目錄
一、理論基礎(chǔ)
二、核心程序
三、仿真結(jié)論
一、理論基礎(chǔ)
? ? ? ?DES（Data Encryption Standard）是一種對稱密鑰加密算法，是目前應(yīng)用最廣泛的加密算法之一。它是由美國國家標(biāo)準局（National Institute of Standards and Technology，NIST）于1977年發(fā)布并公開的，用于保護計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)安全。DES算法采用了分組密碼的技術(shù)，將明文按照一定的規(guī)則分組后，經(jīng)過多輪加密運算得到密文。DES算法的密鑰長度為56位，明文分組長度為64位，加密過程中采用了置換、代換、移位、異或等基本操作。
? ? ? ? FPGA（Field Programmable Gate Array）是一種可編程邏輯器件，它可以通過編程實現(xiàn)各種數(shù)字電路的功能。FPGA具有高性能、低功耗、可重配置等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號處理、通信、圖像處理等領(lǐng)域。在加解密算法中，F(xiàn)PGA可以實現(xiàn)高速、低延遲的數(shù)據(jù)加解密運算，具有非常重要的應(yīng)用價值。本文將介紹基于FPGA的DES數(shù)字加解密算法，包括DES算法的原理、FPGA的基本概念、基于FPGA的DES算法實現(xiàn)等內(nèi)容。
DES算法的原理
DES算法的加密過程可以分為以下幾個步驟：
? ? ? ?初始置換（IP），將64位明文按照固定的置換表IP變換為56位數(shù)據(jù)塊。該置換表是由DES算法設(shè)計時確定的，不能改變。
? ? ? ?密鑰的生成，DES算法的密鑰長度為56位，但是實際上只有48位用于加密運算。為了使密鑰更加安全，DES算法采用了密鑰的變換方式，將56位的密鑰變換為16個48位的子密鑰。這個過程是通過將原始密鑰進行置換、分割、移位、壓縮等操作得到的。
分組加密
? ? ? 將初始置換后的明文分為左右兩個32位的數(shù)據(jù)塊，然后對這兩個數(shù)據(jù)塊進行16輪加密運算。每輪加密運算都是將右側(cè)的32位數(shù)據(jù)塊作為輸入，與對應(yīng)的48位子密鑰進行異或運算，然后通過代換、置換等操作得到新的32位數(shù)據(jù)塊，再將左側(cè)的32位數(shù)據(jù)塊與新的右側(cè)32位數(shù)據(jù)塊進行異或運算，最終得到新的左右兩個32位數(shù)據(jù)塊。
逆置換（IP^-1）
? ? ? ?將最后一輪加密得到的左右兩個32位數(shù)據(jù)塊進行合并，然后通過逆置換IP^-1得到最終的64位密文。
DES算法的解密過程與加密過程基本相同，只是子密鑰的使用順序與加密過程相反。
基于FPGA的DES算法實現(xiàn)
基于FPGA的DES算法實現(xiàn)主要包括以下幾個步驟：
確定FPGA的型號和開發(fā)板
? ? ? ?FPGA的型號和開發(fā)板決定了DES算法的實現(xiàn)效率和可擴展性。一般來說，選擇性能較高的FPGA型號和支持高速通信接口的開發(fā)板可以提高DES算法的加解密速度和數(shù)據(jù)處理能力。
設(shè)計DES算法的硬件電路
? ? ? ?DES算法的硬件電路主要包括初始置換（IP）、密鑰生成、分組加密和逆置換（IP^-1）等模塊。這些模塊可以通過可編程邏輯單元（Logic Cell）和塊RAM存儲單元等資源進行實現(xiàn)。其中，密鑰生成和分組加密模塊需要大量的邏輯單元和存儲單元進行實現(xiàn)。
編寫DES算法的控制程序
? ? ? ?DES算法的控制程序主要負責(zé)控制各個模塊的數(shù)據(jù)流動和時序，實現(xiàn)DES算法的全流程。控制程序可以使用硬件描述語言（HDL）進行編寫，如Verilog、VHDL等，也可以使用高級語言（如C語言）進行編寫，然后通過編譯器和綜合工具轉(zhuǎn)換成硬件描述語言。
進行FPGA邏輯電路的布局和布線
? ? ? 布局和布線是將邏輯電路映射到FPGA硬件資源上的過程。布局是將邏輯電路映射到FPGA芯片上的物理位置，布線是將邏輯電路中的信號映射到FPGA芯片上的可編程連接資源上。
進行FPGA邏輯電路的編譯和下載
? ? ? ?編譯是將設(shè)計好的硬件電路轉(zhuǎn)換成FPGA可以識別的二進制文件的過程。下載是將編譯好的文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-494348.html
二、核心程序
.........................................................................
always @( data_i or key_i or load_i or stage1_iter or data_ready or stage1_R_o or stage1_L_o or stage1_round_key_o)
begin
L_i_var=0;
R_i_var=0;
data_i_var=0;
next_ready_o = (0);
next_data_ready = (data_ready);
next_stage1_iter = (stage1_iter);
stage1_L_i = (0);
stage1_R_i = (0);
stage1_round_key_i = (0);
key_i_var=key_i;
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key_var_perm[51]=key_i_var[39];key_var_perm[50]=key_i_var[47];key_var_perm[49]=key_i_var[55];key_var_perm[48]=key_i_var[63];
key_var_perm[47]=key_i_var[6];key_var_perm[46]=key_i_var[14];key_var_perm[45]=key_i_var[22];key_var_perm[44]=key_i_var[30];
key_var_perm[43]=key_i_var[38];key_var_perm[42]=key_i_var[46];key_var_perm[41]=key_i_var[54];key_var_perm[40]=key_i_var[62];
key_var_perm[39]=key_i_var[5];key_var_perm[38]=key_i_var[13];key_var_perm[37]=key_i_var[21];key_var_perm[36]=key_i_var[29];
key_var_perm[35]=key_i_var[37];key_var_perm[34]=key_i_var[45];key_var_perm[33]=key_i_var[53];key_var_perm[32]=key_i_var[61];
key_var_perm[31]=key_i_var[4];key_var_perm[30]=key_i_var[12];key_var_perm[29]=key_i_var[20];key_var_perm[28]=key_i_var[28];
key_var_perm[27]=key_i_var[1];key_var_perm[26]=key_i_var[9];key_var_perm[25]=key_i_var[17];key_var_perm[24]=key_i_var[25];
key_var_perm[23]=key_i_var[33];key_var_perm[22]=key_i_var[41];key_var_perm[21]=key_i_var[49];key_var_perm[20]=key_i_var[57];
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data_i_var=data_i;
L_i_var[31]=data_i_var[6];L_i_var[30]=data_i_var[14];L_i_var[29]=data_i_var[22];L_i_var[28]=data_i_var[30];
L_i_var[27]=data_i_var[38];L_i_var[26]=data_i_var[46];L_i_var[25]=data_i_var[54];L_i_var[24]=data_i_var[62];
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R_i_var[31]=data_i_var[7];R_i_var[30]=data_i_var[15];R_i_var[29]=data_i_var[23];R_i_var[28]=data_i_var[31];
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data_o_var_t[63:32]=stage1_R_o;
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stage1_iteration_i = (stage1_iter);
next_ready_o = (0);
stage1_L_i = (stage1_L_o);
stage1_R_i = (stage1_R_o);
stage1_round_key_i = (stage1_round_key_o);
case(stage1_iter)
0:
begin
if(load_i)
begin
next_stage1_iter = (1);
stage1_L_i = (L_i_var);
stage1_R_i = (R_i_var);
stage1_round_key_i = (key_var_perm);
next_data_ready = (0);
end
else if (!data_ready)
begin
next_stage1_iter = (0);
next_ready_o = (1);
next_data_ready = (1);
end
end
15:
next_stage1_iter = (0);
default:
next_stage1_iter = (stage1_iter+1);
endcase
end
endmodule
up217三、仿真結(jié)論
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-494348.html
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