des加密算法的硬件实现

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1、DES加密算法的硬件实现//.paper.edu.cn-1-DES加密算法的硬件实现王厚荣北京邮电大学信息与通信工程学院，北京(100876)摘要：本文通过对DES算法的简单介绍，了解其基本的工作原理，利用硬件描述语言（VerilogHDL）和Xilinx的ISENavigator仿真平台来实现。DES加密算法是一种对称的加密算法，具有很高的可靠性，应用非常广泛。而作为一种硬件描述语言，VerilogHDL是在C语言的基础上发展而来，它具有简洁、优美而且易学的特点，利用它可以缩短硬件设计的周期，提高设计的速度和质量，同时利用Xilinx提供的仿真平台

2、ISE，可以逼真的模拟硬件环境，芯片特性。而其提供的各种基本模块和调试工具可以简化设计，提高设计的可靠性。由于硬件本身的一些特性，如XilinxFPGA是基于查找表结构（LUT），可以充分利用这些特性来实现设计的优化，设计出的硬件可以以更少的硬件资源来达到更快的速度。关键词：VerilogHDL；DES；LUT中图分类号：TP371．引言随着通信技术和网络技术的飞速发展，对于传输过程中数据的安全性的要求已经越来越迫切，加密算法应运而生，人们提出各种的数据加密算法，但基本的包括两种：对称和非对称加密[1]。1972年美国IBM公司提出了DES加密算法，

3、它是对称密码体制，可同时对大量数据进行快速加密。具有很好的加密效果，是目前为止比较可靠的加密算法。近年来，随着硬件描述语言的快速发展，使得硬件的设计变得简单、易学，考虑到硬件本身的一些特点，如进行很快的逻辑运算，运算速度快等，非常适合实现DES加密算法，因为DES有大量的逻辑运算，而且数据量大，需要很快的速度，从安全的方面考虑，利用硬件来实现DES，可以更加保证加密的安全和可靠。采用Xilinx公司提供的仿真环境ISE，包括其自身提供的各种功能，可以使设计变得更加的快捷。2．DES加密原理DES算法全称为DataEncryptionStandard，

4、即数据加密算法，它是IBM公司于1975年研究成功并公开发表的。DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密。DES算法是这样工作的：如Mode为加密，则用Key去把数据Data进行加密，生成Data的密码形式(64位)作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式(64位)作为DES的输出结果。具体工作过程如下：DES算法把6

5、4位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，整个算法的主流程如下：其功能是把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，其置换规则如下[2]：58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,//.paper.edu.cn-2-61,53,45,37,9><>29,21,1

6、3,5,63,55,47,39,31,23,15,7,即将输入的第58位换到第1位，第50位换到第2位，……，依此类推，最后一位是原来的第7位,L0、R0则是换位输出后的两部分。L0是输出的左32位，R0是右32位，例：设置换前的输入值为D1D2D3……D64，则经过初始变换后的结果为：L0=D58D50……D8；R0=D57D49……D7。经过16次迭代运算后，得到Ll6、Rl6，将此作为输入，进行逆置换，即得到密文输出。逆置换正好是初始置换的逆运算。DES的每轮迭代由如下函数完成：R[i]=L[i-1]xorf(R[i-1],k[i]);L[i]

7、=R[i-1];其中，轮密钥Ki为48bit，轮输入R为32bit，R首先被扩展为48bit，其中将R的16bit各重复一次。扩展后的48bit再与子密钥Kj异或，然后通过一个S盒，产生一个32bit的输出。其中函数f是通过8个S-box来实现的，每个S-box输入长为6比特，输出为4比特，它可以实现非线性变换，是整个算法的关键。DES加密算法如图1所示：3．DES硬件实现3.1DES设计思想DES的硬件实现可以分为三个模块：密钥产生模块，一轮加/解密模块，最后由一个控制模块来实现顶层模块并把其它两个模块组合起来，密钥模块产生所需要的16个密钥，一轮

8、加/解密模块来实现一轮的变换，顶层控制模块来控制对数据进行加密还是解密并对明文进行置换，因为DES加解密所用