【正文】 ernational）組織來負(fù)責(zé)促進(jìn)Verilog HDL語言的發(fā)展。Verilog HDL是一種硬件描述語言(hardware description language)，為了制作數(shù)字電路而用來描述ASICs和FPGA的設(shè)計(jì)之用。該語言允許設(shè)計(jì)者進(jìn)行各種級別的邏輯設(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。Verilog HDL進(jìn)行設(shè)計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是其工藝無關(guān)性。2 設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ) EDA技術(shù)簡介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、快速、有效的電子設(shè)計(jì)自動化工具。EDA關(guān)鍵技術(shù)之一就是采用硬件描述語言對硬件電路進(jìn)行描述，且具有系統(tǒng)級仿真和綜合能力。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)軟件自動完成的；③ 設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真；④ 系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級；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。EDA技術(shù)涉及面廣，內(nèi)容豐富，主要應(yīng)掌握如下四個(gè)方面的內(nèi)容：① 大規(guī)模可編程邏輯器件；② 硬件描述語言；③ 軟件開發(fā)工具；④ 實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)。 Verilog HDL語言簡介Verilog HDL最初是美國國防部為其超高速集成電路研究計(jì)劃提出的硬件描述語言，目的是為了把電子電路的設(shè)計(jì)意義以文字或文件的方式保存下來，以便其他人能輕易地了解電路的設(shè)計(jì)意義。Verilog HDL是一種全方位的硬件描述語言，具有極強(qiáng)的描述能力，能支持系統(tǒng)行為級、寄存器傳輸級和邏輯門級等幾種不同層次的設(shè)計(jì)，支持結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、行為三種描述形式的混合描述，覆蓋面強(qiáng)，因此在實(shí)際應(yīng)用中越來越廣泛。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)算來解決現(xiàn)存的問題，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)變成門級網(wǎng)表；Verilog HDL可用源代碼描述來進(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。Verilog HDL硬件描述語言能大大降低電路設(shè)計(jì)的難度，這門語言正越來越廣泛的被應(yīng)用，越來越多的學(xué)校已經(jīng)把Verilog HDL硬件描述語言作為數(shù)字邏輯電路教學(xué)中的必要部分，并配有大量的實(shí)踐教學(xué)使學(xué)生掌握它。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、寄存器傳輸級和門級三個(gè)不同層次的設(shè)計(jì)。c) 支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)再利用。e) 本身生命期長。它采用直接優(yōu)化的編譯技術(shù)、Tcl/Tk技術(shù)、和單一內(nèi)核仿真技術(shù)，編譯仿真速度快，編譯的代碼與平臺無關(guān)，便于保護(hù)IP核，個(gè)性化的圖形界面和用戶接口，為用戶加快調(diào)錯(cuò)提供強(qiáng)有力的手段，是FPGA/ASIC設(shè)計(jì)的首選仿真軟件。ModelSim分幾種不同的版本：SE、PE、LE和OEM，其中SE是最高級的版本，而集成在 Actel、Atmel、Altera、Xilinx以及Lattice等FPGA廠商設(shè)計(jì)工具中的均是其OEM版本。ModelSim SE支持PC、UNIX和LINUX混合平臺；提供全面完善以及高性能的驗(yàn)證功能；全面支持業(yè)界廣泛的標(biāo)準(zhǔn)；Mentor Graphics公司提供業(yè)界最好的技術(shù)支持與服務(wù)。加密與解密使用相同的算法和密鑰，只是稍作改變?；驹韴D如31。實(shí)際上，最初的密鑰位64位，但在DES過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。簡單地說，DES利用加密的兩個(gè)基本屬性：替換（也稱混淆）和變換（也稱擴(kuò)散）。表31 放棄密鑰中的每個(gè)第8位12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364 最初的64位密鑰密鑰丟棄過程得到56位密鑰圖32 密鑰丟棄過程下面介紹DES中主要步驟。2) 對明文進(jìn)行初始置換。4) 每個(gè)左明文與右明文經(jīng)過16輪加密過程，各有自己的密鑰。 圖33顯示了這個(gè)過程。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。這個(gè)表要從左向右、從上到下讀。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）。表33 IP使用的完整變換表58504234261810260524436282012462544638302214664564840322416857494133251791595143352719113615345372921135635547393123157 DES的一輪DES的一輪包括圖34所示步驟。這樣，每一輪有個(gè)56位密鑰。為此，56位密鑰分成兩半，各為28位，循環(huán)左移一位或兩位。表34顯示了每一輪移動的密鑰位數(shù)。選擇56位中的48位時(shí)使用表35所示，如果仔細(xì)看看表格則可發(fā)現(xiàn)其中只有48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)。擴(kuò)展置換將右明文從32位擴(kuò)展到48位，除了從32位擴(kuò)展到48位之外，這些位也進(jìn)行置換，因此稱為擴(kuò)展置換（expansion permutation）。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。第2位和第4位口令輸入一樣寫出。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。 原始32位右明文塊1（4位）塊2（4位）塊8（4位）…圖35 擴(kuò)展置換右明文擴(kuò)展置換過程如圖36所示。因此，擴(kuò)展置換實(shí)際上使用表36所示?，F(xiàn)在，48位密鑰與48位右明文進(jìn)行異或運(yùn)算，將結(jié)果傳遞到下一步，即S盒替換。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。S盒將6位輸入變成4位輸出。P盒置換機(jī)制只是進(jìn)行簡單置換（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）。例如，第一塊的16表示原輸入的第16位移到輸出的第1位，第16塊的10表示原輸入的第10位移到輸出的第16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，并通過交換將舊的右明文變成為新的左明文。例如，第40位輸入代替第1位輸出等等。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，美國國家標(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，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，以此來實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的保密。DES算法的入口參數(shù)有三個(gè)：Key、Data、Mode。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。通過定期在通信網(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。表41 DES算法置換規(guī)則5850123426181026052443628201246254463830221466456484032241685749413325179159514335271911361