隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)和加密技術(shù)成為當今熱門的技術(shù)。本文將兩方面的技術(shù)結(jié)合起來，在對ARM嵌入式系統(tǒng)和高級數(shù)據(jù)加密標準算法Rijndael作全面分析的基礎(chǔ)上，對其應(yīng)用做了研究。 文中首先分析了嵌入式系統(tǒng)和數(shù)據(jù)加密算法的發(fā)展狀況，介紹了 ARM微處理器體系結(jié)構(gòu)和 Rijndael 算法原理的相關(guān)知識。然后，結(jié)合課題研究，詳細介紹了開發(fā)板 SHX-ARM7 的硬件配置和嵌入式軟件開發(fā)環(huán)境的建立，包括 ADS1.2和超級終端的設(shè)置。 文中深入研究了嵌入式操作系統(tǒng)的移植和 Rijndael 算法在開發(fā)板上的編程實現(xiàn)，給出了仿真實驗結(jié)果。選擇移植的μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)具有良好的實時性、可擴展性和可移植性，為進一步的嵌入式應(yīng)用打下基礎(chǔ)。Rijndael 算法的實現(xiàn)分為三大模塊：密鑰擴展、加密和解密模塊，其結(jié)果可作為API函數(shù)，在嵌入式加密應(yīng)用軟件編程中直接調(diào)用。 本文對基于 ARM 的 Rijndael 算法的應(yīng)用進行了探討，給出了基于ARM微處理器與Rijndael算法的IC卡數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)的設(shè)計方案，并提出了三種密鑰安全管理方案，經(jīng)比較重點描述了“一卡一密、一次一密”的密碼管理思想。該方法能夠保證每張 IC 卡每次用來存儲重要數(shù)據(jù)時的初始密鑰都是隨機的，在一定程度上增加了破譯難度，提高了安全性。 在結(jié)論中闡述了尚需進一步解決的問題以及下一步的工作內(nèi)容。
標簽： ARM 數(shù)據(jù)加密 應(yīng)用研究 算法
上傳時間： 2013-07-06
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USB3.0–SATA橋接芯片MB86C30A的主要規(guī)范:*CBC (密碼段鏈接):一種適合加密模塊數(shù)據(jù)的AES 模式。*XTS (帶調(diào)整和密文竊取的XEX 加密模式):IEE
上傳時間： 2013-06-10
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隨著計算機技術(shù)、半導體技術(shù)、微電子技術(shù)技術(shù)的不斷融合，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展。本文以嵌入式系統(tǒng)開發(fā)為背景，研究基于ARM和μC/OS-II的嵌入式系統(tǒng)及其在加密解密模塊中的應(yīng)用。 本文在介紹了嵌入式系統(tǒng)和硬件實現(xiàn)Rijndael算法的研究現(xiàn)狀之后，簡要概述了Rijndael加密算法的結(jié)構(gòu)、輪變換、密鑰擴展和該加密模塊選用Rijndael算法的原因以及ARM系列微處理器選型和S3C44BOX芯片體系結(jié)構(gòu)、開發(fā)板平臺的選擇和板上主體硬件電路等相關(guān)內(nèi)容。 在深入地研究了Rijndael加密算法之后以及根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的一般要求，本文設(shè)計了一個基于ARM和μC/OS-II的嵌入式加密模塊。該加密模塊采用了32位高性能ARM微處理器S3C44BOX為硬件核心，并以嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II為軟件平臺，在ARM ADS1.2環(huán)境下進行系統(tǒng)軟件開發(fā)。該加密模塊充分地利用了ARM微處理器性能高、功耗低和成本低的優(yōu)勢以及發(fā)揮了μC/OS-II可移植性好、穩(wěn)定性和可靠性高的優(yōu)點。 本文重點論述了嵌入式加密模塊BootLoader文件的裝載、I/O端口初始化、基于S3C44BOX微處理器的μC/OS-II移植及應(yīng)用軟件部分中任務(wù)和模塊的流程設(shè)計。在該加密模塊應(yīng)用軟件設(shè)計部分中，對各個任務(wù)的創(chuàng)建、定義、優(yōu)先級設(shè)置和事件的定義、對文件的操作進行了設(shè)計，并且按照系統(tǒng)軟件設(shè)計的流程描述了模塊所有任務(wù)和部分子模塊的功能。
標簽： ARM COS 嵌入式 加密系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-24
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2000年10月2日，美國國家標準與技術(shù)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(nèi)，在信息安全中扮演重要角色。因此，對AES算法實現(xiàn)的研究就成為了國內(nèi)外的熱點，會在信息安全領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。用FPGA實現(xiàn)AES算法具有快速、靈活、開發(fā)周期短等優(yōu)點。 本論文就是針對AES加、解密算法在同一片F(xiàn)PGA中的優(yōu)化實現(xiàn)問題，在深入分析了AES算法的整體結(jié)構(gòu)、基本變換以及加、解密流程的基礎(chǔ)上，對AES算法的加、解密系統(tǒng)的FPGA優(yōu)化設(shè)計進行了研究。主要內(nèi)容為： 1．確定了實現(xiàn)方案以及關(guān)鍵技術(shù)，在比較了常用的結(jié)構(gòu)后，采用了適合高速并行實現(xiàn)AES加、解密算法的結(jié)構(gòu)——內(nèi)外混合的流水線結(jié)構(gòu)，并給出了總體的設(shè)計框圖。由于流水線結(jié)構(gòu)不適用于反饋模式，為了達到較高的運算速度，該系統(tǒng)使用的是電碼本模式(ECB)的工作方式； 2．對各個子模塊的設(shè)計分別予以詳細分析，結(jié)合算法本身和FPGA的特點，采用查表法優(yōu)化處理了字節(jié)代換運算，列混合運算和密鑰擴展運算。同時，考慮到應(yīng)用環(huán)境的不同，本設(shè)計支持數(shù)據(jù)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F(xiàn)PGA中實現(xiàn)的這個系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計； 3．利用QLJARTUSII開發(fā)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(jié)果，給出了各個模塊和整個設(shè)計的仿真測試結(jié)果； 4．和其他類似的設(shè)計做了橫向?qū)Ρ龋贸鼋Y(jié)論：本設(shè)計在保證了速度的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了資源和速度的均衡，在性能上具有較大的優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-05-25
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本論文討論的是如何對符合DVB-T標準的數(shù)字圖像無線監(jiān)控系統(tǒng)中的MPEG2圖像實現(xiàn)底層硬件的實時加/解密.數(shù)字圖像無線監(jiān)控系統(tǒng)是某公司研發(fā)的符合DVB-T標準的實時圖像語音無線傳輸系統(tǒng),通過對實時采集的圖像等信息的發(fā)射與接收實現(xiàn)對遠程現(xiàn)場的無線監(jiān)控.為了保證圖像數(shù)據(jù)在傳輸中的保密性,設(shè)計了基于FPGA的實時MPEG2圖像加/解密系統(tǒng).該系統(tǒng)由加/解密算法模塊和密鑰管理模塊組成.加/解密算法模塊完成發(fā)射機及接收機中的實時數(shù)據(jù)流的加/解密,該模塊是基于FPGA的,采用美國國家標準DES(Dara Encryption Standard)算法,實現(xiàn)了對MPEG2 TS流的硬件加/解密.密鑰管理模塊完成加/解密模塊的密鑰產(chǎn)生、管理、控制、輸入等功能.本論文首先介紹了密碼學的基本知識及幾種典型的加密體制和算法.接著介紹了DVB-T數(shù)字廣播標準和數(shù)字圖像無線監(jiān)控系統(tǒng)的原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu).然后對圖像加解密器的系統(tǒng)設(shè)計原理及實現(xiàn)做了詳細介紹.在此基礎(chǔ)上,介紹了FPGA中的加密算法的仿真及實現(xiàn)和密鑰管理模塊的實現(xiàn).最后介紹了系統(tǒng)的硬件電路和整個系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試.本人的工作主要包括:1.查閱資料,了解密碼學及DVB系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域知識.2.根據(jù)項目要求設(shè)計基于FPGA的實時MPEG2圖像加/解密系統(tǒng)方案.3.基于FPGA完成MPEG2圖像的底層硬件加密及解密邏輯程序設(shè)計,并設(shè)計各個控制程序和驅(qū)動.4.設(shè)計系統(tǒng)原理圖及電路板,完成系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試和與全系統(tǒng)的聯(lián)調(diào).
上傳時間： 2013-06-30
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上傳時間： 2013-07-08
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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(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，要保證在公眾網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⒉槐桓`取和偷聽，必須對數(shù)據(jù)進行加密。在不影響網(wǎng)絡(luò)性能的前提下，快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密/解密，對于開發(fā)高性能的安全路由器、安全網(wǎng)關(guān)等對數(shù)據(jù)處理速度要求高的通信設(shè)備具有重要的意義。 在目前可查詢的基于FPGA技術(shù)實現(xiàn)AESCBC的設(shè)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(jù)國外測試結(jié)果表明，即使開發(fā)的路由器本身就基于高性能的雙64位MIPS網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)AESCBC的方法有缺點的情況下，在深入研究影響硬件快速實現(xiàn)AESCBC難點基礎(chǔ)上，設(shè)計出一種適應(yīng)于報文加密解密的硬件快速實現(xiàn)AESCBC的方案，在設(shè)計中采用加密解密和密鑰展開并行工作，實現(xiàn)了在線提供子密鑰。在解密中采用了雙隊列技術(shù)，實現(xiàn)了報文解密和子密鑰展開協(xié)調(diào)工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，全面驗證了硬件實現(xiàn)AESCBC方案的正確性，全面分析了本設(shè)計加密解密的性能。并且針對設(shè)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(shè)計出報文級并行加密解密方案，并且給出了硬件實現(xiàn)VPN的初步方案。實現(xiàn)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(jié)與展望。目前實現(xiàn)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(xiàn)整個IPSec，還要進一步開發(fā)基于FPGA的技術(shù)。總之，為了適應(yīng)路由器發(fā)展的需求，還有很多技術(shù)需要研究。
標簽： AES_CBC FPGA 性能 實現(xiàn)研究
上傳時間： 2013-05-29
上傳用戶：wangzhen1990
加密算法一直在信息安全領(lǐng)域起著無可替代的作用,它直接影響著國家的未來和發(fā)展.隨著密碼分析水平、芯片處理能力和計算技術(shù)的不斷進步,原有的數(shù)據(jù)加密標準(DES)算法及其變形的安全強度已經(jīng)難以適應(yīng)新的安全需要,其實現(xiàn)速度、代碼大小和跨平臺性均難以繼續(xù)滿足新的應(yīng)用需求.在未來的20年內(nèi),高級加密標準(AES)將替代DES成為新的數(shù)據(jù)加密標準.高級加密標準算法是采用對稱密鑰密碼實現(xiàn)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(huán)境的適應(yīng)性強,性能穩(wěn)定,密鑰建立時間優(yōu)良,密鑰靈活性強.存儲需求量低,即使在空間有限的環(huán)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(chǔ)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的實現(xiàn)原理,重點論述了基本體系結(jié)構(gòu)、循環(huán)展開結(jié)構(gòu)、內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu)、外部流水線結(jié)構(gòu)、混合流水線結(jié)構(gòu)及資源共享結(jié)構(gòu)等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基礎(chǔ)上,采用自頂向下設(shè)計思想,論述了高級加密標準算法的FPGA設(shè)計方法,提出了具體模塊劃分方法并對各個模塊的實現(xiàn)進行了詳細論述.圈變換采用內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu),多個圈變換采用資源共享結(jié)構(gòu),密鑰調(diào)度與加密運算并行執(zhí)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(yīng)性.
上傳時間： 2013-06-20
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信息技術(shù)的不斷發(fā)展,對信息的安全提出了更高的要求.在應(yīng)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(shù)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(xiàn)也成為一個關(guān)注的方面.該文按照確定有限域、選取曲線參數(shù)、劃分結(jié)構(gòu)模塊、優(yōu)化模塊算法、實現(xiàn)模塊設(shè)計,驗證模塊功能的順序進行書寫.為了硬件實現(xiàn)上的方便,設(shè)計選擇了含有Ⅱ型優(yōu)化正規(guī)基的伽略域GF(2191),并在該域上構(gòu)造了隨機的橢圓曲線.根據(jù)層次化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)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(shè)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(yōu)化和快速執(zhí)行的效果.具體設(shè)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(shè)計.完成了各個模塊的設(shè)計輸入和仿真.設(shè)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(shè)計結(jié)構(gòu)框圖.并且根據(jù)橢圓曲線的標量乘特點,提出了合適的驗證方案.該設(shè)計完成了橢圓曲線上的標量乘法運算.設(shè)計主要針對資源受限的應(yīng)用環(huán)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(shè)計的結(jié)果可以直接用來構(gòu)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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本文從AES的算法原理和基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)著手，研究了AES算法的設(shè)計原則、數(shù)學知識、整體結(jié)構(gòu)、算法描述以及AES存住的優(yōu)點利局限性。 針對ARM核的體系結(jié)構(gòu)及特點，對AES算法進行了優(yōu)化設(shè)計，提出了從AES算法本身和其結(jié)構(gòu)兩個方面進行優(yōu)化的方法，在算法本身優(yōu)化方面是把加密模塊中的字節(jié)替換運算、列混合運算和解密模塊中的逆列混合運算中原來的復雜的運算分別轉(zhuǎn)換為簡單的循環(huán)移位、乘和異或運算。在算法結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面是在輸入輸山接口上采用了4個32位的寄存器對128bits數(shù)據(jù)進行了并行輸入并行輸出的優(yōu)化設(shè)計；在密鑰擴展上的優(yōu)化設(shè)計是采用內(nèi)部擴展，即在進行每一輪的運算過程的同時算出下一輪的密鑰，并把下一輪的密鑰暫存在SRAM里，使得密鑰擴展與加/解密運算并行執(zhí)行；加密和解密優(yōu)化設(shè)計是將輪函數(shù)查表操作中的四個操作表查詢工作合并成一個操作表查詢工作，同時為了使加密代碼在解密代碼中可重用，節(jié)省硬件資源，在解密過程中采用了與加密相一致的過程順序。 根據(jù)上述的優(yōu)化設(shè)計，基于ARM核嵌入式系統(tǒng)的ADS開發(fā)環(huán)境，提出了AES實現(xiàn)的軟硬件方案、AES加密模塊和解密模塊的實現(xiàn)方案以及測試方案，總結(jié)了基于ARM下的高效編程技巧及混合接口規(guī)則，在集成開發(fā)環(huán)境下對算法進行了實現(xiàn)，分別得出了初始密鑰為128bits、192bits和256bits下的加密與解密的結(jié)果，并得劍了正確驗證。在性能測試的過程中應(yīng)用編譯器的優(yōu)化選項和其它優(yōu)化技巧優(yōu)化了算法，使算法具有較高的加密速度。
標簽： ARM AES 嵌入式系統(tǒng) 算法優(yōu)化
上傳時間： 2013-04-24
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