des加密verilog模塊設(shè)計(jì)方案-全文預(yù)覽
【正文】 95143352719113605244366355473931231576254463830221466153453729211352820124在內(nèi)部子密鑰產(chǎn)生器中，除寄存器（C0，D0）外，還有16對寄存器，即（C1,D1），(C2,D2) ……(C16,D16)。resetdecrypt_iclkload_idata_i[63…0]key_i[63…0]data_o[63…0]ready_o圖43 DES加密模塊頂層的外部接口表47 DES加密模塊部分端口功能說明類型端口描述inputload_idata loadinputdecrypt_iencrypt controlinput[63…0]data_idata inputinput[63…0]key_iexternal secret keyoutput[63…0]data_odata outputoutputready_oready output 密鑰產(chǎn)生模塊key_gen設(shè)計(jì)DES算法中16輪非線性變換所用到的16個(gè)內(nèi)部子密鑰，都是DES由內(nèi)部變換子密鑰產(chǎn)生器產(chǎn)生的，DES的外部輸入密鑰K由64bit組成，即K=（K，K，…，K） 64bit的外部密鑰K包含了8個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)有8bit。 DES加密模塊設(shè)計(jì) DES加密模塊總體構(gòu)架DES加密模塊總體構(gòu)架如圖42所示。即經(jīng)過縮小選擇換位后，Key的位數(shù)由64位變成56位，此56位分為C0、D0兩部分，各28位，然后分別進(jìn)行第1次循環(huán)左移，得到CD1，將C1（28位）、D1（28位）合并得到56位?，F(xiàn)設(shè)輸入為：D=D1D2D3D4D5D6令：列=D2D3D4D5 行=D1D6然后在S1表中查得對應(yīng)的數(shù)，以4位二進(jìn)制表示，此即為選擇函數(shù)S1的輸出。表42 DES算法逆置換規(guī)則40848165624643239747155523633138646145422623037545135321612936444125220602835343115119592734242105018582633141949175725表43 DES算法放大換位表3212345456789891011121312131415161716171819202120212223242524252627282928293031321表44 DES算法單純換位表1672021291228171152326518311028241432273919133062211425在f（R，K）算法描述圖中，S1，S2，…，S8為選擇函數(shù)，其功能是把6bit數(shù)據(jù)變?yōu)?bit數(shù)據(jù)。DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位的，其功能是把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為L0、R0兩部分，每部分各長32位，其置換規(guī)則見表41。其中Key為8字節(jié)共64位，是DES算法的工作密鑰；Data也為8字節(jié)共64位，是要被加密或被解密的數(shù)據(jù)；Mode為DES的工作方式，包括加密和解密兩種，如圖41為DES算法框圖。最終置換的輸出就是64位加密塊。表37 P盒置換1672021291228171152326518311028241432273919133062211425第5步：異或與交換注意上述所有操作只是處理了64位明文的右邊32位，還沒有處理左邊部分。第4步：P盒置換所有S盒的輸出組成32位塊，對該32位要進(jìn)行P盒置換（Pbox Permutation）。S盒替換如圖37所示。123456輸出塊1輸出塊2輸出塊821345678…輸入塊1輸入塊2輸入塊8 圖36 右明文擴(kuò)展置換過程由擴(kuò)展置換過程圖可以知：第一個(gè)輸入位出現(xiàn)在第二個(gè)輸出位和第48位，第二個(gè)輸入位到第三個(gè)輸出位，等等。注意第一個(gè)輸入位在第二個(gè)輸出位重復(fù)，并在第48位重復(fù)。過程如下：1) 將32位右明文分成8塊，每塊各有4位，如圖35所示。位號18放棄（表中沒有），另外7位也是，從而將56位減到48位。例如，如果輪號為16，則只移一位，否則移兩位。P盒替換異或交換密鑰變換 擴(kuò)展置換S盒替換圖34 DES的一輪 第一步：密鑰變換最初64位密鑰通過放棄每個(gè)第8位而得到56位密鑰。例如，我們發(fā)現(xiàn)第一個(gè)位置的58表示原明文塊中第58位的內(nèi)容在初始置換時(shí)改寫第一位的內(nèi)容，同樣，1放在表中第40位，表示第一位改寫原明文塊中第40位，所有其他位一樣。步驟6步驟5最終轉(zhuǎn)換（FP）密文（64位）密鑰步驟1步驟2步驟3步驟4明文（64位）初始置換（IP）LPTRPT16輪16輪密鑰圖33 DES中主要步驟 初始置換初始置換只發(fā)生一次，是在第一輪之前進(jìn)行的，指定初始置換中的變換如何進(jìn)行，如表32所示。3) 初始置換產(chǎn)生轉(zhuǎn)換塊的兩半，假設(shè)為左明文(LPT)和右明文（RPT）。DES共16步，每一步稱為一輪，每一步進(jìn)行替換與變換步驟。塊n塊2塊1DES64位明文DES…64位明文56位密鑰56位密鑰64位密文56位密鑰64位明文DES64位密文64位密文 圖31 DES基本原理框圖前面曾經(jīng)介紹過，DES使用56位密鑰。3 DES工作原理 基本原理DES是個(gè)塊加密法，按64位塊長加密數(shù)據(jù)，即把64位明文作為DES的輸入，產(chǎn)生64位密文輸出。 主要特點(diǎn)：l RTL和門級優(yōu)化，本地編譯結(jié)構(gòu)，編譯仿真速度快，跨平臺跨版本仿真；l 單內(nèi)核VHDL和Verilog混合仿真；l 源代碼模版和助手，項(xiàng)目管理；l 集成了性能分析、波形比較、代碼覆蓋、數(shù)據(jù)流ChaseX、Signal Spy、虛擬對象Virtual Object、Memory窗口、Assertion窗口、源碼窗口顯示信號值、信號條件斷點(diǎn)等眾多調(diào)試功能；l C和Tcl/Tk接口，C調(diào)試；l 對SystemC的直接支持，和HDL任意混合l 支持SystemVerilog的設(shè)計(jì)功能；l 對系統(tǒng)級描述語言的最全面支持，SystemVerilog， SystemC， PSL；l ASIC Sign off。d) 可讀性好，既可以被計(jì)算機(jī)接受，也容易被人所理解。Verilog HDL程序結(jié)構(gòu)如圖21所示。Verilog HDL的主要特點(diǎn)有：作為硬件描述語言的第一個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)具有很強(qiáng)的可移植性；具有豐富的模擬仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)早期就能查驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能的可行性，隨時(shí)可對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬，將設(shè)計(jì)中邏輯上的錯(cuò)誤消滅在組裝之前。其中，大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷抢肊DA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的載體，硬件描述語言是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要表達(dá)手段，軟件開發(fā)工具是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化的自動化設(shè)計(jì)工具，實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)則是利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的下載工具及硬件驗(yàn)證工具。目前應(yīng)用比較廣泛的硬件描述語言就是Verilog HDL，它最早是由美國國防部提出來的。這使得工程師在功能設(shè)計(jì)，邏輯驗(yàn)證階段可以不必過多考慮門級及工藝實(shí)現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)，只需根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求施加不同約束條件，即可設(shè)計(jì)出實(shí)際電路。Verilog 的設(shè)計(jì)者想要以 C 編程語言為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一種語言，可以使工程師比較容易學(xué)習(xí)。1989年， Cadence 收購了GDA公司， Verilog HDL語言成為Cadence公司的私有財(cái)產(chǎn)。 Verilog模塊的概要及背景Verilog HDL是在1983年由GDA（Gateway Design Automation）公司的Phil Moorby首創(chuàng)的。DES算法為密碼體制中的對稱密碼體制，又被成為美國數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，是1972年美國IBM公司研制的對稱密碼體制加密算法。兩年之后，NBS發(fā)現(xiàn)IBM公司的Lucifer相當(dāng)理想，沒有必要從開頭開發(fā)一個(gè)新的加密算法。利用這個(gè)方法，我們還要從概念上介紹其他加密算法，但不準(zhǔn)備深入介紹，因?yàn)橥ㄟ^DES介紹已經(jīng)可以了解計(jì)算機(jī)加密算法的工作原理。DES加密Veril
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