ic卡aes协处理器的fpga设计论文

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1、湖南大学硕士学位论文IC卡AES协处理器的FPGA设计姓名：邓蓉申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：张红南20050401硕十学位论文摘要随着我国“金卡工程”的实旋，Ic卡已渗透到我们生活的各个方面，Ic卡作为信息传输、存储和交换的中间媒介，对信息的安全起着举足轻重的作用，因此，它所提供的安全保护手段必须足以保证信息的安全。但现在的IC卡多用DES或T-DES对信息进行加密和解密，这种加密算法早已被攻破。2002年美国公布了新的加密标准⋯一高级加密标准(AES)，并多用于通信和网络，用高级加密标准保证IC卡的

2、信息安全势在必行，针对Ic卡的AES协处理器的设计也非常重要。本论文首先介绍了高级加密标准的整体结构和四个轮函数，并详细介绍了其加密，解密原理和过程。高级加密标准的硬件实现的结构有多种，本论文主要对比了流水线结构、内部流水线结构和循环展开结构的速度和特点，针对Ic卡中信息处理的特点和对面积的要求，选择了内部流水线结构作为Ic卡AES协处理器的结构，并对该结构进行了改进。在密钥扩展方面，采用了同步扩展的方法，即在进行每一轮运算的同时产生下一轮轮密钥，使轮运算和密钥调度同步进行，大大节省了轮密钥的存储空间。在此基础上又对高级加密标

3、准的四个轮函数进行了算法优化，使加密和解密共享硬件资源。经改进后的结构的突出特点是最大程度上实现了资源共享，减少了硬件资源的占用率。在硬件设计的基础上，本论文按照自顶向下的设计方法，采用可综合的代码风格，在集成开发软件ISE6．1中完成了AES协处理器各个功能模块的VefilogHDL代码的编写，并在ISE中调用第三方软件Modelsim进行了仿真，验证了设计的正确性，并以Xilinx公司的Virtex系列XCV．pq240型FPGA为载体顺利完成了从综合到映射再到布局布线的全过程，该设计的最高时钟频率达到了20．032MHz

4、，对一个数据分组的加密速度为64Mbits／s，解密速度为43Mbits／s。结果表明，该设计满足各项时序要求，满足IC卡对加解密协处理器的要求。关键词：高级加密标准；算法优化；资源共享；硬件描述语言；FPGA；兰土兰：尘兰翌兰兰：：2台璧墓AbstractWiththecarriedoutof‘'GoldenCardProject'’inourcountry，ICcardsarewildlyusedinourdailylives．ICcardisaquiteimportantmediumoftransmission，stor

5、ageandexchangeofinformation．SothesecuritymeasuresofferedbyICcardmustguaranteethesafetyofinformationButnowadays，mostICcardsstillencryptordecryptinformationwithDESorT-DESwhichhasbeenprovedtobeout-of-date．In2002，thenewencrypfionstandard--AES(advancedencryptionstandard)

6、wasannouncedbyU．S．A．．Intheseseveralyears，itisimplementedincommunicationandintemet．SoitbecomesurgentnowtoputAESintoeneryptingordecryptinginformationonICcard．AndthedesignofAESprocessorbasedonICcardalsobecomesveryimportant．Thisthesisintroducesthewholearchitectureandfou

7、rindividualtransformationsfirst．andexplainstheprinciplesofencryptionanddecryptionatlength．FortheseveralarchitecturesofthehardwareimplementofAES，thisthesismainlyanalyzesandcontraststhecharacteristicsofpipefinearchitecture，sub—pipelinedarchitectureandloopunrollingarch

8、itecture．AccordingtothecharacteristicsofinformationandtherequirementforchipareainICcard，thethesischoosesthesub—pipelinedarchitectureasthea