofeachmoduleandthesimulationtestresults;Keywords:AES,FPGA,look-uptablemethod,pipelinetechnology,19目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1课题背景11.2课题任务1第二章AES算法简介22.1数据加密标准的发展22.1.1AES（高级数据加
7、密标准）产生的原因22.1.2AES的产生发展与基本要求22.2高级加密标准32.2.1算法的设计原理32.2.2硬件实现方法42.3AES算法的设计42.3.1AES算法的整体结构42.3.2AES算法的步骤52.3.3AES算法描述7第三章AES加密系统的设计分析123.1AES加密系统的基本结构123.2AES算法的优化设计133.2.1密钥扩展的单元的优化设计133.2.2轮函数优化设计13193.3AES算法的实现143.3.1AES算法的硬件实现方式143.3.2流水线设计153.4控制模块的设计16第四章AES加密系统的FPGA设计184.1开发环
