【正文】 算。3. DES加密核心模塊的實(shí)現(xiàn)3. S盒設(shè)計(jì)通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，S盒在整個(gè)設(shè)計(jì)中占了很大的比重。DES的8個(gè)S盒分別是一個(gè)滿足特殊性能的6~4位的變換。這是最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法，但是HDL語(yǔ)言都屬于高級(jí)語(yǔ)言，它們強(qiáng)烈依賴(lài)于編譯器的優(yōu)化能力，往往對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，涉及得越少、編程越簡(jiǎn)單，代碼效率越不高，這對(duì)于性能考慮的實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)是不可取的。這樣，S盒成了速度的瓶頸，為此，采用ROM來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖34 S盒在XC2S100e的實(shí)現(xiàn) 密鑰生成器的設(shè)計(jì)是獨(dú)立于DES輪函數(shù)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的，采用3級(jí)流水線來(lái)與輪函數(shù)中的流水線相平衡，單輪的實(shí)現(xiàn)如圖9。XC2S100的LUT中的每個(gè)查找表LUT可以用來(lái)生成1~16個(gè)移位寄存器，而且在一個(gè)單獨(dú)的可配置邏輯功能塊CLB中連接8個(gè)移位寄存器來(lái)構(gòu)成一個(gè)128位的移位寄存器[18]。在本設(shè)計(jì)中，為了方便文件的傳輸，我們也設(shè)計(jì)了基于UA RT的串口通信模塊。接收部分將收到的以幀為單位的串行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化為并行信號(hào)供取走。同時(shí)會(huì)給傳送的8位數(shù)據(jù)加上起始位，奇偶校驗(yàn)位和停止位。由于沒(méi)有時(shí)鐘線，所以雙方必須以一個(gè)固定的頻率，同步的收發(fā)數(shù)據(jù)，才能保證數(shù)據(jù)傳送的正確性[19]。接收數(shù)據(jù): 按照串口傳輸協(xié)議，檢測(cè)起始位，為防止因干擾或其它因素引起的電平跳動(dòng)，以波特率16倍的頻率檢測(cè)，一旦檢測(cè)到起始位，就開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，要保證在數(shù)據(jù)位的中間取樣。通常的做法是產(chǎn)生一個(gè)16倍(或32倍)于波特率的時(shí)鐘信號(hào)clkl6x，當(dāng) clkl6x的前后兩個(gè)脈沖沿檢測(cè)到串行輸入信號(hào)從高到低的跳變時(shí)，即表明一幀數(shù)據(jù)的開(kāi)始，然后再經(jīng)過(guò)8個(gè)clkl6x周期，以該時(shí)刻點(diǎn)為基準(zhǔn)，每隔16個(gè)。同時(shí)，用dataready信號(hào)上升沿對(duì)接收幀數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。如需要給出出錯(cuò)信號(hào)，可以判斷奇偶校驗(yàn)位，如有錯(cuò)，設(shè)置校驗(yàn)錯(cuò)信號(hào)parityerror。dout是并行輸出信號(hào)。由于實(shí)際用的板子的晶振是50MHz的，所以調(diào)用了分頻子模塊counter，以得到9600Hz的16倍的clkl6x的時(shí)鐘。本例中選用8*512。本例用XC2S100，使用其中的8塊。由于本設(shè)計(jì)中RAM有64位數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)和8位數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)，采用雙端形式可以方便地址線的控制。bl), .RSTA(139。bl), .RSTB(139?？捎霉IT_ 00INIT_ Of對(duì)4K存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行初始化。在本設(shè)計(jì)中對(duì)默認(rèn)的所有存儲(chǔ)區(qū)初始化為0。 B1ockRAH存儲(chǔ)模塊的頂層框圖通過(guò)上述分析，BlockRAM存儲(chǔ)模塊的頂層框圖如下: 圖310 B1ockRAM存儲(chǔ)模塊的頂層框圖3. 2. 4 DES加密系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)結(jié)果3. 2. DES加密系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)頂層框圖綜上所述，DES加密系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)頂層框圖如下:圖3I l整體設(shè)計(jì)頂層框圖DES加密系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)模塊的源代碼:module top( clk, TX_ reset, RX_reset, RXD, TXD, RX, RX_done, TX_ena, DECRYPT, CLKLXENABLE,Display, Control)。input TX_ reset:input RX_reset://input DES_ reset。input RX。input DECRYPT。output CLKLXENABLE。output [3:0] Control。reg [6:0] Display。reg [1:0] LED_ Flag。wire [7:0] SENDDATA。wire [] DATAREADY。wire [11:0] DISPLAY_COUNTER。wire [63:0] DATA_IN64。wire rstn。wire [11:0] TOTAL_FRAME。wire [8:0] BLOCK_COUNTER。wire DATA_IN64_EN。//wire DES_reset_buf。 b 1。assign RAMADDR=FRAME_COUNTER[11:3]。 b0000。assign MODESEL=139。assign DISPLAY_COUNTER=RX?(FRAME_COUNTER+1):(FRAME_COUNTER8)。//IBUF rstpad(.I(DES_ reset)，.O(DES_reset_ buf))。desIdes(.reset(RX)，.clk (clk)，.data_ bus (DATA_OUT64)，.TEST_OUT (TEST_OUT_REG)，.e_data_rdy(E_DATA_RDY)，.key(DATA_OUT64)，.decrypt(DECRYPT)，.data out(DATA_IN64)，.d_ data_ rdy(DATA_IN64_ EN)，.block_ counter (BLOCK_ COUNTER)，.total_block(TOTAIFRAME[11:3]))。 b0。 b 1。HEX2LED myHLAl(DISPLAY_COUNTER[3:0]，DisplayAl)。HEX2LED myHLBl(DISPLAY一OUNTER[11:8]，DisplayBl)。/*******為七段碼顯示生成一個(gè)快時(shí)鐘********/ wire clk_ LED。 assign time_seed=2639。 //綜合下載時(shí) d=2639。 assign rstn=RX_reset。 d00_ 005。/********七段碼輸出控制狀態(tài)機(jī)*************/always(posedge clk_LED or negedge rstn) beginif(!rstn)begin Display=0。 LED_ Flag=0。 b00) begin Display=DisplayAl: Control=439。 LED Flag=239。 endelse if(LED_Flag==239。 Control=439。 LEDes Flag=239。 endelse if(LED_Flag==239。 Control=439。 LEDes Flag=239。 endelse if(LED_Flag====239。 Control=439。 LED_ Flag=239。 end else LED_Flag=239。endendendmoduleDES加密系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)中，des. v, pram. v, uartnew. v, FrecLDiv. v, HEX2LED. v為系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。NET RX LOC=p3。NET TXD LOC=p199。NET RX_done LOC=p145。NET TX_reset LOC=p16。NET Display0 LOC=p108。NET Display2 LOC=p110。NET Display4 LOC=p112。NET Display6 LOC=p114。NET Control1 LOC=p121。NET Control3 LOC=p123。 用三個(gè)撥碼開(kāi)關(guān)分別控制UART串口傳輸?shù)慕邮帐鼓?、發(fā)送使能和加/解密控制。用兩個(gè)LED分別作為UART串口傳輸?shù)谝粠瑪?shù)據(jù)的開(kāi)始和所有數(shù)據(jù)接收完畢的指示。本章小結(jié)本章先介紹了DES加密系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，由三大模塊組成:DES加密核心，UART通信接口和BLOCKRAM存儲(chǔ)模塊。最后介紹了整體設(shè)計(jì)結(jié)果。第四章 性能分析與功能驗(yàn)證由于采用UART作為通信接口，其低速率的瓶頸使得我們無(wú)法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的DES加密吞吐量進(jìn)行有效的測(cè)試，因此這里通過(guò)[SE的仿真結(jié)果來(lái)對(duì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果作一分析。考慮到實(shí)際布局布線之后的性能折扣，DES加密核心的數(shù)據(jù)吞吐量也應(yīng)可在百M(fèi)數(shù)量級(jí)。4. 2功能驗(yàn)證4. 2. 利用ModelSim工具對(duì)DES加密系統(tǒng)的Verilog代碼進(jìn)行Behavior amp。 下圖是DES加密系統(tǒng)的ModelSim的仿真波形圖:圖41將上圖中紅色方框內(nèi)的波形放大如下，可以看到三級(jí)流水線的效果，即d_data_rdy為高的時(shí)候有連續(xù)的三個(gè)64位加密數(shù)據(jù)塊輸出，如下圖中紅色橢圓內(nèi)所示。如上圖中方色方框所示: KEY: 00 00 00 00 00 00 00 00PLAIN:80 00 00 00 00 00 00 00OUTPUT:95 f8 a5 e5 dd 31 d9 00與XILINX公司網(wǎng)站上設(shè)計(jì)參考中給出的數(shù)據(jù)一致。成功下載到試驗(yàn)板EITS2003上的XC2S100中。采取了以下測(cè)試方案: 由PC通過(guò)串口向試驗(yàn)板發(fā)送文件和密鑰，經(jīng)過(guò)加密后的密文通過(guò)串口傳回PC，與PC上的標(biāo)準(zhǔn)加密DES加密程序進(jìn)行比對(duì)。各方法均驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的加/解密功能。值得說(shuō)明的是，除此之外，還利用多組數(shù)據(jù)、文件進(jìn)行了加解密測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，整個(gè)DES加密系統(tǒng)的加/解密功能是可靠的。利用同一組Testbench對(duì)系統(tǒng)的解密功能進(jìn)行測(cè)試，即將得出的密文連同原有密鑰一同發(fā)回由系統(tǒng)進(jìn)行解密:圖44 Key:5B 5A 57 67 6A 56 67 6ECipher: 97 4A FF BF 86 02 2D 1FDeciph: 67 5A 69 67 5E 5A 6B 5A與原先輸入的Plain Text一致。本章小結(jié) 本章首先對(duì)DES加密核心及整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了性能分析，然后分別通過(guò)ModelSim仿真和實(shí)際硬件進(jìn)行了功能驗(yàn)證，結(jié)果表明DES加密系統(tǒng)的加/解密功能是正確可靠的。一般來(lái)說(shuō)，全國(guó)各省都有一個(gè)軍事通信總站，擔(dān)負(fù)著全省所有部隊(duì)的通信保障工作，是各省軍事通信樞紐。因此，軍事通信總站的特點(diǎn)就是部隊(duì)分散，點(diǎn)多線長(zhǎng)。 通信總站機(jī)關(guān)和各營(yíng)，連，哨所是通過(guò)獨(dú)立的通信線路相連接的，組成獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)。 通信總站作為一個(gè)軍事單位，其通信信息當(dāng)然要求是保密的，因此對(duì)信息傳遞的保密性要求很高。2，經(jīng)常性的巡線制度。軍事通信總站用戶(hù)服務(wù)呼叫中心是集語(yǔ)音，傳真和數(shù)據(jù)為一體的綜合電話服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)通信總站業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，以TCP/IP協(xié)議與業(yè)務(wù)主機(jī)(單機(jī)或多機(jī))進(jìn)行通訊以獲取數(shù)據(jù)[24]通信總站用戶(hù)服務(wù)呼叫中心采用CTI(COMPUTER TELEPHONEY INTEGRATION)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，使用戶(hù)可以通過(guò)電話或傳真的方式與本中心進(jìn)行通訊，在系統(tǒng)親切的語(yǔ)音提示下完成一定的選擇操作，即可獲得語(yǔ)音或傳真資料，在特殊情況下，呼叫中心還可自動(dòng)轉(zhuǎn)接人工坐席，由通信總站專(zhuān)業(yè)人員負(fù)責(zé)解答和處理[25]。下面就對(duì)各部份進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹: : 通信總站業(yè)務(wù)系統(tǒng)是《通信總站用戶(hù)服務(wù)呼叫中心》系統(tǒng)的重要組成部份，用戶(hù)能夠查詢(xún)到的資料都由該系統(tǒng)提供。:用戶(hù)服務(wù)呼叫中心服務(wù)器是《通信總站用戶(hù)服務(wù)呼叫中心》系統(tǒng)的主要組成部分，起著橋梁的作用，其用戶(hù)通過(guò)PSTN與通信總站的業(yè)務(wù)系統(tǒng)及人工坐席相連，其具體功能如下: *電話接口處理(模擬或數(shù)字) *語(yǔ)音處理 *傳真處理 *人工坐席處理 *會(huì)議橋處理*遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)處理*與主機(jī)通訊處理 *遠(yuǎn)程通訊處理 人工座席是《通信總站用戶(hù)服務(wù)呼叫中心》系統(tǒng)的組成部分之一，功能是當(dāng)本系統(tǒng)自動(dòng)應(yīng)答部分無(wú)法幫助用戶(hù)解決的問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)轉(zhuǎn)接人工坐席，同時(shí)工作人員的電腦屏幕上彈出此用戶(hù)全部資料，方便工作人員及時(shí)回答和解決用戶(hù)的有關(guān)問(wèn)題，既解決了用戶(hù)的需要，又極大的縮短了與用戶(hù)的通話時(shí)間。而總站的電話會(huì)議系統(tǒng)及時(shí)解決了這些問(wèn)題。 電話/傳真用戶(hù)是《通信總站用服務(wù)呼叫中心》系統(tǒng)的組成部份之一，功能是:通過(guò)電話網(wǎng)連接到《通信總站用戶(hù)服務(wù)呼叫中心》系統(tǒng)，并根據(jù)《通信總站用戶(hù)服務(wù)呼叫中心》的提示，輸入查詢(xún)條件，得到語(yǔ)音或傳真結(jié)果。數(shù)據(jù)用戶(hù)是《通信總站用戶(hù)服務(wù)呼叫中心》系統(tǒng)的組成部分之一，功能是使用調(diào)制解調(diào)器及相應(yīng)軟件(Internet瀏覽器，或?qū)Ｓ密浖?登陸到總站用戶(hù)服務(wù)呼叫中心網(wǎng)絡(luò)，獲得查詢(xún)的數(shù)據(jù)結(jié)果。因此，只要對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行DES加密就能保證信息傳遞的安全性。鏈一鏈加密是指加密的地方在物理層。端一端加密是只對(duì)高層的數(shù)據(jù)加密，在整個(gè)傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)始終是加密的，直到到了目的地才被解密。 在軍事通信總站用戶(hù)服務(wù)呼叫系統(tǒng)中，只要對(duì)通信終端設(shè)備進(jìn)行端一端DES加密，那么整個(gè)系統(tǒng)的信息傳遞就比較安全可靠了。在端一端加密中，只是數(shù)據(jù)部分進(jìn)行加密。 在電話機(jī)的組成中，有一個(gè)A/D, D