當(dāng)前位置:首頁 > 嵌入式 > 嵌入式硬件
[導(dǎo)讀]傳統(tǒng)的加密工作是通過在主機(jī)上運(yùn)行加密軟件實(shí)現(xiàn)的。這種方法除占用主機(jī)資源外,運(yùn)算速度較慢,安全性也較差。而硬件加密是通過專用加密芯片、FPGA芯片或獨(dú)立的處理芯片等實(shí)

傳統(tǒng)的加密工作是通過在主機(jī)上運(yùn)行加密軟件實(shí)現(xiàn)的。這種方法除占用主機(jī)資源外,運(yùn)算速度較慢,安全性也較差。而硬件加密是通過專用加密芯片、FPGA芯片或獨(dú)立的處理芯片等實(shí)現(xiàn)密碼運(yùn)算。相對于軟件加密,硬件加密具有加密速度快、占用計(jì)算機(jī)資源少、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)首先用硬件描述語言(VHDL)進(jìn)行DES(數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn))、3DES(三重DES)算法編碼和系統(tǒng)設(shè)計(jì),然后采用FPGA 來具體實(shí)現(xiàn)。采用FPGA設(shè)計(jì)靈活,可對芯片內(nèi)部單元進(jìn)行配置,可以縮短設(shè)計(jì)周期和開發(fā)時(shí)間,同時(shí)經(jīng)過優(yōu)化可以達(dá)到較高的性能。另外有多種EDA開發(fā)軟件支持FPGA的設(shè)計(jì),在本設(shè)計(jì)中采用了EDA綜合工具Synplify和Altera公司的Quartus II 7.2開發(fā)軟件。

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)由FPGA、DSP、時(shí)鐘電路、電源電路等部分組成,如圖1所示。FPGA是系統(tǒng)的核心器件。DSP作為控制單元,控制數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)的工作過程是這樣的:在DSP的控制下,主機(jī)中待加密的明文數(shù)據(jù)通過PCI總線傳送到FPGA的RAM區(qū),然后啟動(dòng)控制模塊的狀態(tài)機(jī),把明文送入DES模塊或3DES模塊進(jìn)行相應(yīng)的加密運(yùn)算。運(yùn)算的結(jié)果(密文)再返回到主機(jī)中。FPGA自帶的JTAG接口用來連接下載電纜到主機(jī)的并口,便于用邏輯分析議對系統(tǒng)調(diào)試。EPCS4是FPGA的配置芯片,用來存儲程序。由于系統(tǒng)掉電后FPGA內(nèi)的程序?qū)G失,所以每次上電后FPGA 首先從EPCS4里讀取相應(yīng)的配置信息。

 


圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

考慮到本設(shè)計(jì)中FPGA的RAM容量不能太小,以便存儲較多的數(shù)據(jù);另外用戶I/O引腳數(shù)量應(yīng)有一定的富裕。最終選擇了Altera公司Cyclone III系列的EP3C25F256C8。其I/O引腳數(shù)是156個(gè),RAM總量為608Kb。

3DES模塊的設(shè)計(jì)

采用VHDL編程實(shí)現(xiàn)DES算法后,通過Synplify生成一個(gè)基本的模塊——DES核(如圖2所示)。

 


圖2 DES核

DES核的引腳功能如下。

clk:時(shí)鐘輸入端,本設(shè)計(jì)時(shí)鐘源為50MHz晶振;

reset:復(fù)位端,低電平有效;

encrypt:加密、解密選擇端,高電平進(jìn)行加密操作,低電平進(jìn)行解密操作;

din[63..0]:數(shù)據(jù)輸入端;

din_valid:數(shù)據(jù)輸入有效端;

key_in[55..0]:密鑰輸入端;

dout[63..0]:數(shù)據(jù)輸出端:

dout_valid:數(shù)據(jù)輸出有效端;

busy:忙信號標(biāo)志端,當(dāng)busy為高時(shí)說明正在進(jìn)行算法轉(zhuǎn)換,為低時(shí)可以輸入數(shù)據(jù)。

用DES核構(gòu)成的3DES模塊,將其移植到Quartus II 7.2里,通過編程實(shí)現(xiàn)對此模塊的控制,設(shè)計(jì)中用到了狀態(tài)機(jī)。狀態(tài)機(jī)是組合邏輯和寄存器邏輯的特殊組合,尤其適合于數(shù)字系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì),系統(tǒng)的狀態(tài)在一定的條件下相互轉(zhuǎn)移。狀態(tài)機(jī)的轉(zhuǎn)移圖如圖3所示,下面以加密過程為例,說明具體的實(shí)現(xiàn)過程。

 


圖3 控制模塊的狀態(tài)機(jī)

系統(tǒng)復(fù)位后FPGA進(jìn)入空閑狀態(tài)(3DES_IDLE),當(dāng)算法選擇信號chooes=’1’時(shí)選擇3DES算法;開始信號 start=’1’時(shí),狀態(tài)機(jī)進(jìn)入寫密鑰狀態(tài)(3DES_KEY);在寫密鑰狀態(tài)FPGA將內(nèi)部RAM區(qū)存儲的112位密鑰寫入3DES模塊,寫完后判斷 busy信號,當(dāng)busy=’0’時(shí)進(jìn)入寫數(shù)據(jù)狀態(tài)(3DES_DATA);在此狀態(tài),RAM中的一個(gè)待加密的明文分組64bit傳入到3DES模塊里,之后3DES模塊將此數(shù)據(jù)進(jìn)行加密,完成后dout_valid信號變?yōu)楦唠娖健顟B(tài)機(jī)檢測到此信號變高后進(jìn)入下一狀態(tài)(3DES_RDDATA),將加密后的密文寫回到RAM區(qū),之后判斷是否處理完了所有的明文分組,如果未處理完,當(dāng)busy=’0’時(shí)重復(fù)3DES_DATA狀態(tài),加密下一個(gè)明文分組,直到處理完所有的明文數(shù)據(jù),狀態(tài)機(jī)才進(jìn)入3DES_DONE狀態(tài),從而完成了整個(gè)加密過程。解密的過程同加密過程一樣,通過邏輯加以區(qū)分。

DES模塊的設(shè)計(jì)

DES模塊采用4個(gè)DES核并行處理數(shù)據(jù)的流水線設(shè)計(jì)方法。其狀態(tài)機(jī)同3DES類似,所不同的是在寫密鑰狀態(tài)向 DES模塊寫入56位密鑰,在寫數(shù)據(jù)狀態(tài)向DES模塊寫入256位數(shù)據(jù),每個(gè)DES核處理64位數(shù)據(jù),其中第一個(gè)DES核處理數(shù)據(jù)的0~63bit,第二個(gè)DES核處理64~127bit,依次類推。操作完成后DES模塊將256位的密文或明文再傳入到RAM里。采用流水線設(shè)計(jì)可以使4個(gè)DES核并行工作,大大提高了加解密速度。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉