【正文】 理及其實現(xiàn)，何明星，西南交通大學(xué)計算機(jī)與通信工程學(xué)院，林昊，四川工 業(yè)學(xué)院計算機(jī) 科學(xué)與工程系 [5] Thongkhome, K. 。感慨過后，還是重回到本篇論文，就好像一場青春舞臺劇臨近結(jié)束時，總要獻(xiàn)上一段謝幕詞一樣，在此首先要感謝畢設(shè)的責(zé)任導(dǎo)師王剛老師，王老師工作認(rèn)真，理論知識淵博，他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹笇?dǎo)方式都讓我受益匪淺。最后利用 Synopsys DC 和 Astro 分別完成 AES 加密電路的綜合和布局布線工作，得到最終的 AES加密電路的版圖。 圖 45 面積報告 圖 46 規(guī)則約束報告 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)論文 23 圖 47 時序報告 Astro 版圖生成流程 一、 準(zhǔn)備 Verilog SDC 文件 ； 二、布局規(guī)劃 TDF 文件 FloorplanDesignSetup PadFiller 單元 PadRing Macro 單元 ； 三、布局 ，同時進(jìn)行第一次優(yōu)化 ； 四、時鐘 和 綜合 clockskewTiming ； 五、布線 進(jìn)行一次全局布線 ； Astro 生成的版圖 如圖 48 所示，為 AES 加密電路的最終版圖。 Synopsys Astro Synopsys Astro 是 一個 優(yōu)化、布局、布線的設(shè)計環(huán)境 ，它是 為超深亞微米（ UDSM） IC 設(shè)計 訂制的 。驗證過程的原理如圖 314 所示。密鑰的擴(kuò)展根據(jù)擴(kuò)展時序又能夠被分成非并行擴(kuò)展和并行擴(kuò)展。 S 盒模塊（ Sbox）仿真波形如圖 37 所示 。其總體架構(gòu)如圖 31 所示。最終， VHDL 和 VerilogHDL 在優(yōu)勝劣汰中生存了下來，并先后成為 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)。全方位地闡述了 AES 算法的工作原理。對加密和解密操作，算法從輪密鑰加開始，接下來執(zhí)行 9 輪迭代運算，每一輪都包含字節(jié)代換、行移位、列混淆、輪密相加這四個階段的 代換，最后 1 輪運算只包含字節(jié)代換、行移位、輪密相加這三個階段。然后將該 8 比 特的數(shù)據(jù)移動到隊列的最后，其它位依次左移動 8個比特。 事實上，工作模式的問世要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于 AES，要上溯到 19 世紀(jì) 80 年代。 3) 列混合變換 MixColoumns 列混合變換屬于代替變換 ,列混合運算表達(dá)式為： 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)論文 10 ?????????????3210CCCC?????????????020xx10303020xx10103020101010302????????????3210aaaa 4）密鑰加法（ AddRoundKey） 密鑰加法 KeyScheduling 擴(kuò)展初始 128 位密碼鍵生成圓鍵。圖 1 所示的 128 位數(shù)據(jù)路徑是 4 個 32位的數(shù)據(jù)路徑。元素 )(28GF 可以被映射到元素24)2(GF ，利用多項式 142)( ???? xxr x 表示元素 )2( 4GF ，其中 14)( ??? xxI x 是初始的不可約多項式。元素 )(28GF 中定義的映射 24)2(GF 。這種情況下，主要問題是如何實現(xiàn)高效 Sbox。它的加法運算與一字節(jié)相同，通過各系數(shù)的異或運算來實現(xiàn)。選取一個 L 次多項式 )(xm ，稱其為約化多項式。在 AES 加密算法中，最常用的特征值是 2。 明文分組 輪函數(shù) F1 輪函數(shù) F2 輪函數(shù) F3 輪函數(shù) FN 密文分組 初始密鑰 K 密 鑰 擴(kuò) 展 算 法 K1 K2 K3 KN 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)論文 5 (a) (b) 圖 22： 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 由于 AES 算法使用的結(jié)構(gòu)類型是 SP，因此，本文著重介紹 SP 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。現(xiàn)階段由于技術(shù)的發(fā)展，密碼的位寬越來越寬，由開始的 56 位，到現(xiàn)在的 128 位可擴(kuò)展密鑰，分組密碼的優(yōu)于序列密碼的趨勢已初現(xiàn)端倪。 缺點：設(shè)計成本較高，且開發(fā)相對困難，靈活性不佳。接下來就是 AES 算法的實現(xiàn)了。因此，后續(xù)曾經(jīng)出現(xiàn)過 DES 的升級版本，叫做三重 DES。加、解密過程中使用的密鑰相同的密碼體制稱為公鑰密碼，這種加密算法往往由復(fù)雜的非線性變換組成，在商業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 緒論部分我將 著重 介紹 國內(nèi)外加密算法 以及數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀，對課題主演研究的內(nèi)容作簡要概括，并對比軟硬件實現(xiàn)方式的優(yōu)缺點，在此基礎(chǔ)上介紹設(shè)計流程。 Modelsim . III 目 錄 第一章 緒論 ..................................................................................................................................... 1 課題研究背景及意義 ............................................................................................................ 1 研究現(xiàn)狀 ............................................................................................................................. 1 國內(nèi)外加密算法的研究現(xiàn)狀 ........................................................................................ 1 數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)的研究現(xiàn)狀 ........................................................................................... 1 課題主要研究內(nèi)容 ............................................................................................................... 2 設(shè)計流程的介紹 ......................................................................................................... 2 軟硬件實現(xiàn)方式的介紹 ............................................................................................... 2 第二章 AES 算法的原理研究 ............................................................................................................ 4 分組密碼的研究 ................................................................................................................... 4 AES 加密算法的數(shù)學(xué)理論 ..................................................................................................... 5 含有有限個元素的域 .................................................................................................. 5 有限域上的多項式及運算 ........................................................................................... 5 輪變換與密鑰擴(kuò)展 ............................................................................................................... 7 AES 加密算法工作模式 ...................................................................................................... 10 AES 算法的整體結(jié)構(gòu) ........................................................................................................... 10 本章總結(jié) ........................................................................................................................... 12 第三章 AES 算法模塊的設(shè)計及仿真 ............................................................................................... 13 開發(fā)環(huán)境介紹 .................................................................................................................... 13 硬件描述語言 (HDL)介紹 .......................................................................................... 13 Modelsim 仿真軟件 .................................................................................................... 13 AES 加密模塊總體架構(gòu) ...................................................................................................... 13 位變換模塊設(shè)計 SubBytes 及 Sbox ..................................................................................... 15 列混合變換模塊設(shè)計 MixColumns....................................................................................... 16 密鑰擴(kuò)展模塊設(shè)計 keysched................................................................................................ 17 加密模塊 Testbench 設(shè)計 ..................................................................................................... 18 第四章 AES 加密系統(tǒng)的綜合與布局布線 ......................................................................................... 20 綜合及布線開發(fā)工具的介紹 ..................................................