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基于FPGA数据加密系统中信息传输可靠性研究

作　者: 张同升
导　师: 丁群
学　校: 黑龙江大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 香农定理信道编码可靠性散列算法报文鉴别
分类号: TN918.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 49次
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内容摘要

信息技术的发展极大地加速了全球信息化的进程，改变了人们的生活方式。而数据的安全性传输的问题也日益突出。信息安全作为一门新兴学科而日益受到重视。信息安全涉及到两个方面的问题：第一个就是保密性问题，由于信息在网络传输过程中容易被窃听，所以我们必须对要传输的数据进行加密，防止其泄露。数据加密技术是防止数据泄露的主要技术手段之一；第二个就是数据的完整性问题，其主要是为了保证在网络中传输的数据完整性，确保其不被修改。香农定理是信息论学科最重要理论基础之一，其对信道编码技术提供了可行性的理论依据。本文首先介绍了密码学的基本理论和信息论基本原理，阐述了经典密码学和现代密码学的加、解密原理。设计了A5/1流密码。阐述了信道编码技术的基本原理以及硬件实现的可行性，介绍了汉明码和CRC码的编解码方法及其FPGA设计。介绍了EDA相关知识和设计流程，详细阐述了数据加密系统的FPGA设计及其测试环节。并将上述的信道编码理论融入其中以提高信息传输的可靠性。论文最后阐述了散列算法的基本原理并从生日悖论角度证明了其可以作为报文鉴别系统算法，设计了基于散列算法的报文鉴别系统。为加密系统的信息安全、可靠的传输提供了一种解决方案。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外同类课题研究现状及发展趋势  11-14
  1.3 本文主要研究内容  14-15
  1.4 本文的结构安排  15-16
第2章密码学概述和信息论基础  16-43
  2.1 密码学概述  16-17
  2.2 信息论基础  17-20
    2.2.1 熵的概念  17-19
    2.2.2 香农(Shannon)保密系统信息理论  19-20
  2.3 密码学概论  20-25
    2.3.1 密码学基本概念  20-21
    2.3.2 经典加密算法  21-22
    2.3.3 现代加密算法  22-23
    2.3.4 加密系统的安全保密性  23-25
  2.4 序列密码理论  25-35
    2.4.1 线性反馈移位寄存器  26-27
    2.4.2 m 序列及其基本性质  27-31
    2.4.3 本原多项式  31-32
    2.4.4 m 序列的性质  32-35
  2.5 A5/1 加密算法  35-37
    2.5.1 A5/1 算法原理  35-36
    2.5.2 A5/1 算法的硬件实现  36-37
  2.6 A5/1VHDL 语言设计  37-42
    2.6.1 m 序列的 VHDL 语言设计  37-39
    2.6.2 多数函数发生器的 VHDL 语言设计  39-40
    2.6.3 异或模块设计  40-41
    2.6.4 A5/1 总体设计  41-42
  2.7 本章小结  42-43
第3章通信系统信道编码技术研究  43-68
  3.1 通信系统的信道编码理论基础  43-46
    3.1.1 线性分组码概述  43-45
    3.1.2 线性分组的基本原理  45-46
  3.2 汉明码  46-56
    3.2.1 汉明码编码原理  46-49
    3.2.2 汉明码译码原理  49-52
    3.2.3 汉明码的 VHDL 语言设计  52-56
  3.3 循环码  56-64
    3.3.1 码多项式的模运算  57-58
    3.3.2 循环码的生成矩阵  58-59
    3.3.3 寻找任意(n,k)循环码的生成多项式的方法  59-62
    3.3.4 循环码的编解码方法  62-64
  3.4 循环码的 VHDL 语言设计  64-67
    3.4.1 循环码编码过程的 VHDL 语言设计  64-65
    3.4.2 循环码解码过程的 VHDL 语言设计  65-67
  3.5 本章小结  67-68
第4章基于 FPGA 数据加密系统的研究与设计  68-84
  4.1 EDA 设计方法与步骤  68-72
    4.1.1 EDA 设计工具介绍  68-69
    4.1.2 EDA 设计步骤  69-72
  4.2 基于 VHDL 语言的 UART 设计  72-78
    4.2.1 UART 概述  72-75
    4.2.2 波特率发生器设计  75-76
    4.2.3 UART 发生器发送部分设计  76-77
    4.2.4 UART 发生器发送部分设计  77-78
  4.3 基于 FPGA 数据加密系统设计  78-80
    4.3.1 UART 加密系统设计原理  78-79
    4.3.2 数据加密系统设计  79-80
  4.4 加密系统测试  80-83
  4.5 本章小结  83-84
第5章散列函数报文鉴别系统研究与设计  84-108
  5.1 散列函数  84-87
    5.1.1 散列函数性质  84-85
    5.1.2 散列函数安全性  85-86
    5.1.3 简单散列函数构造  86-87
  5.2 安全散列算法  87-94
    5.2.1 SHA-1 算法原理  88-89
    5.2.2 SHA-1 算法的压缩函数  89-90
    5.2.3 SHA-1 算法的 VHDL 语言设计  90-94
  5.3 MD5 算法  94-98
    5.3.1 MD5 算法原理  95-96
    5.3.2 MD5 算法压缩函数  96-97
    5.3.3 MD5 算法的 VHDL 语言设计  97-98
  5.4 散列函数的鉴别系统设计  98-107
    5.4.1 报文鉴别的必要性  98-99
    5.4.2 散列算法报文鉴别系统  99-100
    5.4.3 散列算法的报文鉴别系统设计  100-107
  5.5 本章小结  107-108
结论  108-109
参考文献  109-116
致谢  116-117
攻读硕士学位期间发表的论文与成果  117-118
攻读硕士学位期间参加的科研项目  118

基于FPGA数据加密系统中信息传输可靠性研究

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