des加密verilog模塊設(shè)計(jì)方案(編輯修改稿)
2025-06-10 03:32 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 518311028241432273919133062211425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(méi)有處理左邊部分。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。 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。例如，第40位輸入代替第1位輸出等等。最終置換的輸出就是64位加密塊。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。如信用卡持卡人的PIN的加密傳輸、IC卡與POS間的雙向認(rèn)證、金融交易數(shù)據(jù)包的MAC校驗(yàn)等，均用到DES算法。DES算法的入口參數(shù)有三個(gè)：Key、Data、Mode。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。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。如Mode為解密，則用Key把密碼形式的數(shù)據(jù)Data解密，還原為Data的明碼形式（64位），作為DES的輸出結(jié)果。通過(guò)定期在通信網(wǎng)絡(luò)的源端和目的地端同時(shí)改用新的Key，便能更進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的保密性，這正是現(xiàn)在金融交易網(wǎng)絡(luò)流行的做法。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L(zhǎng)0、R0兩部分，每部分各長(zhǎng)32位，其置換規(guī)則見(jiàn)表41。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。圖41 DES算法框圖經(jīng)過(guò)16次迭代運(yùn)算后，得到L1R16，將此作為輸入，進(jìn)行逆置換，即得到密文輸出。逆置換正好是初始置換的逆運(yùn)算，例如，第1位經(jīng)過(guò)初始置換后，處于第40位，而通過(guò)逆置換，又將第40位換回到第1位，其逆置換規(guī)則、放大換位、單純換位分別見(jiàn)表4表4表44。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)。SS8，分別見(jiàn)表45，表46。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。我們可以看到：在S1中，共有4行數(shù)據(jù)，命名為0、3行；每行有16列，命名為0、3…115列?，F(xiàn)設(shè)輸入為：D=D1D2D3D4D5D6令：列=D2D3D4D5 行=D1D6然后在S1表中查得對(duì)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。下面給出子密鑰（48bit）的生成算法。從子密鑰的生成算法描述圖中我們可以看到：初始Key值為64位，但DES算法規(guī)定，其中第1…64位是奇偶校驗(yàn)位，不參與DES運(yùn)算。故Key實(shí)際可用位數(shù)便只有56位。即經(jīng)過(guò)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。即經(jīng)過(guò)縮小換位，從而得到了密鑰（48位）。以此類推其他密鑰。DES算法的解密過(guò)程是一樣的，區(qū)別僅僅在于第一次迭代時(shí)用子密鑰K15，第二次用K14，…，最后一次用K0，算法本身并沒(méi)有任何變化。 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。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。其中密鑰產(chǎn)生模塊被desround模塊調(diào)用。DES加密模塊頂層的外部接口示意圖如圖43所示，部分端口功能說(shuō)明如表47所示。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(shuō)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。其中每個(gè)字
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