基于fpga数据加密设备设计

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1、中文摘要摘要随着信息化和数字化社会的发展，人们对信息安全和保密的重要性的认识不断提高，如何有效保护计算机的信息安全已经成为rr界研究的热点。针对这种隐患的存在，本文以FPGA为平台将USB接口、AES加密技术和EDA技术相结合，采用SOPC软硬协同的方式设计了PC机外接数据加密设备。在不占用计算机硬件资源的情况下，实现了PC机上的数据的加解密，保证了PC机中数据的安全性。并且密钥固化在FPGA芯片中，不用担心忘记密钥而带来的不便。本设计既具有FPGA本身的高速性，安全性以及软件方面的易维护性和灵活性，又带有USB的热插拔，即插即用等功能，使用方便，而且性

2、价比高。系统开发的硬件平台是FPGA，操作系统平台是MicrosoftWindowsXP，开发工具是Quartusll9．0、soPcBuilder和NioslIIDE、MicrosoftVisualC-H。系统结构包括软件和硬件两部分。PC主机负责上位机软件部分，完成用户应用程序界面的开发；FPGA开发负责硬件部分，完成AES算法模块和USB接口控制器的开发，其中AES算法单元采用硬件描述语言Verilog实现，由加解密模块、数据缓冲模块、控制模块和密钥扩展模块组成，实现数据的加解密；USB接口控制器采用SOPC软硬结合的方式实现，由SOPC硬件系统平

3、台和NIOSII软核驱动程序两部分组成，实现开发板和PC机之间的通信以及对AES算法模块的控制。本文首先介绍了设计的背景、FPGA的开发流程、开发环境以及开发工具。接着详细介绍了系统整体设计和实现方案包括AES算法的实现，硬件系统的配置和软件系统的编程。最后介绍了系统上位机的设计和系统仿真与硬件调试。关键词：FPGA；USB2．O；AES英文摘要ABSTRACTWiththedevelopmentofinformationtechnologyanddigitalsociety,itisallincreasingawarenessoftheimportan

4、ceofinformationsecurity,andhowtoprotectcomputerinformationsecurityhasbecometheresearchfocusintheITsector。Inthisarticle，USBinterface，AESencryptiontechnologyandEDAtechnologyarecombinedinanFPGA，designedofaPCexternaldataencryptiondevice,usingtheSOPChardwareandsoftwareinaconcertedway．

5、inthecaseoftheoccupationofcomputerhardwareresources，thisdesignCanachievedataencryptionanddecryptiononaPC，whichguaranteesthesecurityofthedata．AndthekeyisfixedintheFPGAchip，SOwedonothavetoworryabouttheinconveniencebroughtbyforgetingthekey．Thisdesignhasbonllli曲-speedFPGAitself,secur

6、ityandeasymaintenanceandflexibilityofsoftwareandhot-swappable，plugandplayofUSB，easytouse，cost—effective．SystemdevelopmenthardwareplatformisFPGA；theoperatingsystemisMicrosoftWindowsXP；developmenttoolsareQuartusll9．0，soPcBuilder,NiosIIIDEandMicrosoftVisualCH．Thedesignisdividedintot

7、wopartsofthesoftwareandhardwaresystem．ThePCneedstocompletethedevelopmentofuserapplicationsandtheFPGAneedstocompletethehardwaredevelopmentsystem．HardwareincludestheunitofAESalgorithm，theUSBcontroller．AES，usinghardwaredescriptionlanguageVerilog,containstheencryptionanddecryptionmod

8、ule,thedatabuffermodule，controlmoduleand