探析aes加密ip软核的研制

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1、西安电子科技大学硕士学位论文AES加密IP软核的研制姓名：吴晓成申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：高琳20070101摘要AES(Adv如ccdEncryptionSt柚dafd)高级加密标准是NIST(NationalInstituteofSt趾d棚sand1khnolo鳓于2001年公布，用于信息安全领域的数据加解密。√钲S可以用软件或者是硬件来实现，其中硬件实现』址蕊具有更高的处理速度，更可靠的保密性等优点。对于硬件实现AES算法的研究，以前的工作主要集中在s．Box，MixCoIu

2、mn，KeyExpansion等模块电路的优化和系统架构上。本文给出了AEs加密口核的一种完整的RTL(Re西sterTransferL胛e1)级实现。在系统设计的初期，为了对各个模块之间的逻辑关系和时序关系分别有一个清晰的理解，我们用c++语言完成了AEs加密算法的行为级描述，设计了AEs加密m核的有限状态机，并在此基础上进一步给出了』墟S加密口核的外部端口及其时序关系的一种定义。在系统架构中，系统最大的特点是具有轮问流水线和轮内流水线的结构，这是为了在总体设计上最大限度提高口核的吞吐量。对于具体的模

3、块设计，我们在以往工作的基础上，采用了成熟的复合域和5级流水线的技术实现S—Box，这样就避免了大量使用ROM。并且对KeyExpa璐i∞进行了7级流水线设计，使之与总体架构相互配合。最后我们完整地实现了一种高速AES加密口软核，经过大量的功能验证和时序分析，证明了我们设计的RTL代码的正确有效性。在FPGA上的试验表明：设计可以轻松运行在100MHz频率以上，最高频率可达到200MHz左右，其实际的吞吐量最高可达到23．04Gbps。关键词：^EsIP核有限状态机寄存器传输级综合A．bstl．actA

4、Es(AdvallcedEncryptionst卸d盯ds)waSpublishedbyNIsT州ationalh塔tituteofStaIldardsandTecIlnology)in2001，whichencryptthedatasint11efield0fiIlf0皿ations咖rity．Therc缸esoftwarcandh盯dwarejmplementationapproachesfor山eAeSa190rithⅡ1．o)mparcdtosofIvarcimplementation，删war

5、cimplem如tatio璐providemorcphysicalsecIlrity鹤weU笛higherspeed．M柚yworl【shavebe如done妣us0ntheoptimization0fS-Box，MixColumn卸dKeyExp卸sionmodule．hthisthesis，a∞mpleleRTLiIIlplemen诅tionofAESencryption口∞rcispresen刚．Atthebe百nningofsystcms“1Icturc，C++isusedint11ebehaV

6、iorleVelofA】巳s卸dFinjlcStatcMachine0fJ址强口corcisdesi印edto硼derSt锄dclearlytherclatio璐hipoflogic柚dtimingbet、Vccnthemodul龉．B笛edonthese、Vorks，、ⅣcdefmetheI／OponsanditstimiIlgrelati∞shipoftheAESenaypti∞口core．hthepmccssofsystemstmdurc，b髓ed0niIlteHDund卸dintm-roundp

7、ipelinearchitecture，wepres如t卸e伍cienthardwarcdesi驴toincrca∞througllputfortheAESIPcore．DuringthemodulesdesigⅡ’thejmplementationofS—BoxisoptimizedtOavoidtoomanyROMusedbyusing∞mpositefieldarithmetic肌d5pipelineleVel．T0workwiththe∞modulcs，tbeaDchjtecIureof7pip

8、elinelcvelhasbccnuscdinthcKeyExpa璐i∞moduledesign．FinaUy’wefmishthedesi印ofAESsoft口corc．FunctionVe商cati∞卸dtimjIlg卸alysisprovethcdesi印ofRTLcodesisfe笛ible．TcstinginFPG八吐”clock丘equent0f0urdesi印啪reach100MHz一200MHz．AES∞ft口corec卸p