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DA技术的硬件加密系统

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发表于 2019-12-30 14:00:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
PDIUSBD12是Philips公司的一款较新式的专用USB通讯操控芯片,符合USBI.1规范,是一款高性能USB接口器材,集成了SIE,FIFO存储器,收发器以及电压调整器。可与任何外部微操控器/微处理器完结高速并行接口(2 MB/5),在批量办法和同步办法下均可完结IMB/5的数据传输速率以及完全自治的直接内存存取DMA操作。
从硬件完结的视点动身,将PDIUSBD12操控器划分为分频器模块、沿操控器模块、输人/输出切换模块、设备收发器模块和恳求处理模块。当体系的结构规划确认后,关于每个模块的规划首先要运用硬件描绘言语(VHDL)完结体系的描绘,然后运用言语级体系仿真及调试东西进行言语级功用仿真与调试。
(1)分频器模块
怎样规划一个依据EDA技能的硬件加密体系?

PDIUSBD12的读写操作都各自有一个读写操控信号WR-N和RD-N,每次读写操作都在对应的操控信号的下降沿触发,沿操控模块的功用便是可控的发生一个下降沿信号,用于操控读写操作。
输入/输出切换模块在整个体系中十分重要,由于FPGA芯片和PDIUSBD12芯片之间的数据总线是双向的总线,所以当读写操作之一在进行的时候另一个操作的信号源必须封闭,不然就会形成双驱动,这不但不能得到正确的数据还会损害芯片。输人/输出切换模块的功用便是依据当前的读写情况操控信号源,确保在一个时间只要一个信号源驱动总线。
这个模块是整个固件的中心模块,他完结的作业包含装备PDIUSBD12芯片、处理PDIUSBD12发生的中断、完结从缓存读取数据,而且依据需求将数据经过PDIUSBD12发送。设备收发器模块完结对每个主机恳求的解析作业,此外,还要将解析完结的恳求数据传递给恳求处理模块。
恳求处理模块的效果是接收设备收发器模块解析完结的主机恳求,而且决议如何处理此恳求。
(1)速度
(2) 安全性
(3)易于安装
DES(DataEncrypTIonstandard)加密算法在成为加密规范到今日,经历了长时间的考验。实践证明DES算法的安全性是能够满意大部分的安全要求的。选用软件办法完结的DES算法会在很大程度上占用体系资源,形成体系性能的严峻下降,而DES算法自身并没有很多的杂乱数学核算,在加/解密过程和密钥生成过程中仅有逻辑运算和查表运算,因而,无论是从体系性能仍是加/解密速度的视点来看,选用硬件完结都是一个理想的方案。
依据实践需求,将加密算法模块进行独立规划,如图3所示为封装后I/0接口示意图。
作为输人接口包含3大部分,体系输入、数据输人和体系操控。体系输入首要是时钟信号输入ClK和出现异常情况时的体系主动重起信号RST。时钟信号输入能够选用加密板卡的体系时钟,也能够独立运用自己的时钟。
数据输人部分包含64位的加密数据的输人data_in[63],64位密钥的输入key1[65],key2[63:0],key3[63:0]和初始化向量rant val[63:0]。由于USB总线接口是串行总线,因而从主设备上发送过来的加密数据在进入该加密芯片之前必须用锁存器保存,而相同,作为密钥数据也需求锁存器保存以确保输人数据的完整性。输出接口首要包含64位的加密数据输出dat_out[63:0]、输出预备信号ready-out、体系繁忙信号,busy和差错反应信号par-err。体系完结数据的加密后,会及时通知将ready_out信号由低电平升至高电平,一起busy信号变为低电平有用,这样在后置模块会依据ready_out和busy信号来判别是否应该读取输出数据。
s盒是DES算法的一个要害,由于在每一轮核算中有8个s盒,而一共16轮加密,则共需求128个s盒,因而s盒的完结效率尤为重要。s盒是一个杂乱的非线性函数,硬件完结时,s盒的完结具有一定难度,其规划完结的好坏是影响算法全体加解密速度的首要因素。在规划中,从资源的视点动身,应尽可能削减FPGA器材中逻辑单元(LE)、嵌人式阵列块(EAB)的耗用,但这可能是以降低体系速度为价值。从速度的视点动身,应最大极限提高体系处理速度,但这样往往需求较多资源。因而,在大多数情况下这两种挑选是对立的,需求依据实践环境做出权衡。
(2) 密钥发生单元的完结
此种办法的优点是每一轮的密钥都会在每一轮的运算之前预备,便于选用流水线完结加密过程。本文的规划是将悉数16轮密钥一次性经过多路挑选器发生出来,类似于生成了一个“密钥池”,然后不同的轮数依次利用寄存器来保存并跟流水线同步。这儿在发生密钥时由于解密和加密的次序相反,因而解密时是右移发生。
(3) 流水线的完结
在这种结构中,与K轮加密对应的组合逻辑被均分为K个部分,并在各个部分之间添加一个额外的寄存器,其余部件与根本结构相同。这些切割得到的组合逻辑电路部分称为流水线站,每个流水线站履行不同的处理过程。用这种办法,电路能够一起处理多个数据块,提高体系在单位时间内处理的的数据量,也便是速度。
本文完结的DES算法数据流通路简略,大部分都是针对位的线性改换;算法的中心部分是16轮的完全相同的线性改换迭代,因而能够循环展开为16级深度的流水线;在非反应办法运用时,前后数据块之间没有相关性,因而不会发生冲突;每一轮运算中需求的子密钥能够提前生成,随数据流在流水线的行进中供应给各级流水线。
选用USB 总线技能与EDA技能相结合的规划思路,使体系规划更灵活,体系升级更简单。完结了软件平台的通用化、软件协议的规范化、硬件结构的统一化,然后确保了体系的可移植性和可扩展性,为硬件加密体系的规划供应了一种新思路。加密体系实践运转情况标明,体系规划思路正确,体系实时性、加密性能都能达到规划要求。


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