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基于FPGA的流密码机设计

作　者: 朱楠
导　师: 胡建伟
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 流密码线性反馈移位寄存器 FPGA A5算法 RC4算法
分类号: TN918.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 39次
引　用: 1次
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内容摘要

在通信技术和网络技术高速发展的今天,密码学理论与技术成为信息科学与技术的一个重要研究领域。流密码是现代密码学的一个重要的研究分支,随着移位寄存器理论迅速发展,加上有效的数学工具使得流密码理论得到了长足的发展。为了寻求突破流密码机限制的攻击机制,从信息层次上实现通信干扰的目的,本文设计了一种基于单片机和FPGA的流密码机,作为硬件研究平台。本文首先分析了作为密钥流生成器的线性反馈移位寄存器,特别对目前广泛使用的m序列进行了分析,指出m序列良好的随机统计特性,主要证明了m序列其实就是一种伪随机序列。其次,讨论了FPGA的完整设计流程和设计流密码算法应注意的问题,介绍了本方案要采用的A5算法和RC4算法,并对FPGA内部实现加密解密的各个模块进行了详细的介绍。最后介绍了如何用单片机实现初始密钥传输；用E1芯片DS21Q348完成数据信息的发送和接收。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-10
  1.1 密码学的发展历史  8
  1.2 流密码的研究现状和发展趋势  8-9
  1.3 工作安排  9-10
第二章流密码  10-20
  2.1 密码学基础  10-13
    2.1.1 密码学基本概念  10-12
    2.1.2 密码体制  12-13
  2.2 流密码基本概念  13-16
    2.2.1 流密码原理  13-14
    2.2.2 流密码分类  14-16
  2.3 密钥流的性质  16-18
    2.3.1 序列的周期性  16
    2.3.2 序列的随机性  16-17
    2.3.3 密钥流的基本要求  17-18
  2.4 小结  18-20
第三章基于线性反馈移位寄存器的流密码  20-32
  3.1 线性反馈移位寄存器  20-21
    3.1.1 反馈移位寄存器  20-21
    3.1.2 线性反馈移位寄存器  21
  3.2 线性反馈移位寄存器的一元多项式表示  21-23
    3.2.1 特征多项式  21-22
    3.2.2 本原多项式  22-23
  3.3 m序列的性质及破解  23-26
    3.3.1 m序列的伪随机性  23
    3.3.2 m序列的线性复杂度  23-24
    3.3.3 m序列的破解  24-26
  3.4 基于线性反馈移位寄存器的流密码  26-30
    3.4.1 密钥流生成器  27
    3.4.2 非线性前馈序列生成器  27-28
    3.4.3 非线性组合序列生成器  28-29
    3.4.4 钟控序列生成器  29-30
  3.5 小结  30-32
第四章流密码机的硬件结构及流密码生成器  32-48
  4.1 流密码机的硬件结构及FPGA选型  32-33
    4.1.1 流密码机的硬件结构  32
    4.1.2 器件选择  32-33
  4.2 可编程逻辑器件设计方法  33-38
    4.2.1 可编程逻辑器件简介  33
    4.2.2 FPGA的基本结构  33-35
    4.2.3 FPGA的设计流程  35-38
  4.3 硬件描述语言  38-40
    4.3.1 VHDL语言简介  38-39
    4.3.2 VHDL的设计单元  39-40
  4.4 流密码的设计  40-42
    4.4.1 流密码的设计方法  40-41
    4.4.2 流密码的总体编制  41-42
    4.4.3 流密码的算法设计  42
  4.5 流密码生成器  42-46
    4.5.1 RC4算法  42-43
    4.5.2 A5算法  43-44
    4.5.3 流密码生成电路  44-46
  4.6 小结  46-48
第五章流密码机的FPGA设计及外围电路  48-64
  5.1 加解密原理  48-49
  5.2 FPGA实现数据加密  49-55
  5.3 FPGA实现数据解密  55-57
  5.4 单片机设计  57-60
    5.4.1 器件选择与接口电路  57-58
    5.4.2 键盘电路  58-60
  5.5 其它芯片  60-61
    5.5.1 E1芯片  60-61
    5.5.2 RAM芯片  61
  5.6 小结  61-64
第六章总结与展望  64-66
致谢  66-68
参考文献  68-70
研究成果  70

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