基于AMBA總線的AES算法IP軟核研究.pdf

1、隨著信息技術的發(fā)展，信息安全變得日益重要。由于密碼分析水平、芯片處理能力的不斷進步，目前廣泛使用的DES算法的安全強度已經不能滿足新的應用要求，所以研究新的加密標準AES(Advanced Eneryption Standard)的算法與實現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實意義。 首先，本文分析了AES算法的加密流程和解密流程的基本變換和步驟，討論了等價解密算法以及密鑰擴展算法的基本原理。 其次，本文提出了高速低成本AES軟核的設計方案并

2、且進行了實現(xiàn)，對設計結果進行了仿真、綜合與驗證。為了設計出具有高速數(shù)據(jù)處理能力的AES核，本文提出采用輪內部流水與輪外部流水相結合的混合流水線的加密解密結構，設計出的AES核的最高工作頻率為125MHz，此時數(shù)據(jù)吞吐量可以高達 16Gbps，遠遠高于絕大多數(shù)已知AES核的數(shù)據(jù)處理速度。另外，為了實現(xiàn)硬件成本最小化，本文經過分析采用了等效解密算法，從而在整體架構的設計上將加密與解密硬件資源進行了整合共用；在此基礎上，對AES算法的各個主要

3、變換都以低成本設計為目標，比如在字節(jié)替換時提出采用復合域變換的設計方法，在列混合部分提出采用字節(jié)級設計等，最終實現(xiàn)的AES核的等效硬件門數(shù)為177.9K，平均每門硬件開銷的數(shù)據(jù)吞吐量高達89.9Kbps，和已知的各種方案設計出的AES核比較，達到了極高的硬件使用效率。綜合以上兩個方面的考慮，本文最終設計出了一款高速、低成本的AES算法的IP軟核。 再次，本文設計了AMBA AHB總線IP核的實現(xiàn)方案，包括Full AHB和AHB

4、-LITE兩種AHB總線結構。在為Full AHB核設計總線仲裁器時，文章提出了一種新的用于片上總線仲裁器的仲裁算法一自適應仲裁算法，并且對該算法進行了硬件實現(xiàn)。仿真結果表明，與傳統(tǒng)仲裁算法相比，該算法可以更加合理地進行總線帶寬分配。另外，本文為AES核設計了基于AMBAAHB總線的接口轉換模塊，該接口轉換模塊的功能是進行AES核與AHB總線之間控制、地址和數(shù)據(jù)信號的時序轉換，從而方便該AES核在采用AMBA總線的SoC系統(tǒng)中的應用。