基于SMS4算法的密码芯片的研究与设计

来源 :青岛科技大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:shangxiao15
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随着无线局域网的迅速发展及其广阔的应用空间,其安全性方面的保障就变得越来越重要。密码技术是信息安全的核心技术,对它的研究就变得相当的重要。SMS4密码算法是国家密码管理办公室公布的用于无线局域网的第一个商用的密码算法,具有较好的抗破解能力,其重要性可想而知。本课题是基于SMS4算法,对其硬件实现方式进行研究。分别介绍了几种主要的硬件实现方式,包括基于单轮循环迭代的结构、基于2级流水线与循环相结合的结构、基于4级流水线与循环相结合的结构、基于8级流水线与循环相结合的结构、基于16级流水线与循环相结合的结构、基于全流水线的结构等,并分析比较每种结构的优缺点。基于单轮循环迭代的结构是以牺牲速度来换得规模优化,基于全流水线的结构则是以牺牲面积来换得性能的提高,基于流水与循环相结合的结构则是介于二者之间,基于2级流水线与循环相结合的结构和基于4级流水线与循环相结合的结构是以面积优先的,基于16级流水线与循环相结合的结构是以速度优先的,基于8级流水线与循环相结合的结构是面积与速度均衡的。不管是哪种实现方式均有其适用的场所,均有其各自的优缺点。本课题主要的工作包括:首先对这几种不同的实现方式分别进行体系结构设计,定义功能模块及接口信号等;其次使用ModelSim仿真软件对不同方案进行RTL级模型建立以及功能仿真;最后使用Quartus II软件进行综合优化、布局布线及时序仿真,并基于FPGA进行了测试验证。同时通过Quartus II来查看分析不同实现方式的面积、时钟频率及其功耗。最后得到的是基于单轮循环迭代的设计其逻辑资源占用5063,完成一个分组数据的加解密速率为509.952ns;而基于全流水线的设计其逻辑资源占用34673,完成一个分组数据的加解密速率为9.976ns;而基于4级流水线与循环相结合的设计其逻辑资源占用10289,完成一个分组数据的加解密速率为57.256ns。
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