【正文】 esign Automation)三個(gè)發(fā)展階段。DES( Data Encryption Standard)算法，于1977年得到美國(guó)政府的正式許可，是一種用56位密鑰來(lái)加密64位數(shù)據(jù)的方法。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。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。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。e) 本身生命期長(zhǎng)。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。這樣，每一輪有個(gè)56位密鑰。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。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。SS8，分別見表45，表46。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。 prev0= semi_key[27]。 ……non_perm_key=（non_perm_key_var）。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。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)。 decrypt=(decrypt_i)。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。(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。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。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。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)。 …… expandedR[1]=R_i_var[0]。其中擴(kuò)展器的工作原理如下。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。 non_perm_key_var[55:28]= semi_key。non_perm_key_var=0。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。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。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）。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。IP完成后，得到的64位置換文本塊分成兩半，各32位，左塊成左明文（LPT），右塊成右明文（RPT）。實(shí)際上，最初的密鑰位64位，但在DES過(guò)程開始之前放棄密鑰的每個(gè)第八位，從而得到56位密鑰，即放棄第8，16，24，32，40，48，56和64位，如表31所示，陰影部分表示放棄的位。Verilog HDL的主要特點(diǎn)：a) 具有極強(qiáng)的描述能力，能支持系統(tǒng)行為級(jí)、寄存器傳輸級(jí)和門級(jí)三個(gè)不同層次的設(shè)計(jì)。2 設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ) EDA技術(shù)簡(jiǎn)介EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)是隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的一種高級(jí)、快速、有效的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具。其密鑰長(zhǎng)度為56位，明文按64位進(jìn)行分組，將分組后的明文組和56位的密鑰按位替代或交換的方法形成密文組的加密方法。但是，任何一本安全書籍都不得不提到DES，因?yàn)樗?jīng)是加密算法的標(biāo)志。在1984至1985年Moorby設(shè)計(jì)出了第一個(gè)名為VerilogXL的仿真器，1986年他對(duì)Verilog HDL的發(fā)展又作出了另一個(gè)巨大的貢獻(xiàn)，即提出了用于快速門級(jí)仿真XL算法。因此，EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)，是現(xiàn)代電子信息工程領(lǐng)域的一門新技術(shù)。設(shè)計(jì)實(shí)體庫(kù)、程序包使用說(shuō)明實(shí)體(ENTITY)結(jié)構(gòu)體配置（CONFIGURATION）GENERIC類屬說(shuō)明PORT端口說(shuō)明結(jié)構(gòu)體功能描述結(jié)構(gòu)體說(shuō)明圖21 Verilog HDL程序設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)圖 ModelSim SE 簡(jiǎn)介ModelSim是業(yè)界最優(yōu)秀的HDL語(yǔ)言仿真編譯軟件，它能提供友好的仿真環(huán)境，是業(yè)界唯一的單內(nèi)核支持VHDL和Verilog混合仿真的仿真器。1) 將64位明文塊送入初始置換（Initial Permutation，IP）函數(shù)。每一輪從這個(gè)56位密鑰產(chǎn)生不同的48位子密鑰，稱為密鑰變換。顯然，這個(gè)過(guò)程在生成輸出時(shí)擴(kuò)展和置換輸入位。 最終置換16輪結(jié)束后，進(jìn)行最終置換（只一次），即按表38進(jìn)行變換。表45 算法描述圖中選擇函數(shù)S11441312151183106125907015741421311061211953841148136211151297310501512824917511314100613表46 算法描述圖中選擇函數(shù)S81328461511110931450127115138103741256110149271141912142061013153582114741081315129035611 在此，以S1為例說(shuō)明其功能。排PC1之后分別存到28bit的寄64bit的外部密鑰K輸入以后，首先通過(guò)奇偶校驗(yàn)，剔除奇偶校驗(yàn)位，得到56bit的密鑰M，M又經(jīng)過(guò)換位重存器C0和D0中。 semi_key= semi_key1。 new_key_var產(chǎn)生電路new_key_var[47]= non_perm_key_var[42]。l 如果S代換部件的兩個(gè)輸入僅有中間2位不同，則其輸出必須至少有2位不同。在這一輪運(yùn)算中，密鑰產(chǎn)生器產(chǎn)生了一個(gè)沒有經(jīng)PC2重排的56bit的數(shù)據(jù)（它是由preious_key移位而得）。 round_key=new_key。而采用循環(huán)法實(shí)現(xiàn)DES加密算法能達(dá)到減少資源占用的目的。S盒是DES加密算法中唯一的非線性函數(shù)，S盒的非線性變換使算法達(dá)到很好的“混亂”效果，從而具有較強(qiáng)的安全性。周老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)、謙虛嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平讓我獲益匪淺，對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)都有巨大的幫助。通過(guò)對(duì)這三種方法進(jìn)行綜合仿真驗(yàn)證，證實(shí)了改進(jìn)流水線法的正確可行性。每一輪子密鑰產(chǎn)生的方法是一樣的，如果采用硬件描述語(yǔ)言按照其子密鑰產(chǎn)生的原理一步步地推導(dǎo)出16次DES迭代的密鑰，不僅僅是語(yǔ)言表述繁瑣，而且占用了很多的硬件資源。load_i信號(hào)持續(xù)一個(gè)時(shí)鐘周期以后會(huì)變?yōu)榈碗娖?，在此之后?shù)據(jù)選擇器將選擇輸出另一路數(shù)