des加密算法的硬件實現(xiàn)

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1、DES加密算法的硬件實現(xiàn)//.paper.edu.cn-1-DES加密算法的硬件實現(xiàn)王厚榮北京郵電大學信息與通信工程學院，北京(100876)摘要：本文通過對DES算法的簡單介紹，了解其基本的工作原理，利用硬件描述語言（VerilogHDL）和Xilinx的ISENavigator仿真平臺來實現(xiàn)。DES加密算法是一種對稱的加密算法，具有很高的可靠性，應用非常廣泛。而作為一種硬件描述語言，VerilogHDL是在C語言的基礎上發(fā)展而來，它具有簡潔、優(yōu)美而且易學的特點，利用它可以縮短硬件設計的周期，提高設計的速度和質(zhì)量，同時利用Xilinx提供的仿真平臺

2、ISE，可以逼真的模擬硬件環(huán)境，芯片特性。而其提供的各種基本模塊和調(diào)試工具可以簡化設計，提高設計的可靠性。由于硬件本身的一些特性，如XilinxFPGA是基于查找表結構（LUT），可以充分利用這些特性來實現(xiàn)設計的優(yōu)化，設計出的硬件可以以更少的硬件資源來達到更快的速度。關鍵詞：VerilogHDL；DES；LUT中圖分類號：TP371．引言隨著通信技術和網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，對于傳輸過程中數(shù)據(jù)的安全性的要求已經(jīng)越來越迫切，加密算法應運而生，人們提出各種的數(shù)據(jù)加密算法，但基本的包括兩種：對稱和非對稱加密[1]。1972年美國IBM公司提出了DES加密算法，

3、它是對稱密碼體制，可同時對大量數(shù)據(jù)進行快速加密。具有很好的加密效果，是目前為止比較可靠的加密算法。近年來，隨著硬件描述語言的快速發(fā)展，使得硬件的設計變得簡單、易學，考慮到硬件本身的一些特點，如進行很快的邏輯運算，運算速度快等，非常適合實現(xiàn)DES加密算法，因為DES有大量的邏輯運算，而且數(shù)據(jù)量大，需要很快的速度，從安全的方面考慮，利用硬件來實現(xiàn)DES，可以更加保證加密的安全和可靠。采用Xilinx公司提供的仿真環(huán)境ISE，包括其自身提供的各種功能，可以使設計變得更加的快捷。2．DES加密原理DES算法全稱為DataEncryptionStandard，

4、即數(shù)據(jù)加密算法，它是IBM公司于1975年研究成功并公開發(fā)表的。DES算法的入口參數(shù)有三個：Key、Data、Mode。其中Key為8個字節(jié)共64位，是DES算法的工作密鑰；Data也為8個字節(jié)64位，是要被加密或被解密的數(shù)據(jù)；Mode為DES的工作方式，有兩種：加密或解密。DES算法是這樣工作的：如Mode為加密，則用Key去把數(shù)據(jù)Data進行加密，生成Data的密碼形式(64位)作為DES的輸出結果；如Mode為解密，則用Key去把密碼形式的數(shù)據(jù)Data解密，還原為Data的明碼形式(64位)作為DES的輸出結果。具體工作過程如下：DES算法把6

5、4位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位，整個算法的主流程如下：其功能是把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為L0、R0兩部分，每部分各長32位，其置換規(guī)則如下[2]：58,50,42,34,26,18,10,2,60,52,44,36,28,20,12,4,62,54,46,38,30,22,14,6,64,56,48,40,32,24,16,8,57,49,41,33,25,17,9,1,59,51,43,35,27,19,11,3,//.paper.edu.cn-2-61,53,45,37,9><>29,21,1

6、3,5,63,55,47,39,31,23,15,7,即將輸入的第58位換到第1位，第50位換到第2位，……，依此類推，最后一位是原來的第7位,L0、R0則是換位輸出后的兩部分。L0是輸出的左32位，R0是右32位，例：設置換前的輸入值為D1D2D3……D64，則經(jīng)過初始變換后的結果為：L0=D58D50……D8；R0=D57D49……D7。經(jīng)過16次迭代運算后，得到Ll6、Rl6，將此作為輸入，進行逆置換，即得到密文輸出。逆置換正好是初始置換的逆運算。DES的每輪迭代由如下函數(shù)完成：R[i]=L[i-1]xorf(R[i-1],k[i]);L[i]

7、=R[i-1];其中，輪密鑰Ki為48bit，輪輸入R為32bit，R首先被擴展為48bit，其中將R的16bit各重復一次。擴展后的48bit再與子密鑰Kj異或，然后通過一個S盒，產(chǎn)生一個32bit的輸出。其中函數(shù)f是通過8個S-box來實現(xiàn)的，每個S-box輸入長為6比特，輸出為4比特，它可以實現(xiàn)非線性變換，是整個算法的關鍵。DES加密算法如圖1所示：3．DES硬件實現(xiàn)3.1DES設計思想DES的硬件實現(xiàn)可以分為三個模塊：密鑰產(chǎn)生模塊，一輪加/解密模塊，最后由一個控制模塊來實現(xiàn)頂層模塊并把其它兩個模塊組合起來，密鑰模塊產(chǎn)生所需要的16個密鑰，一輪

8、加/解密模塊來實現(xiàn)一輪的變換，頂層控制模塊來控制對數(shù)據(jù)進行加密還是解密并對明文進行置換，因為DES加解密所用