the网络处理器高速aes协处理器设计guidedownload

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1、第27卷第12期2007年12月计算机应用ComputerApplications文章编号：1001-9081(200刀12・2957・03网络处理器高速AES协处理器设计秋小强，蔡觉平(西安电子科技人学微电子学院,1用安710071)(qiu_xq@163・com)摘要:针对高速网络处理器Gbps的加密要求，提出了一种快速AES加密算法的FPW实现方案。在存储空间和数据访问时间等方而采用了T盒和分级地址译码，提高了硬件算法的并行度，使加密算法执行速度显著提高。以XilinxVinex2系列屮的XC2V2000为Id标芯片，综介仿真最高频率可达179.6MHz,最人的

2、数据吞吐量可达2299Gbpso关键词：高级加密标准;查找表;流水线;现场可编程门阵列屮图分类号：TP309.7文献标志码：AOptimizationimplementationofh車hspeedAESacceleratorQIUXiao-qiang,CAIJueq^ing(SchoolofMicroelectronics9XidianUniversityXIanShaanxi710071,China)Abstract:Ahigh^eedmplenientationofAESalgprithmbasedonFPGXwaspresentedforGbps-nefcv

3、ork-piocessdrencryptionrequirementUsingTboxandgradingaddresscodinginmemoiyipaceanddataaccess,itenhancedthemplementationpandlelity,andthendiespeedofAEScodingwasincreasedsignificantlyTheentireAESalgoritlmwasmplementedonaXilinxXC2V2000Virtex2FPGVThemaxinimfrequencyof179.6MHzandmaximinitluu

4、ughpulof2299GbpswereachievedKeywords:AdvancedEncryptionStandaiil(AES);LookUpTable(LUT);pipeline;FieIdPiogmnmableGateArray(FPGM0引言1算法原理(2)■0203010101020301d.01010202L03010101-<3-(3)随着网络技术和无线通信技术的飞速发展，人们对数据传输过程中的女全问题捉出了迫切要求，在一些应用场合，对加解密速度的需求成为对加解密算法的关键要求。如何在满足速度要求的同时减少所消耗的芯片资源，正在成为人们关注的焦点

5、。日询，商用网络处理器(NetworkProcessor,NP)缺少可自定义扩展的网络安全加密功能。为提窩网络数据传输的安全性，同时满足高达几个Gbps到十几个Gbps的高速网络数据传输要求，需要采用换件实现的高速加密协处理器。美国国家标准技术局(NIST)徃2001年发布的高级加密标准(AdvancedEncr)ptionStandard,AES)是一个对称分组密码算法，用來取代DES,从而成为广泛使用的新标准。AES加密算法是一种分组算法,分组长度和密钥长度均能分别被指定为128bit,192bi诫256bit在密钥和分组长度均为128bit时,共进行10轮循环计

6、算。前9轮操作包括字节替换，行移位，列混淆和轮密钥加四种变换。第10轮只包括字节替换，行移位和轮密钥三种变换。解密算法为加密算法的逆运算⑴。AES的强安全性，高性能,高效率，易实现和灵活的特点正是其被广泛采用的電要原因。木文利用了一种基于T盒的查找表操作,使算法的执行并行度有了明显提高，同时显著减少了存储空间。采用分级地址译码功能，可以明显降低查找表的执行时间,使整个算法的执行效率明显提高。AES算法的每轮结构町分为密钥扩展阶段和4个加密阶段(包括1次混淆运算和3次代换运算)。算法定义了一个状态(State)盒，简称S盒。S盒的字节替换(SubBytes)操作是先把需

7、要变换字节的高四位作为行值，低四位作为列值，然后取出S盒屮对应行列的元素作为输出。行移位(ShiftRow)是一个简单的置换操作。列混淆(MixColumns)是一个定义在GF(2*)上的乘法和加法操作。可以用如下的方式來描述变换轮内操作所包括的四个变换，“门为初始状态矩阵的一个字节，bwdjJ分别为字节替换、行移位、列混淆、轮密钥加后状态矩阵的一个字节：字节代换；如=slak)l行移位••%j仇/■i◎■冬■gj•弓列混淆••收稿日期:2(X)7-06-22;修回日期:2007-()8-16。基金项目：国家863计划资助项目(2003AA⑵1307