aes加密算法ip核地設計與驗證

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1、上海交通大學碩士學位論文AES加密算法IP核的設計與驗證姓名：劉晗嘉申請學位級別：碩士專業(yè)：電路與系統(tǒng)指導教師：周玉潔20090101上海交通大學工學碩士學位論文摘要AES加密算法IP核的設計與驗證摘要美國國家標準技術(shù)局（NIST）于2001年發(fā)布高級加密標準（AES），用來取代DES，從而成為廣泛使用的對稱分組加密標準。針對AES的硬件實現(xiàn)人們做了許多有意義的研究工作，有的著力于采用流水線結(jié)構(gòu)提高吞吐率，有的著力于低成本和低功耗的實現(xiàn)。本文針對手持設備和移動終端場合下的應用需求設計出一款完全遵循標準的AES加密算法IP核，在面積與性能之間取得良好折中。為了減小硬件的面積，本文提出一種等價加

2、密算法，在此基礎上設計出一種32位帶寬的數(shù)據(jù)通路，使加密與解密之間、輪函數(shù)與密鑰擴展之間實現(xiàn)模塊級的資源共享，同時減少運算單元的數(shù)量。利用復合域運算的特點，基于組合邏輯設計一種小面積的合并的Sbox。研究MixColumn及其逆變換的不同因子分解方法，提出一種在數(shù)據(jù)通路中共同使用的方案。公共子表達式消除技術(shù)被廣泛應用于邏輯優(yōu)化，從而實現(xiàn)了比特級的資源共享。為支持128、192和256位不同密鑰長度的加密和解密運算，本文還設計了一種可配置的實時密鑰擴展結(jié)構(gòu)，利用密鑰緩存機制平衡加解密吞吐率。根據(jù)可重用的設計要求，為IP設計了通用接口，并在設計實現(xiàn)過程中進行了充分的功能和時序驗證。最終基于SMI

3、C0.18μm工藝的AESIP核的面積只有22.6k門，100MHz工作頻率下AES-128加解密的吞吐率達188Mbps。關(guān)鍵詞：高級加密標準，知識產(chǎn)權(quán)核，有限域第I頁上海交通大學工學碩士學位論文ABSTRACTDESIGNANDVERIFICATIONOFAESENCRYPTIONIPCOREABSTRACTTheAdvancedEncryptionStandard(AES)issuedbytheNational InstituteofStandardsandTechnology(NIST)oftheUSAin2001,is supposedtoreplaceDES,andhasbeco

4、methenewwidely-usedsymmetric blockcipherstandard.Alotofeffortshavebeenmadeonthevarious hardwareimplementationsoftheAESalgorithm.Someofthemfocuson achievingextremelyhighthroughputbyusingpipelinearchitecture,while othersfocusondesigninglow-costandlow-powerdevices.Giventhespecific requirementofportabl

5、edevicesandmobileterminals,thethesispresentsa strictlycompliantAESIPwithanacceptabletrade-offbetweenareaand performance.Inordertoreducethearea,anequivalentencryptionstructureis proposed,anda32-bitdatapathisdevelopedbysharingoperationblocks betweenencryptionanddecryptionaswellasbetweenroundfunctiona

6、ndkey expansion.ByintroducingcompositefieldsSboxescanbeefficiently implementedwithcombinationallogic.Twoapproachesoffactoringof MixColumnanditsinverseareexplored.Bit-levelresourcesharingisfully employedbyusingcommonsubexpressionelimination.Thesuggested reconfigurablearchitectureofkeyscheduleriscapa

7、bleofperformingforward keyexpansionforencryptionandreversekeyexpansionfordecryptioninan on-the-flywayforallthethreedifferentkeylengths.TheAESIPisdeveloped withauniversalinterfaceandcanbeeasilyintegratedinto