信息安全系统硬件加密的研究及其实现

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密码技术是保证信息安全的重要手段,是信息安全的核心。在各种密码算法中,分组密码具有加解密速度快、易于标准化和便于软硬件实现等优点,通常是信息安全中实现数据加密、数字签名、认证和密钥管理的核心体制,在计算机通信和信息系统安全领域中具有广泛的应用。Rijndael 算法是分组密码算法中具有代表性的一个算法。论文详细的介绍了Rijndael 算法的实现原理和加密过程,并对算法的性能作了具体分析。具体阐述了Rijndael 算法的轮变换技术以及密钥的扩展、存储和轮密钥的选择,最后给出了算法的解密过程。针对硬件的加解密速度快于软件实现,且可在物理上保证系统安全,论文重点给出了Rijndael 算法的硬件实现方案,分别对比分析了FPGA、PLD、DSP 和单片机应用于加解密算法的性能。针对FPGA 内容在本身片内,工艺上采用难以摄相的NTFuse 技术,目前用物理剖解法进行破译非常困难,论文最终选择FPGA 作为我们的硬件实现方案。论文利用VHDL 硬件描述语言在FPGA 中实现了Rijndael算法,并给出了算法在FPGA 硬件中的节替代、行移、列混合和轮密钥加的优化算法。论文根据Rijndael 算法本身的特点,对算法的轮变换进行一定的变换和改进,在此基础上,采用异或、移位等简单的运算实现算法,减少了硬件的面积,优化了硬件结构,大大提高了硬件实现的速度。论文针对Rijndael 算法的缺点及加密系统密钥生成的重要性,将混沌思想引入Rijndael 算法,利用混沌Logistic 映射生成初始密钥,进一步提高了算法的安全性。论文利于混沌序列随机性强、对初始值敏感的优点,将混沌随机序列作为Rijndael 算法的轮密钥的初始密钥,增大轮密钥的初始密钥空间。论文给出了引入混沌算法后的Rijndael 算法的初始密钥的生成原则、方法和硬件实现原理框图。实验表明,引入混沌随机序列后的Rijndael 加密算法,极大的提高了系统的安全性。
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