基于AMBA總線的AES算法IP軟核研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)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(jìn)步，目前廣泛使用的DES算法的安全強(qiáng)度已經(jīng)不能滿足新的應(yīng)用要求，所以研究新的加密標(biāo)準(zhǔn)AES(Advanced Eneryption Standard)的算法與實(shí)現(xiàn)具有重要的現(xiàn)實(shí)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(jià)解密算法以及密鑰擴(kuò)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(shè)計(jì)方案并

2、且進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了仿真、綜合與驗(yàn)證。為了設(shè)計(jì)出具有高速數(shù)據(jù)處理能力的AES核，本文提出采用輪內(nèi)部流水與輪外部流水相結(jié)合的混合流水線的加密解密結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出的AES核的最高工作頻率為125MHz，此時(shí)數(shù)據(jù)吞吐量可以高達(dá) 16Gbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)硬件成本最小化，本文經(jīng)過(guò)分析采用了等效解密算法，從而在整體架構(gòu)的設(shè)計(jì)上將加密與解密硬件資源進(jìn)行了整合共用；在此基礎(chǔ)上，對(duì)AES算法的各個(gè)主要

3、變換都以低成本設(shè)計(jì)為目標(biāo)，比如在字節(jié)替換時(shí)提出采用復(fù)合域變換的設(shè)計(jì)方法，在列混合部分提出采用字節(jié)級(jí)設(shè)計(jì)等，最終實(shí)現(xiàn)的AES核的等效硬件門(mén)數(shù)為177.9K，平均每門(mén)硬件開(kāi)銷的數(shù)據(jù)吞吐量高達(dá)89.9Kbps，和已知的各種方案設(shè)計(jì)出的AES核比較，達(dá)到了極高的硬件使用效率。綜合以上兩個(gè)方面的考慮，本文最終設(shè)計(jì)出了一款高速、低成本的AES算法的IP軟核。 再次，本文設(shè)計(jì)了AMBA AHB總線IP核的實(shí)現(xiàn)方案，包括Full AHB和AHB

4、-LITE兩種AHB總線結(jié)構(gòu)。在為Full AHB核設(shè)計(jì)總線仲裁器時(shí)，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(yīng)仲裁算法，并且對(duì)該算法進(jìn)行了硬件實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)仲裁算法相比，該算法可以更加合理地進(jìn)行總線帶寬分配。另外，本文為AES核設(shè)計(jì)了基于AMBAAHB總線的接口轉(zhuǎn)換模塊，該接口轉(zhuǎn)換模塊的功能是進(jìn)行AES核與AHB總線之間控制、地址和數(shù)據(jù)信號(hào)的時(shí)序轉(zhuǎn)換，從而方便該AES核在采用AMBA總線的SoC系統(tǒng)中的應(yīng)用。