2000年10月2日，美國國家標準與技術研究所宣布采用Rijndael算法作為高級加密標準，并于2002年5月26日正式生效，AES算法將在今后很長一段時間內，在信息安全中扮演重要角色。因此，對AES算法實現的研究就成為了國內外的熱點，會在信息安全領域得到廣泛的應用。用FPGA實現AES算法具有快速、靈活、開發周期短等優點。 本論文就是針對AES加、解密算法在同一片FPGA中的優化實現問題，在深入分析了AES算法的整體結構、基本變換以及加、解密流程的基礎上，對AES算法的加、解密系統的FPGA優化設計進行了研究。主要內容為： 1．確定了實現方案以及關鍵技術，在比較了常用的結構后，采用了適合高速并行實現AES加、解密算法的結構——內外混合的流水線結構，并給出了總體的設計框圖。由于流水線結構不適用于反饋模式，為了達到較高的運算速度，該系統使用的是電碼本模式(ECB)的工作方式； 2．對各個子模塊的設計分別予以詳細分析，結合算法本身和FPGA的特點，采用查表法優化處理了字節代換運算，列混合運算和密鑰擴展運算。同時，考慮到應用環境的不同，本設計支持數據分組為128比特，密鑰長度為128比特、192比特以及256比特三種模式下的AES算法加、解密過程。完成了AES加、解密算法在同一片FPGA中實現的這個系統的優化設計； 3．利用QLJARTUSII開發工具進行代碼的編寫工作和綜合編譯工作，在 MODELSIM中進行仿真并給出仿真結果，給出了各個模塊和整個設計的仿真測試結果； 4．和其他類似的設計做了橫向對比，得出結論：本設計在保證了速度的基礎上實現了資源和速度的均衡，在性能上具有較大的優勢。
上傳時間： 2013-05-25
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現場可編程門陣列(FPGA)器件是能通過對其進行編程實現具有用戶規定功能的電路，特別適合集成電路的新品開發和小批量ASIC電路的生產。近幾年來，FPGA的發展非常迅速，但目前國內廠商所使用的FPGA芯片主要還是從國外進口，這種狀況除了給生產廠家帶來很大的成本壓力以外，同時也影響到國家信息產業的保密和安全問題，因此在國內自主研發FPGA便成為一種必然的趨勢。 基于上述現實狀況及國內市場的巨大需求，中國電子科技集團公司第58研究所近年來對FPGA進行了專項研究，本論文正是作為58所專項的一部分研究工作的總結。本文深入研究了FPGA的相關設計技術，并進行了實際的FPGA器件設計，研究工作的重點是在華潤上華(CSMC)0.5μm標準CMOS工藝基礎上進行具有6000有效門的FPGA的電路設計與仿真。 論文首先闡述了可編程邏輯器件的基本結構，就可編程邏輯器件的發展過程及其器件分類，對可編程只讀存儲器、現場可編程邏輯陣列、可編程陣列邏輯、通用邏輯陣列和復雜PLD等的基本結構特點進行了討論。接著討論了FPGA的基本結構與分類及它的編程技術，另外還闡述了FPGA的集成度和速率等相關問題。并根據實際指標要求確定本文研究目標FPGA的基本結構和它的編程技術，在華潤上華0.5μm標準CMOS工藝的基礎上，進行一款FPGA芯片的設計研究工作。進行了可編程邏輯單元的基本結構的設計，并用CMOS邏輯和NMOS傳輸管邏輯實現了函數發生器、快速進位鏈和觸發器的電路設計，并對其進行了仿真，達到了預期的目標。
上傳時間： 2013-07-18
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加密算法一直在信息安全領域起著極其重要的作用,它直接影響著國家的安全和發展.隨著計算機技術的飛速發展,原有的數據加密標準(DES)已不能滿足人們的保密要求.在未來的20年內,高級數據加密標準(AES)將替代DES成為新的數據加密標準.在不對原有應用系統作大的改動的情況下,3-DES算法有了很大的生存空間.該文介紹了DES和3-DES算法的概要,給出了一種電路實現模型,并基于XILINX公司的FPGA器件設計了IP核,介紹了I P核設計中主要模塊的設計方法.最后對該IP核進行了分析,給出它的性能參數.該課題系統地論述了基3-DES算法的密碼IP核設計全過程.文章首先闡述了該設計的課題背景,給出了使用VHDL方法設計密碼電路的特點和研究思路和特點,然后對IP核的設計環境和密碼算法進行了介紹.在此基礎上,詳細討論了3-DES算法的密碼芯片設計方法和各個電路模塊實現的結構圖,包括算法電路、譯碼電路、接口電路和控制模塊電路等.通過對各個模塊設計的介紹,闡明了使用VHDL語言設計專用集成電路的原理和特點.
上傳時間： 2013-04-24
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AES是美國于2000年10月份確立的高級加密標準，該標準的反饋鏈路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。 加密是安全數據網絡的關鍵，要保證在公眾網上傳輸的信息不被竊取和偷聽，必須對數據進行加密。在不影響網絡性能的前提下，快速實現數據加密/解密，對于開發高性能的安全路由器、安全網關等對數據處理速度要求高的通信設備具有重要的意義。 在目前可查詢的基于FPGA技術實現AESCBC的設計中，最快的加/解密速度達到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔騰4主頻3.06，用匯編語言編寫程序，全部資源用于加密解密，最快的加密解密速度可以達到1.4Gbps。但根據國外測試結果表明，即使開發的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網絡處理器，軟件加密解決方案僅能達到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。 本文首先研究分析了目前幾種實現AESCBC的方法有缺點的情況下，在深入研究影響硬件快速實現AESCBC難點基礎上，設計出一種適應于報文加密解密的硬件快速實現AESCBC的方案，在設計中采用加密解密和密鑰展開并行工作，實現了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊列技術，實現了報文解密和子密鑰展開協調工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真設計方案的基礎上，全面驗證了硬件實現AESCBC方案的正確性，全面分析了本設計加密解密的性能。并且針對設計中的流水線效率低的問題，提出改善流水線性能的方案，設計出報文級并行加密解密方案，并且給出了硬件實現VPN的初步方案。實現了單一模塊加密速度達到1.16Gbps，單一模塊解密速度達到900Mbps，多個模塊并行工作加密解密速度達到6.4Gbps。 論文最后給出了總結與展望。目前實現的AESCBC算法，只能通過仿真驗證其功能的正確性，還需要下載到芯片上做進一步的驗證。要用硬件實現整個IPSec，還要進一步開發基于FPGA的技術?？傊?，為了適應路由器發展的需求，還有很多技術需要研究。
上傳時間： 2013-05-29
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加密算法一直在信息安全領域起著無可替代的作用,它直接影響著國家的未來和發展.隨著密碼分析水平、芯片處理能力和計算技術的不斷進步,原有的數據加密標準(DES)算法及其變形的安全強度已經難以適應新的安全需要,其實現速度、代碼大小和跨平臺性均難以繼續滿足新的應用需求.在未來的20年內,高級加密標準(AES)將替代DES成為新的數據加密標準.高級加密標準算法是采用對稱密鑰密碼實現的分組密碼,支持128比特分組長度及128比特、192比特與256比特可變密鑰長度.無論在反饋模式還是在非反饋模式中使用AES算法,其軟件和硬件對計算環境的適應性強,性能穩定,密鑰建立時間優良,密鑰靈活性強.存儲需求量低,即使在空間有限的環境使用也具備良好的性能.在分析高級加密標準算法原理的基礎上,描述了圈變換及密鑰擴展的詳細編制原理,用硬件描述語言(VHDL)描述了該算法的整體結構和算法流程.詳細論述了分組密碼的兩種運算模式(反饋模式和非反饋模式)下算法多種體系結構的實現原理,重點論述了基本體系結構、循環展開結構、內部流水線結構、外部流水線結構、混合流水線結構及資源共享結構等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基礎上,采用自頂向下設計思想,論述了高級加密標準算法的FPGA設計方法,提出了具體模塊劃分方法并對各個模塊的實現進行了詳細論述.圈變換采用內部流水線結構,多個圈變換采用資源共享結構,密鑰調度與加密運算并行執行.占用芯片面積及引腳資源較少,在芯片選型方面具有很好的適應性.
上傳時間： 2013-06-20
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信息技術的不斷發展,對信息的安全提出了更高的要求.在應用公鑰密碼體制的時候,對密鑰長度要求越來越大,處理的速度要求越來越快.而基于橢圓曲線離散對數問題的橢圓曲線密碼體制,因其每比特最大的安全性,受到了越來越廣泛的注意.橢圓曲線密碼體制(ECC:Elliptic Curve Cryptosystem)的快速實現也成為一個關注的方面.該文按照確定有限域、選取曲線參數、劃分結構模塊、優化模塊算法、實現模塊設計,驗證模塊功能的順序進行書寫.為了硬件實現上的方便,設計選擇了含有Ⅱ型優化正規基的伽略域GF(2191),并在該域上構造了隨機的橢圓曲線.根據層次化、結構化的設計思路,將橢圓曲線上的標量乘法運算劃分成兩個運算層次:橢圓曲線上的運算和有限域上的運算.模塊劃分之后,利用自底向上的設計思路,主要針對有限域上的乘法運算進行了重要的改進,并對加法群中的標量乘運算的算法進行了分析、證明,以達到面積優化和快速執行的效果.具體設計中,采用硬件描述語言Verilog HDL,在Mentor Graphics公司出品的FPGA Advantage平臺上進行電路設計.完成了各個模塊的設計輸入和仿真.設計選用了Altera公司的APEX Ⅱ系列器件,利用第一方軟件Quartus Ⅱ 2.2進行綜合、布局、布線和時序仿真.文中給出了橢圓曲線上的點加、倍點和標量乘法模塊的具體設計結構框圖.并且根據橢圓曲線的標量乘特點,提出了合適的驗證方案.該設計完成了橢圓曲線上的標量乘法運算.設計主要針對資源受限的應用環境:改進了有限域上的乘法運算、使用了沒有預處理的標量乘算法.改進后的橢圓曲線標量乘法需要2,741,998個邏輯單元,在100MHz的時鐘約束下,運行一次標量乘法運算需要567.69us.該次設計的結果可以直接用來構造橢圓曲線上的簽名、驗證、密鑰交換等算法.
上傳時間： 2013-05-24
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溫度的測量和控制在工業生產中有廣泛的應用，尤其在石油、化工、電力、冶金等工業領域中，對溫度的測量和監控是非常重要的一個環節，溫度參數是工業控制中的一項重要的指標。 本文主要研究了基于ARM9架構的嵌入式Linux系統在工業領域中各種爐溫控制場合中的應用。目前控制方案主要是采用傳統的PLC和單片機進行控制。PLC主要是針對單項工程或者重復數極少的項目，靈活性相對不足，并且體積大，成本相對較高；而單片機主要用于小型設備的控制，具有成本低，功耗低，效率高的特點，但可移植性較差。為了適應信息產業的發展，新技術革新以及產業的專業化現代化的發展，本文針對PLC和單片機控制的優缺點和應用場合提出了采用ARM9嵌入式微控制器AT91RM9200和Linux操作系統相結合的嵌入式溫度控制系統，具有系統擴展性強、可靠性高、響應速度快、體積小等特點，為用戶提供了一種新型的控制方案。 本文首先論述了嵌入式操作系統的組成，接著設計了溫度控制系統的硬件系統，主要包括CPU模塊、模擬電路模塊、存儲模塊和通信模塊四個部分：在對溫度控制系統的軟件部分的設計中，主要是針對Boot-Loader的移植、Linux內核移植、根文件系統的定制、驅動程序的編寫和應用程序的編寫五部分進行設計。 系統功能主要是循環采集AD通道數據，上傳AD數據到服務器，接收服務器下發的控制數據包，記錄日志等。通過在線運行測試，該系統穩定可靠，采集和控制效果良好，可有效降低了生產成本和工人的勞動強度，為安全生產提供保證。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著信息技術的不斷發展，安全、可靠的身份識別技術成為許多系統首先考慮的問題。指紋具有唯一性和穩定性，因此指紋采集技術是指紋識別技術中的最為重要的一個環節，伴隨著生物識別技術的不斷提高，以及指紋傳感器的性能不斷提升，指紋識別技術的應用越來越廣泛。因此，高質量的采集指紋圖像技術已經成為一個重要的研究課題。 本文的內容是基于ARM的指紋采集系統的設計。按照設計思想，系統主要包括兩個大的模塊：指紋圖像采集模塊、指紋圖像傳輸模塊。在設計工作中，根據系統的實現要求和本專業領域內最新技術的發展狀況，確定了以Samsung公司的ARM7處理器S3C44BOX和ALTERA公司的復雜可邏輯編程器件EPM240為核心的系統組成方案。 本文主要做的工作有：首先介紹了指紋識別技術的基本原理和方法，通過對不同類型指紋傳感器的比較選擇了性價比較高的電容式指紋傳感器。設計了以Samsung ARM和MBF200電容式指紋傳感器為主要組成部分的電容式指紋采集系統。在ADS1.2編譯環境下對ARM進行基于C語言和匯編語言混合編程的初始化程序，指紋采集程序以及數據傳輸程序；采用了USB技術實現系統與計算機之間的通訊，大大提高了指紋圖像數據的傳輸速度；采用CPLD對系統各個芯片之間的信號進行邏輯控制；采用SST公司的閃爍存儲器SST39VF160存放系統啟動程序Boot loader。 本文首先描述了整個系統的總體方案，然后主要從硬件電路設計和軟件編程兩個方面對系統進行了詳細的描述，硬件設計包括芯片的選型、核心芯片接口電路設計以及處理器的外圍電路設計，軟件設計包括系統主程序、指紋采集程序以及指紋數據通訊的流程圖。最后列舉了一些在調試過程中碰到的一些問題以及解決辦法，并為系統進一步優化提出了建議。
上傳時間： 2013-07-23
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按照公安部規定，我國從 2004 年開始換發第二代居民身份證，預計到 2008 年基本完成第二代居民身份證的換發工作。第二代身份證與第一代身份證最大的區別在于：它的內部嵌入了一枚指甲蓋大小的非接觸式 IC 芯片，該芯片內存儲有姓名、性別等9項信息。本課題設計出一款基于 ARM 和 GPRS 技術的第二代身份證無線手持閱讀器，該閱讀器能讀出第二代身份證內 IC 卡信息，并可通過 GPRS 網絡將信息進行無線傳輸。 本文以該閱讀器的設計為主線，論述的主要內容如下： 1．介紹了課題背景及意義。全國 9 億第二代身份證的換發，必然帶來各行業對閱讀器的大量需求，而現有閱讀器的弊端促使了對閱讀器做更深入的研究。 2．介紹了相關概念及技術，包括：無線射頻識別技術、ISO/IEC14443 協議、嵌入式系統、ARM、GPRS技術等。 3．詳細介紹了該閱讀器的硬件設計方法，并給出主要硬件模塊電路原理圖及其 PCB 板設計方法，同時也簡單介紹了硬件的焊接和調試過程。 4．詳細介紹了該閱讀器的軟件設計方法，包括：讀卡模塊驅動程序、GPRS 模塊驅動程序、人機對話模塊驅動程序、I/O 口驅動程序的流程圖和部分代碼。 5．為使該閱讀器安全可靠地運行，對閱讀器進行了各種功能測試，包括：讀卡功能、GPRS 數據傳輸功能、人機接口功能。 通過功能測試，該閱讀器能準確讀取第二代身份證內信息并通過GPRS 網絡成功將信息發送出去。該閱讀器與市面上現有的閱讀器相比，具有可脫機操作、無線傳輸、小巧靈便的優點。由于該閱讀器軟件采用模塊化的設計方法，可以方便移植到其他非接觸卡閱讀器中，因此本閱讀器具有非常廣泛的應用前景。
上傳時間： 2013-06-10
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隨著社會的進步，經濟的發展以及我國入世以后汽車行業的迅速發展，使得國內交通車輛與日劇增，隨之帶來的交通擁擠、交通堵塞、車輛盜竊等一系列問題成為人們生活中最直接的安全隱患。運用無線通信技術、ARM技術和GPS定位技術的車輛監控系統可以有效的解決這些問題，滿足運輸效率和安全保障的需要，并且帶來極大的經濟效益和社會效益。 通過對車輛監控系統和相關技術的研究與分析，本文提出了基于ARM和GPS的車輛監控系統研究。與傳統的單片機控制的車輛監控系統相比，該系統克服了單片機系統因其功能簡單、無操作系統、程序移植性差而只能滿足簡單控制的缺點，能實現復雜任務的監控，例如顯示復雜的電子地圖、數據進行復雜計算、高端產品甚至有網絡互聯和Web瀏覽功能等等。同時該系統采用了GPRS無線通訊方式，具有資源利用率高、傳輸速率高、計費合理等特點，解決了以往采用SMS短消息通訊技術中存在的通訊費用高、消息延時和消息丟失等問題，提高了系統的實時性和可靠性。 論文首先介紹了在車輛監控系統中應用的GPS全球衛星定位技術和GPRS通用無線分組業務，在GPS定位技術中介紹了GPS系統組成、GPS信號和編碼、定位原理以及GPS誤差；在GPRS通訊技術中介紹了GPRS的概念、GPRS網絡的總體結構、GPRS的主要優點及發展動向。 論文隨后分為車輛監控系統總體結構與功能、車載端的研究與設計、監控中心的研究與數據庫設計三大部分進行介紹。車輛監控系統由車載端、監控中心和兩者之間的通訊網絡三部分組成，車載端主要由GPS定位模塊、GPRS通信模塊和ARM數據處理與控制模塊這三大模塊構成；監控中心包括Internet接入設備、中心服務器、監控端計算機以及一些輔助設備等。車載端分布在各個移動車輛上，負責接受OPS衛星定位信息，通過數據控制處理器解算出車輛所處的位置坐標，坐標數據經過處理后通過GPRS模塊，最后將數據通過通訊網絡GPRS發送到監控中心的信息服務器，信息服務器將收到的車臺數據經過預處理之后分發給監控終端。
上傳時間： 2013-06-14
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