【正文】 LPT），右塊成右明文（RPT）。表34顯示了每一輪移動(dòng)的密鑰位數(shù)。2) 將上一步的每個(gè)4位塊擴(kuò)展為6位塊，即每個(gè)4位塊增加2位。因此，擴(kuò)展置換實(shí)際上使用表36所示。P盒置換機(jī)制只是進(jìn)行簡(jiǎn)單置換（即按P表指定把一位換成另一位，而不進(jìn)行擴(kuò)展的壓縮）。表38 最終置換40848165624643239747155523633138646145422623037545135321612936444125220602835343115119592734242105018582633141949175725 4 DES加密模塊設(shè)計(jì) DES加密算法介紹DES (Data Encryption Standard，數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)），是由IBM公司研制的一種加密算法，1977年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局宣布把它作為非機(jī)要部門使用的的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，隨著“三金”工程尤其是金卡工程的啟動(dòng)，DES算法在POS、ATM、磁卡及智能卡（IC卡）、加油站、高速公路收費(fèi)站等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保密。表41 DES算法置換規(guī)則58501234261810260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135535547393123157即將輸入的第58位換到第1位，第50位換到第2位，…，依此類推，最后一位是原來(lái)的第7位L0、R0則是換位輸出后的兩部分，L0是輸出的左32位，R0是右32位，例：設(shè)置換前的輸入值為D1D2D3…D64，則經(jīng)過(guò)初始置換后的結(jié)果為：L0=D50…，D8；R0=D57D49，…D7。下面給出子密鑰（48bit）的生成算法。S1S2S3S4S5S6S7S8key_gendesround圖42 DES加密模塊總體框架本實(shí)例在對(duì)DES算法進(jìn)行建模時(shí)，將整個(gè)算法分為密鑰產(chǎn)生 模塊key_gen、S部件代換模塊（SSSSSSSS8）、DES的一輪變換模塊desround和頂層模塊des。加密時(shí)的內(nèi)容是將C 和D中的內(nèi)容分別向左移動(dòng)1至2位得到的，而且這種移位方式是按循環(huán)移位寄存器方式進(jìn)行的。non_perm_key_var=0。 semi_key= perv_key_var[27:0]。 non_perm_key_var[55:28]= semi_key。new_key_var[44]= non_perm_key_var[32]。S代換部件是一個(gè)十分復(fù)雜的非線性函數(shù)，正是經(jīng)過(guò)它的非線性變換才使明文實(shí)現(xiàn)了較好的混亂（confusion），達(dá)到加解密效果，從而具有較強(qiáng)的安全性。對(duì)于S代換部件的實(shí)現(xiàn)，主要有兩種方法：查表法，邏輯電路法。其中擴(kuò)展器的工作原理如下。always(posedge clk or negedge reset) begin L_o、R_o、Key_o產(chǎn)生邏輯 if(!reset) begin L_o=(0)。 …… expandedR[1]=R_i_var[0]。 s1_o產(chǎn)生邏輯 …… s8_o=(KER[5:0])。16輪變換結(jié)束之后，ready_o會(huì)變?yōu)楦唠娖?，這時(shí)整個(gè)模塊的輸出data_o才為有效數(shù)據(jù)。這樣，從第一個(gè)數(shù)據(jù)塊開始加密起，每一個(gè)時(shí)鐘周期延時(shí)都會(huì)有一個(gè)數(shù)據(jù)塊進(jìn)行加密，經(jīng)16個(gè)時(shí)鐘周期延時(shí)后，得到最終的密文。同時(shí)，由于每一輪子密鑰產(chǎn)生的時(shí)間并不相同，會(huì)給DES密碼的迭代運(yùn)算帶來(lái)很多不必要的麻煩。然而這樣的語(yǔ)句雖然可讀性很強(qiáng)，但綜合的效率往往不高，占用資源過(guò)多，速度也比較低，使S盒成為系統(tǒng)速度的瓶頸。這兩種方案可以用于不同要求的應(yīng)用領(lǐng)域，具有較大的靈活性。畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，大學(xué)生活即將結(jié)束，回首往事，感慨萬(wàn)千！四年光陰瞬息而逝，難免有些感傷，但更多的是美好的回憶。本論文是在周彥良老師的精心指導(dǎo)下完成的，無(wú)論是在程序設(shè)計(jì)階段還是在論文寫作過(guò)程中，周老師都給予了我很大的支持與幫助。本文利用ModelSim對(duì)DES加密算法程序進(jìn)行了仿真，得到的仿真波形初步驗(yàn)證了DES加密功能的正確性。(2) S盒的優(yōu)化S盒的設(shè)計(jì)是DES算法的關(guān)鍵部分， S盒設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將影響整個(gè)算法的性能。本文通過(guò)子密鑰的簡(jiǎn)化和S盒的優(yōu)化來(lái)改進(jìn)傳統(tǒng)的流水線結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)占用資源少、加密速度快的加密系統(tǒng)。但是，一個(gè)時(shí)鐘周期只能進(jìn)行一輪加密運(yùn)算，要完成整個(gè)加密過(guò)程要花費(fèi)16個(gè)時(shí)鐘周期，從而在速度性能上大打折扣。 expanRSig=(L_i^f)。 decrypt=(decrypt_i)。 R_o=(next_R)。本模塊調(diào)用了密鑰生成模塊，它的輸出除了左半信號(hào)和右半信號(hào)，還有密鑰信號(hào)。 desround 模塊設(shè)計(jì)desround模塊執(zhí)行DES算法中的一輪非線性變換。l 如果S部件兩個(gè)輸入僅有1位的差異，則其輸出必須至少有2位不同。new_key=( new_key_var)。 ……non_perm_key=（non_perm_key_var）。 prev0= semi_key[26]。 prev0= semi_key[27]。密鑰產(chǎn)生模塊key_gen如圖44所示。其中每個(gè)字節(jié)的最末一位用奇偶校驗(yàn)，也就是只有56bit真正包含了密鑰信息。即經(jīng)過(guò)縮小換位，從而得到了密鑰（48位）。SS8，分別見表45，表46。如Mode為加密，則用Key把數(shù)據(jù)Data進(jìn)行加密，生成Data的密碼形式（64位）作為DES的輸出結(jié)果。這時(shí)，最初64位明文的大部分與P盒置換的結(jié)果進(jìn)行異或運(yùn)算，結(jié)果成為新的右明文，并通過(guò)交換將舊的右明文變成為新的左明文。S盒替換密鑰變換（將密鑰從56位壓縮為48位）擴(kuò)展置換（將右明文從32位擴(kuò)展為48位）48位密鑰48位右明文XOR圖37 S盒替換第3步： S盒替換替換使用8個(gè)替換盒（substitution boxes）(也稱為S盒)，每個(gè)S盒有6位輸入和4位輸出。同樣，第32個(gè)輸入位在第47個(gè)輸出位和第1個(gè)輸出位。由于密鑰變換要進(jìn)行置換和選擇56位中的48位，因此稱為壓縮置換(pression permutation)。這樣，每一輪有個(gè)56位密鑰。例如，它指出初始置換將原明文塊的第一位換成原明文塊的第58位，第2位換成原明文塊的第50位，等等，這只是把原明文塊進(jìn)行移位。表31 放棄密鑰中的每個(gè)第8位12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364 最初的64位密鑰密鑰丟棄過(guò)程得到56位密鑰圖32 密鑰丟棄過(guò)程下面介紹DES中主要步驟。加密與解密使用相同的算法和密鑰，只是稍作改變。e) 本身生命期長(zhǎng)。因此，在設(shè)計(jì)早期系統(tǒng)功能時(shí)就具有可行性；設(shè)計(jì)層次較高，可用于較復(fù)雜的計(jì)算來(lái)解決現(xiàn)存的問(wèn)題，從而縮短設(shè)計(jì)周期；Verilog HDL的設(shè)計(jì)不依賴于特定的器件的轉(zhuǎn)換；支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的邏輯綜合和優(yōu)化；并且Verilog HDL描述的設(shè)計(jì)可轉(zhuǎn)變成門級(jí)網(wǎng)表；Verilog HDL可用源代碼描述來(lái)進(jìn)行復(fù)雜電路控制設(shè)計(jì)，靈活性強(qiáng)，同時(shí)也便于設(shè)計(jì)結(jié)果的保存和重用。利用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：① 用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件；② 用軟件方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的；③ 設(shè)計(jì)過(guò)程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真；④ 系統(tǒng)可現(xiàn)場(chǎng)編程，在線升級(jí)；⑤ 整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小、功耗低、可靠性高。該語(yǔ)言允許設(shè)計(jì)者進(jìn)行各種級(jí)別的邏輯設(shè)計(jì)，進(jìn)行數(shù)字邏輯系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證時(shí)序分析邏輯綜合。Phil Moorby后來(lái)成為VerilogXL的主要設(shè)計(jì)者和Cadence公司（CadenceDesign Systems）的第一合伙人。經(jīng)過(guò)幾次討論，NBS于1975年發(fā)布了這個(gè)加密算法的細(xì)節(jié)。后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)DES在強(qiáng)大攻擊下太脆弱，因此使DES的應(yīng)用有所下降。DES產(chǎn)生可以追溯到1972年，美國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS，即現(xiàn)在的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)學(xué)會(huì)，NIST）啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，旨在保護(hù)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)通信中的數(shù)據(jù)。DES( Data Encryption Standard)算